Почему фрукты и овощи пытаются нас убить, но в итоге делают сильнее

Многие люди стараются регулярно заниматься спортом и правильно питаться, выбирая «суперпродукты», фрукты, орехи и овощи из-за антиоксидантов, которые, как считается, борются с неприятными эффектами окисления в организме.

Кто-то принимает витамины для защиты от свободных радикалов — разрушительных молекул, которые обычно появляются, когда наши клетки сжигают топливо для получения энергии. Они могут повредить ДНК и способствовать развитию рака, слабоумия и постепенного упадка, который мы называем старением.

Предотвращение болезней старения, безусловно, стоящее занятие. Но накопилось множество доказательств того, что антиоксидантные витаминные добавки, которые долгое время считались улучшающими здоровье, неэффективны. Фрукты и овощи действительно полезны, но не обязательно потому, что они защищают вас от окислительного стресса. На самом деле они могут улучшить здоровье по совершенно противоположной причине: они вызывают у вас стресс.

Этот стресс возникает из-за следовых количеств природных пестицидов и антипастбищных соединений. Вы знаете эти вещества как острые вкусы в специях, винные танины, вызывающие вяжущее ощущение во рту, или вонь брюссельской капусты. Они являются антибактериальными, противогрибковыми и отпугивающими траву средствами растительного мира. В правильном количестве эти немного вредные вещества, которые помогают растениям выживать, могут сделать вас сильнее.

Десятилетиями ученые предполагали, что свободные радикалы опасны. Однако вместо того, чтобы убивать нас, эти летучие молекулы в правильном количестве могут улучшить здоровье. Попытки нейтрализовать их с помощью антиоксидантных добавок могут принести больше вреда, чем пользы.

Идея о том, что прооксидантные молекулы всегда разрушительны, «упрощена до такой степени, что, вероятно, неверна, — говорит Торен Финкель, руководитель центра молекулярной медицины Национального института сердца, легких и крови в Бетесде, штат Мэриленд. — Оксиданты могут быть первичными посланниками стресса в наших клетках, и небольшой стресс, как оказывается, может быть полезен для нас».

Хотя и далеко не устоявшаяся, волна убедительной науки предлагает удивительно целостную картину здоровья как побочного продукта взаимодействия людей, растений и окружающей среды. Собственная борьба растений за выживание — против патогенов и травоядных, жары и засухи — передается нам, принося пользу нашему здоровью.

В середине XX века, когда современная медицина, казалось, была готова победить инфекционные заболевания прошлого, некоторые ученые обратились к дегенеративным заболеваниям, связанным со старением. Внимание привлек класс молекул, называемых «активными формами кислорода» или ROS. Эти летучие вещества могли повреждать ДНК. Дегенеративные заболевания, такие как рак и сердечно-сосудистые заболевания, часто демонстрировали признаки «окислительного стресса», что позволяет предположить, что ROS стимулируют болезнь.

Как ни странно, наши митохондрии — энергетические фабрики клеток — естественным образом выделяют ROS. Так что дегенеративные заболевания, похоже, частично проистекают из нашей собственной метаболической функции: митохондрии сжигают топливо, выделяют токсичный выхлоп и непреднамеренно устанавливают ограничения на существование. Такова была рабочая гипотеза.

Эксперименты на крысах и червях показали, что активные формы кислорода, такие как перекись водорода, отрывают атомы от других молекул, разрушая их в процессе. Это может быть проблематично, когда эти молекулы — ДНК, наша клеточная инструкция. Мы производим собственные антиоксиданты вроде молекулы глутатиона, чтобы противостоять этой прооксидантной угрозе. Они реагируют с ROS, нейтрализуя прооксиданты до того, как они смогут повредить важные клеточные механизмы.

Когда ученые заблокировали способность грызунов производить эти защитные молекулы, продолжительность жизни сократилась. Наблюдательные исследования показали, что люди, которые регулярно ели фрукты и овощи, богатые витаминами, были здоровее. То же самое было и с людьми с более высоким уровнем витаминов E и C в крови.

Витамины были сильными антиоксидантами в пробирках. Так теория ROS старения и болезней приобрела известность. Считалось, что человек может замедлить старение, нейтрализуя свободные радикалы антиоксидантными таблетками. Индустрия пищевых добавок, которая сейчас стоит 23 миллиарда долларов в год только в США, укоренилась окончательно.

Но если эти ROS были настолько вредны, задавались вопросом некоторые ученые, а базовая конструкция наших (эукариотических) клеток насчитывает более миллиарда лет, почему эволюция не решила проблему ROS? В то же время ученые начали обнаруживать, что физические упражнения и ограничение калорий увеличивают продолжительность жизни животных. И то, и другое повышает ROS. Согласно модели старения ROS, животные, которые занимались спортом и голодали, должны были умереть молодыми. Но они жили дольше.

Для Майкла Ристова, исследователя энергии и метаболизма в Швейцарском федеральном технологическом институте в Цюрихе, несоответствия стало невозможно игнорировать. У червей он обнаружил, что нейтрализация этих якобы токсичных ROS сокращает продолжительность жизни, поэтому он разработал аналогичный эксперимент на людях.

Ристов попросил 39 мужчин-добровольцев регулярно заниматься спортом в течение нескольких недель, при этом половина из них принимали витаминные добавки перед тренировкой. Результаты, опубликованные в 2009 году, продолжают вызывать резонанс в области физиологии упражнений и за ее пределами. Добровольцы, которые принимали большие дозы витаминов C и E перед тренировкой, не получили никакой пользы от занятий. Их мышцы не стали сильнее; чувствительность к инсулину, показатель метаболического здоровья, не улучшилась; и увеличения собственных антиоксидантов, таких как глутатион, не произошло.

Упражнения ускоряют сжигание топлива клетками. Если посмотреть на мышцы после пробежки, можно увидеть относительный избыток предположительно опасных ROS — выхлопных газов, выбрасываемых нашими клеточными печами, митохондриями. Однако если осмотреть ту же мышцу через некоторое время после пробежки, обнаружится, что ROS исчезли, на их месте можно увидеть обилие собственных антиоксидантов. Это потому, что после упражнений мышечные клетки реагируют на окислительный стресс, увеличивая выработку собственных антиоксидантов. Усиленные для защиты от оксидантной угрозы вчерашних упражнений, они также защищают от других опасностей оксидантов окружающей среды.

Вопреки догме ROS Ристов понял, что сигнал стресса, передаваемый ROS во время упражнений, был необходим для этого вызова и ответа между митохондриями и клетками, в которых они размещались. Он решил, что для улучшения здоровья, возможно, следует не столько нейтрализовать ROS, сколько увеличить их таким образом, чтобы имитировать то, что происходит во время упражнений. Это повысило бы собственные антиоксиданты, улучшило чувствительность к инсулину и увеличило общую устойчивость. Ристов назвал эту идею «митогормезисом».

Термин «гормезис» пришел из токсикологии (стимулирующее действие умеренных доз стрессоров), а «мито» относится к митохондриям. Ученый описывает наблюдение, согласно которому некоторые воздействия, обычно считающиеся токсичными, могут в малых количествах парадоксальным образом улучшать здоровье. Например, малые количества рентгеновского излучения, известного канцерогена, увеличивают продолжительность жизни различных насекомых.

Гормезис легче всего понять, рассматривая упражнения. Поднимите слишком большой вес или пробежите слишком долго, и вы, скорее всего, порвете мышцы и повредите сухожилия. Но поднимайте правильный вес и бегайте несколько раз в неделю, и ваши кости и мышцы укрепятся. Прерывистый крутящий момент и напряжение увеличивают минерализацию и плотность костей. Более крепкие кости могут лучше переносить будущие удары, которые в противном случае могли бы привести к переломам.

В своем эксперименте Ристов увидел, что витаминные добавки прерывают эту последовательность стресса, за которым следует укрепление, вероятно, потому, что они нейтрализуют сигнал ROS до того, как он может быть «услышан» в другом месте клетки. Вмешиваясь в адаптивный ответ, витамины предотвращают укрепление, которое в противном случае последовало бы за стрессом от физических нагрузок.

Витамины необходимы для здоровья, а добавки могут помочь тем, у кого дефицит витаминов. Например, недостаток витамина С вызывает цингу, которая возникает из-за дефектного коллагена, белка в соединительной ткани. Помимо других функций, витамин С способствует синтезу коллагена.

Но основная роль витаминов в нашем организме, по мнению Ристова и некоторых других ученых, может быть не антиоксидантной. И содержание антиоксидантов во фруктах и ​​овощах не объясняет их пользу для нашего здоровья. Так что же объясняет?

Марк Мэттсон, руководитель лаборатории нейронаук Национального института старения, годами изучал, как растительные химикаты, или фитохимикаты, влияют на наши клетки (в пробирках). Долгое время в этой области предполагалось, что, как и витамины, фитохимикаты являются прямыми антиоксидантами. Но Мэттсон и другие считают, что они работают косвенно. Он обнаружил, что фитохимикаты, подобно физическим упражнениям, оказывают стресс на наши тела, делая нас сильнее.

Растения, объясняет Мэттсон, живут неподвижной жизнью. Они не могут реагировать на патогены, паразитов и травоядных, как мы, — перемещением. Чтобы справиться с многочисленными угрозами, создаваемыми подвижной жизнью, а также жарой, засухой и другими экологическими стрессами, они выработали значительное количество защитных химических веществ.

Мы знакомы со многими компонентами их арсенала. Никотин в табаке замедляет травоядных насекомых. Бобы содержат лектины, которые защищают от насекомых. Вкус чеснока, похожий на умами, исходит от аллицина, мощного противогрибкового средства. Эти «антифиданты» эволюционировали отчасти для того, чтобы отпугивать потенциальных травоядных, таких как мы. Мэттсон и его коллеги говорят, что эти растительные «биопестициды» действуют на нас как горметические стрессоры. Наши тела распознают их как слегка токсичные, и мы реагируем древним процессом детоксикации, направленным на их расщепление и вымывание, — дефекацией.

Рассмотрим свежие ростки брокколи. Как и другие крестоцветные овощи, они содержат антифидант, называемый сульфорафан. Он является слабым окислителем, и нам следует, согласно старым представлениям об опасности окислителей, избегать его потребления. Однако исследования показали, что употребление овощей с сульфорафаном снижает окислительный стресс.

Когда сульфорафан попадает в кровоток, он запускает высвобождение в клетках белка Nrf2. Этот белок, который некоторые называют «главным регулятором» старения, затем активирует более 200 генов. Они включают гены, которые производят антиоксиданты, ферменты для метаболизма токсинов, белки для вымывания тяжелых металлов и факторы, которые усиливают подавление опухолей, среди других важных функций, способствующих укреплению здоровья.

Теоретически, после встречи с этим скромным антифидантом в обеде, наш организм оказывается более подготовленным к встречам с токсинами, прооксидантами как извне, так и изнутри тела, иммунными атаками и другими проблемами, которые в противном случае могли бы причинить вред. «Массажируя» геном таким образом, сульфорафан может повысить устойчивость человека к болезням.

В исследовании диабетиков второго типа порошок из ростков брокколи снизил уровень триглицеридов. Высокие триглицериды — липиды — связаны с повышенным риском сердечных заболеваний и инсульта. Снижение аномально высоких триглицеридов может уменьшить риск этих расстройств. В другом вмешательстве употребление порошка из ростков брокколи снизило окислительный стресс в верхних дыхательных путях добровольцев, вероятно, за счет увеличения выработки собственных антиоксидантов. Теоретически это может облегчить симптомы у астматиков.

Повышенные свободные радикалы и окислительный стресс обычно наблюдаются при таких заболеваниях, как рак и деменция. И в этих случаях они, вероятно, способствуют дегенерации, но могут не быть первопричиной заболевания. По словам Мэттсона, первичная дисфункция могла возникнуть раньше, например, из-за постепенной неспособности вырабатывать собственные антиоксиданты, когда это необходимо, и из-за отсутствия клеточного кондиционирования в целом.

Мэттсон называет это проблемой «домоседа». При отсутствии регулярных горметических стрессов, включая физические упражнения и стимуляцию растительными антифидантами, «клетки становятся самодовольными», — говорит он. Их внутренняя защита снижается, а метаболизм работает менее эффективно, и возникает резистентность к инсулину. Мы становимся менее способными справляться с прооксидантными угрозами, ничто не работает так хорошо, как могло бы. И эта растущая дисфункция увеличивает риск дегенеративного заболевания.

В исследовании подразумевается новый обвинительный акт западной диете. Высокоочищенные продукты не только представляют собой огромный избыток калорий, в них отсутствуют эти полезные сигналы от растительного мира — «сигналы, которые бросают вызов», говорит Мэттсон. Эти сигналы могли бы в противном случае обуславливать наши клетки таким образом, чтобы предотвращать болезни.

Другой вариант горметической идеи утверждает, что наша способность получать сигналы от растений не является реактивной и оборонительной, а по сути проактивной. Мы не столько защищаемся от биопестицидов, сколько ощущаем уровень стресса растений в нашей пище.

Гарвардский ученый Дэвид Синклер и его коллега Конрад Ховиц называют это ксеногормезисом: извлечение выгоды из стресса других. Многие фитонутриенты запускают те же самые немногие клеточные реакции, связанные с долголетием в эукариотических организмах от дрожжей до людей. Годы исследований Nrf2 у грызунов показывают, что активация этого белка увеличивает экспрессию сотен генов, способствующих укреплению здоровья, включая те, которые участвуют в детоксикации, выработке антиоксидантов, контроле воспаления и подавлении опухолей.

Синклер изучает другой класс собственных белков, называемых сиртуинами, которые связаны со здоровьем. Они активируются физическими упражнениями, а также, как утверждает Синклер, молекулой под названием ресвератрол, которая содержится в виноградной кожуре и других растениях. «Это слишком случайно, что раз за разом эти молекулы появляются из природы, и у них есть удивительное многофакторное преимущество — настраивать тело именно так, как надо», — говорит Дэвид Синклер. Он утверждает, что не все они являются антифидантами. Растения вырабатывают эти вещества в стрессовых ситуациях, что приводит к дальнейшей адаптации к конкретной угрозе, будь то засуха, нашествие травоядных насекомых или чрезмерное ультрафиолетовое излучение солнца.

Для травоядных эти стрессовые соединения в растениях могут передавать важную информацию об условиях окружающей среды. Поэтому способность травоядных «воспринимать» эти сигналы, утверждает Синклер, вероятно, оказалась выгодной в ходе эволюции. Она позволила им подготовиться к невзгодам. Виноградная лоза, подвергающаяся стрессу из-за грибков, вырабатывает ресвератрол для борьбы с инфекцией. Вы пьете вино, сделанное из этого винограда, «чувствуете» суровые условия окружающей среды по повышенным танинам и другим стрессовым соединениям, укрепляете собственную защиту и, теоретически, становитесь более устойчивыми к дегенеративным заболеваниям.

Одним из следствий является то, что современное сельское хозяйство, которое часто предотвращает стресс растений с помощью пестицидов и обильного полива, производит фрукты и овощи со слабыми ксеногормезисными сигналами. «Я покупаю растения, подвергшиеся стрессу, — говорит Синклер. — Органика — это хорошее начало. Я выбираю растения с большим количеством цвета, потому что они производят эти молекулы». Некоторые утверждают, что ксеногормезис может объяснить, по крайней мере частично, почему средиземноморская диета настолько полезна. Она содержит оливки, оливковое масло и различные орехи, которые произрастают в жаркой, сухой, стрессовой среде. Употребление в пищу растений, которые боролись за выживание, закаляет нас.

Филип Хупер, эндокринолог из медицинского кампуса Anschutz при Университете Колорадо, отмечает, что отношения между растениями и животными часто являются симбиотическими, и общение происходит в обоих направлениях. Один из примеров прямой биохимической манипуляции между растениями и животными можно найти на кофейном кусте. Цветущие растения конкурируют друг с другом за внимание опылителей, таких как пчелы.

Кофейные кусты, похоже, получают преимущество на этом «рынке», используя кофеин. Препарат возбуждает нейроны опылителей, глубже запечатлевая в их мозге память о местоположении растения. Некоторые считают, что биохимическая настройка увеличивает вероятность того, что опылитель, который сталкивается с большим выбором цветов, вернется к этому конкретному кофейному кусту. В танце между животными и растениями, говорит Хупер, «я думаю, есть настоящий мутуализм. Мы в этом вместе — растения и мы».

Хотя ксеногормезис — это убедительная идея, она остается недоказанной. Барри Холливелл, биохимик из Национального университета Сингапура и эксперт по антиоксидантам, наблюдает, как модные диеты приходят и уходят. Он говорит, что гормезис и ксеногормезис правдоподобны, но не бесспорны. Различные исследования показывают, что люди, которые потребляют много фруктов и овощей, в целом ведут более здоровый образ жизни. Эти люди, вероятно, не злоупотребляют вредной пищей, что само по себе может улучшить здоровье.

Даже в рамках горметической идеи Холливелл считает попытки надавить на отдельные химические вещества проблематичными. «Это очень хорошо сработало в фармакологии, но совсем не сработало в питании», — говорит он. Ученый не думает, что какой-либо один фитонутриент сможет объяснить очевидные полезные для здоровья преимущества фруктов и овощей. «Разнообразие, похоже, хорошо», — говорит он. Эта критика говорит о более масштабной проблеме: часто неясно, как лабораторные исследования простых организмов или клеточных культур будут трансформированы, если вообще будут, в рекомендации или методы лечения для генетически сложных, свободно живущих людей.

То, что работает в генетически однородных организмах или клетках, живущих в строго контролируемых условиях, не обязательно работает у людей. Исследования ресвератрола на людях, в частности, дали противоречивые результаты. Правильная дозировка может быть одной проблемой, а взаимодействие между используемыми изолятами и определенными вариантами генов у испытуемых — другой. Вмешательства обычно проверяют одну молекулу, но свежие фрукты и овощи представляют собой множество соединений одновременно. Мы можем получить наибольшую пользу от этих одновременных воздействий.

Наука о кишечной микробиоте обещает еще больше усложнить картину. Наши родные микробы ферментируют фитонутриенты, возможно, обеспечивая часть пользы от их потребления. Все это подчеркивает трюизм, что Природу трудно получить в таблетке.

Оставив эти оговорки в стороне, исследования ксеногормезиса напоминают нам, что мы не находимся во власти нашей генетической наследственности. Гены важны, но здоровье во многом зависит от экспрессии правильных генов в правильное время и в правильном количестве. Если наш геном — это пианино, а наши гены — клавиши, то здоровье — это песня, которую мы играем на пианино. Наука о гормезисе, стрессах, которые могут поддерживать нас сильными, дает подсказки о том, какую песню нам следует играть. Можно сказать, что вывод прост: следует поддерживать тело в форме с помощью регулярных упражнений и минимально обработанной растительной пищи.

Эти рекомендации в конечном итоге звучат довольно по-бабушкински, если бы эта бабушка была спартанской крестьянкой, которая живет за счет земли. Но лежащий в основе посыл противоречит предположениям о необходимости защищать себя от трудностей. Как оказывается, определенные виды трудностей могут быть необходимы для здоровья. Все потому, что здоровье не является результатом исключительно инструкций, содержащихся в геноме, но и отношений с окружающим миром. Устойчивость не полностью присуща телу, она культивируется внешними стимулами. Некоторые из этих стимулов просто оказываются слегка вредными и слегка стрессовыми химическими веществами в растениях.

Поддержать развитие блога можно на Boosty по ссылке.