Недоспать и переесть

Резник Н.Л.
(«ХиЖ», 2021, №7)

Многие люди в наше время слишком мало спят и страдают от лишнего веса. Вопрос в том, наблюдаем ли мы совпадение или причинно-следственную связь? Оказывается, связь существует. Кто мало спит, тот много ест.

pic_2021_07_48.jpg

Иллюстрация Сергея Тюнина

Время мелатонина

Человек, который мало спит, представляется нам худощавым и активным, у него тысяча дел — присесть некогда. А кто много спит, тот пухлый лентяй. Ему бы встать пораньше и на пробежку или в спортзал, а он дрыхнет. Эту точку зрения подтверждают и научные данные. Несколько лет назад специалисты из Саудовской Аравии обследовали почти три тысячи старшеклассников 15—19 лет из трех крупных городов страны, половина из них — девочки. Данные об их образе жизни получили из опросов. Оказалось, что школьники, которые спят по восемь и более часов, не занимаются спортом и ведут малоподвижный образ жизни, а подростковый недосып связан с высоким уровнем физической активности.

Однако такой традиционный образ характерен только для саудовских подростков. У юного и взрослого населения других стран все наоборот. Недавно специалисты Медицинской школы Уорвикского университета (Великобритания) провели анализ научных публикаций, посвященных связи сна и ожирения у 30 тысяч детей и более чем 600 тысяч взрослых. Оказалось, что у людей от двух до 20 лет потеря одного часа сна увеличивает риск ожирения на 80%. У подростков 10—16 лет каждый дополнительный час сна ассоциируется со снижением индекса массы тела (ИМТ) на 3,6 пункта и с уменьшением содержания жира. В некоторых исследованиях короткий сон увеличивает вероятность ожирения в два раза. Нарушения обмена веществ при недосыпе во многом связаны с тем, что люди не наблюдают свои циркадные часы.

Жизнь человека подчинена циркадному (околосуточному) ритму, о чем «Химия и жизнь» писала много раз. Главные часы нашего тела находятся в отделе гипоталамуса, который называется супрахиазматическим ядром. В крайне упрощенном варианте их работа выглядит так. Нейроны супрахиазматического ядра синтезируют белки CLOCK и BMAL1, которые контролируют работу многих генов в разных органах и тканях: легких, сердце, скелетных мышцах, кишечнике, печени и почках. В числе прочих под контролем циркадных часов находятся гены Per и Cry, Rev и ROR. Белки этих генов постепенно накапливаются в разных клетках, и, когда их концентрация достигает определенного значения, PER и CRY1 подавляют работу комплекса BMAL1:CLOCK, а REV и ROR сдерживают активность гена Bmal1. За ночь все эти белки разрушаются, и гены CLOCK и BMAL1 возобновляют свою работу — начинается новый циркадный цикл.

Второй важный компонент циркадных часов — эпифиз, в нем синтезируется гормон мелатонин, который, помимо множества других функций, синхронизирует работу периферических органов и тканей.

Работа циркадных часов зависит от освещенности. Эпифиз вырабатывает мелатонин в темное время суток, восход солнца усиливает активность супрахиазматического ядра. Тем не менее даже при изменении внешних факторов организм сохраняет установившийся внутренний ритм. Исследователи выяснили это еще в XVIII веке, когда французский хронобиолог Жан-Жак д'Орту де Майран (1678—1771) поместил мимозу в темный ящик и обнаружил, что в отсутствие солнечного света она продолжает периодически раскрывать и закрывать листья. У людей, которых помещали в искусственный 28-часовой цикл свет/темнота, период сна и бодрствования изменился на 28-часовой, а синтез мелатонина и ритм изменения температуры тела по-прежнему подчинялись 24-часовому периоду.

Прием и переваривание пищи также происходят по внутренним часам: свое время для еды и траты калорий, свое время для сна (см. «Химию и жизнь», 2015, 6). Днем, в период бодрствования, физической активности и питания, поджелудочная железа выделяет инсулин, печень синтезирует гликоген и желчные кислоты, жировая ткань образует жир и синтезирует адипонектин — гормон, регулирующий концентрацию глюкозы и потребление жирных кислот. Гормоны надпочечников синтезируют глюкокортикоиды. У глюкокортикоидов много функций, они в том числе повышают уровень глюкозы в крови, стимулируют синтез глюкозы и гликогена в печени, усиливают расщепление белков и усвоение жиров в подкожной жировой клетчатке. Мышцы тоже активно работают и расходуют жиры.

Начало синтеза мелатонина отмечает время сна, покоя и голодания. Тело отключает режим активного расхода калорий. Насущные потребности оно поддерживает за счет запасов жиров и гликогена, которые неспешно расщепляет. Поджелудочная железа секретирует глюкагон, который способствует высвобождению запасенной глюкозы. А теперь представим, что человек, вместо того чтобы спать, закусывает. Его организм, не настроенный тратить калории, будет их запасать. И действительно, поздняя еда в неположенное время суток вызывает инсулиновую резистентность, лишний вес и ожирение, сахарный диабет 2-го типа. Это доказано и для грызунов (см. «Химию и жизнь», 2015, 6), и для людей.

Лет десять назад специалисты Северо-Восточного университета Чикаго провели исследование с участием 52 здоровых добровольцев, из которых половина женщины. Испытуемые в течение недели вели пищевые журналы и носили на запястье актиграф. Этот прибор, напоминающий наручные часы, регистрирует все движения, передает данные на записывающие устройства, а в некоторых случаях даже определяет освещенность. Актиграфию обычно используют для наблюдения за циклами отдыха и активности человека.

Эксперимент показал, что всех испытуемых можно разделить на две группы. Двадцать девять человек были «спящими нормально» — середина их периода сна наступала ранее половины шестого утра. У остальных участников, «спящих поздно», середина сна приходилась на половину шестого или позже. Они не только ложились и вставали позже, но и позже трапезничали. В течение дня они съедали примерно на 200 кал больше, чем спящие нормально, потребляли больше калорий за ужином, а после 20.00 больше закусывали, причем не овощами и фруктами, а фастфудом и калорийными газированными напитками. ИМТ у поздноспящих оказался больше, чем у спящих нормально: 26,0 и 23,7 соответственно. ИМТ выше 25 — показатель избыточной массы тела. Исследователи связывают лишний вес с более коротким и поздним сном, едой после 20.00 и употреблением пищи быстрого приготовления.

По мнению сомнолога Гарвардской медицинской школы Элизабет Клерман и ее коллег, в деле усвоения пищи очень важно не абсолютное время трапезы, а промежуток между едой и началом синтеза мелатонина.

Ученые обследовали 110 человек от 18 до 22 лет. Участники в течение 30 дней фиксировали время сна, физической активности и приема пищи. В лаборатории у них определили состав тела и график синтеза мелатонина. Оказалось, что упитанные люди, у которых на жир приходится более 32,4 % веса тела, съедают большую часть калорий позже, чем люди с низким содержанием жира (менее 22,2%). При этом синтез мелатонина, возвещающий начало биологической ночи, у обеих групп начинался около 23.00, и часы завтрака, обеда, ужина и вечернего перекуса не различались.

Есть такое понятие — средняя точка калорийности. Это час, к которому люди потребляют половину съеденных за сутки калорий. Полные участники эксперимента Клерман проходили эту точку на 1,1 часа ближе к началу синтеза мелатонина, чем худощавые, и не успевали потратить поглощенные калории до наступления периода покоя и голодания. Как ни странно, исследователи не обнаружили связь между процентным содержанием жира и продолжительностью сна. А она есть.


Компенсация

Специалисты считают, что люди 18—60 лет должны для поддержания оптимального самочувствия каждую ночь спать не менее семи часов. Увы, по данным разных эпидемиологических исследований, около трети взрослого населения развитых стран спит меньше семи часов в сутки, еще треть — менее шести часов, а военные и представители других служб немедленного реагирования зачастую спят менее пяти часов. Нехватку отдыха люди компенсируют, отсыпаясь в выходные. Разные исследователи неоднократно проверяли, может ли такой компенсационный сон повлиять на разные аспекты здоровья, и результаты получились противоречивые. По одним данным, дополнительный сон помогает, по другим, увы, нет.

Шведские и итальянские ученые под руководством профессора Каролинского института Торбьорна Окерштедта проанализировали данные о 43 880 людях старше 13 лет и обнаружили, что смертность людей, недосыпающих в будние дни, но спящих в выходные дни девять часов и более, не отличалась от уровня смертности людей, спящих семь часов в сутки в течение недели. Если же и в будни, и в выходные спать по пять часов в день, у людей моложе 65 лет смертность возрастает на 52%. Из этого исследователи делают вывод, что недосып, безусловно, вреден, но продолжительный сон по выходным может его компенсировать.

Поскольку недосып повышает концентрацию глюкозы в крови, он связан с инсулиновой резистентностью и повышенным риском диабета 2-го типа. Специалисты Чикагского университета проверяли, могут ли две ночи восстановительного сна нормализовать нарушенный глюкозный обмен. Оказалось, что могут, однако режим в этом эксперименте был более щадящим: четыре ночи испытуемые — молодые худощавые мужчины — спали по 4,5 часа, на пятый день — 12 часов, и на шестой день — 10 часов. В других экспериментах, в которых продолжительный сон в выходные исправляет последствия беспокойных будней, у людей также была возможность отсыпаться три ночи подряд.

Но есть и другие данные. Американские медики из Стэнфорда и Гарварда моделировали условия сна и бодрствования в лаборатории. Четырнадцать взрослых людей в течение трех недель спали пять дней по пять часов и два дня по восемь. При недосыпе организм испытывает физиологический стресс, который проявляет себя высокими концентрациями кортизола и воспалительного маркера IL-6 и повышенной чувствительностью глюкокортикоидных рецепторов. Кортизол — глюкокортикоидный гормон, который готовит организм к сценарию «сражайся или беги». Он повышает артериальное давление, увеличивает уровень глюкозы в крови и мешает клеткам периферических тканей ее потреблять, усиливает синтез гликогена в печени и мышцах, расщепление белков и накопление жиров в подкожной клетчатке и других тканях. При хроническом недосыпании испытуемые не успевали восстановиться за выходные и испытывали физиологический стресс постоянно, хотя субъективно его не ощущали.

В другом исследовании специалисты из университетов Южной Каролины и Аризоны наблюдали людей с лишним весом и ожирением. Восемь недель испытуемые соблюдали низкокалорийную диету (95% от своей обычной суточной нормы), а половине участников еще и сократили время сна. Пять дней в неделю они спали на час меньше обычного, зато в выходные могли отсыпаться «до упора». Практика показала, что в выходные они спали на час-полтора дольше, так что общий недосып составил 169±75 минут в неделю. Обе группы потеряли примерно одинаковый вес, однако люди, сидевшие на диете, сбросили преимущественно жир, а голодающие и недосыпающие — мышечную массу. Так что недосып вредно сказывается на составе тела, и дополнительные часы сна по выходным не могут компенсировать этот недостаток.

Много времени изучению недосыпа и восстановительного сна посвятил профессор Кеннет Райт-младший, директор лаборатории сна и хронобиологии Колорадского университета. Он проводил лабораторные исследования, и вот как это делается.

Сначала участников эксперимента нужно «стандартизовать». Тридцать шесть молодых мужчин и женщин с нормальными массой тела и процентным содержанием жира неделю провели дома без наркотиков, лекарств и курения и спали по девять часов в сутки. За три дня до начала исследования им запретили кофеин, алкоголь и физические упражнения и всех посадили на стандартную, сбалансированную диету.

Потом испытуемые перебрались в лабораторию, где три дня осваивались и спали по девять часов в сутки. Их питание состояло из завтрака, обеда, ужина и закуски после ужина, при этом три первые трапезы содержали по 30% от общего суточного потребления энергии, вечерняя закуска — 10%. Рацион полностью обеспечивал энергетические потребности испытуемых, им полагалось съедать все. Физические упражнения были под запретом, только неспешная ходьба дважды в день по 20 минут. Вес, инсулиновая резистентность и потребление калорий на этом этапе служили базовыми показателями, точкой отсчета.

Затем участников случайным образом разделили на три группы, в каждой группе мужчин и женщин поровну. Контрольная группа продолжала спать по девять часов в день, ложилась в 23.00, вставала в 8.00 — в это время в комнатах отключали свет и электронные устройства. Группа ограничения сна девять суток подряд спала по пять часов: в час ложились, в шесть вставали. Режим группы восстановительного сна имитировал рабочую неделю: после четырех ночей пятичасового сна они могли в ночь с пятницы на субботу и с субботы на воскресенье спать сколько угодно. В воскресенье вечером можно было лечь во сколько хочешь, а вставать приходилось в шесть, потому что начиналась вторая рабочая неделя, и они еще две ночи спали по пять часов. Восстановительный сон в выходные дни длился часов по 12, но этого не хватает, чтобы компенсировать часы недосыпа, накопившиеся в рабочие дни. Все испытуемые по-прежнему получали четырехразовое питание, но избыточное, и могли есть вволю.

Малоподвижная жизнь в лаборатории способствует набору веса. Все участники больше ели. Члены контрольной группы за десять дней прибавили около килограмма, остальные испытуемые — 1,3—1,4 кг, и эта разница достоверна. В будние дни участники групп недосыпа и восстановительного сна больше едят, особенно после ужина, причем выбирают мучные и сладкие блюда. Возможность поспать в выходные снижает количество съеденного по вечерам, хотя люди все равно ложатся довольно поздно. Очевидно, именно недосып способствует поздним трапезам.

Женщины в выходные дни спят дольше и едят меньше, чем мужчины. Причины этих различий пока неясны.

В дни недосыпа чувствительность к инсулину снижается на 13% по сравнению с исходным уровнем. У членов компенсаторной группы она в выходные восстанавливалась, но в начале следующей рабочей недели опять снижалась.

Исследователи пришли к заключению, что восстановительный сон в выходные не помогает предотвратить метаболические нарушения, вызванные хроническим недосыпом в рабочие дни. Эти же закономерности справедливы и для подростков. Неумолимая статистика показывает, что 78% старшеклассников спят меньше рекомендованных 8—10 часов в день. Недосыпающие школьники ведут малоподвижный образ жизни, сидя ночами над электронными устройствами, жуя при этом пиццу или сладости и запивая газировкой. А встают они рано, потому что им нужно в школу. И хотя в выходные они отсыпаются, нехватка сна в будни связана у подростков с инсулиновой резистентностью и сахарным диабетом 2-го типа.

Сходные результаты получили исследователи из Гонконга, которые два года наблюдали за 599 китайскими детьми и выяснили, что восстановительный сон по выходным сам по себе не позволяет избежать ожирения. Он помогает только в сочетании с физической активностью по выходным же. Надо двигаться хотя бы 20 минут в день.

По данным Райта и его коллег, недосыпающие люди бодрствуют и, о ужас, едят в период синтеза мелатонина, то есть биологической ночью. С этой точки зрения ранний завтрак вреден не меньше, чем поздний ужин. Восемнадцать участников, из них девять женщин, в течение 15 дней спали по 8 часов (с 24.00 до 8.00) а на 16-й день, ложились на час раньше обычного и вставали на 2,5 часа раньше, чем в обычное время. Концентрация мелатонина в плазме 10 пг/мл служит показателем биологической ночи. В обычное утро концентрация мелатонина после пробуждения была ниже этого значения, в утро раннего подъема — выше, и оставалась такой примерно два часа. Концентрация глюкозы в крови после завтрака ранним утром была выше, чем в обычный день. По мнению исследователей, недостаточный сон и потребление калорий при высоком уровне мелатонина могут привести к метаболическому расстройству у тех, кто завтракает рано.


pic_2021_07_51.jpg

Циркадный ритм определяет время активности и покоя организма



Почему они столько едят?

Итак, мы выяснили, что недосып сдвигает режим дня, который не совпадает с циркадным ритмом. Калории, съеденные биологической ночью, не расходуются на тепло и полезную работу, а откладываются в жир. Но проблема не только в позднем питании, а в его избыточности. Недоспавшие люди по вечерам съедают больше, чем когда они выспались. Почему?

Есть данные о том, что недосып повышает уровень грелина — гормона, вызывающего аппетит, и понижает уровень лептина — гормона сытости, но они не всегда подтверждаются.

Возможно, люди переедают, потому что дольше бодрствуют и у них появляется дополнительное время для еды. Сотрудники Института биологических исследований Солка три недели наблюдали за людьми с лишним весом. Участников просили в специальном приложении для смартфона отмечать все случаи приема пищи, будь то бифштекс или горсть орешков, и напитков, отличных от воды. Люди с удивлением обнаружили, что едят не трижды в день, а гораздо чаще, причем менее четверти калорий они потребляли до полудня, и более 35% после 18.00. Примерно для половины испытуемых интервал приема пищи приближался к 15 часам. Разумеется, они не ели 15 часов подряд, просто в этот промежуток время от времени что-нибудь жевали или прихлебывали. Когда участников попросили сократить этот интервал до 10—11 часов, а в остальное время совсем ничего не есть, они при исходном весе около 95 кг похудели за 16 недель примерно на 3 кг и улучшили сон. Достигнутый результат продержался год.

По мнению Кеннета Райта, люди при недосыпе едят, чтобы обеспечить тело энергией во время дополнительного бодрствования. Однако пища легкодоступна, и люди съедают больше необходимого. В экспериментах Райта и его коллег пятичасовой сон вместо восьмичасового примерно на 5% увеличивает расход энергии, однако добровольцы-испытуемые потребляли больше, чем необходимо для поддержания энергетического баланса. За две недели люди набрали по 800 граммов, хотя концентрация лептина и грелина оставалась в норме и не объясняла переедание.

Сходные результаты получены и для подростков 14—16 лет, которые съедали на 10% больше калорий и на 110% больше сладостей, когда они во время эксперимента неделю спали по 6,5 часов вместо положенных десяти. И чем меньше они спали, тем больше их тянуло на сладости. Есть и другие данные о том, что недосыпающих подростков привлекают именно углеводные продукты. Возможно, недосып включает мозговые механизмы, благодаря которым мы едим без необходимости, чтобы улучшить настроение или получить удовольствие. Это еще предстоит выяснить.

А еще недосыпающие люди менее активны физически. Днем они ощущают сонливость, а по вечерам возможностей для занятий спортом меньше. По некоторым данным, дополнительное бодрствование — это малоподвижное время, проведенное у экрана или за письменным столом. Но точно этого утверждать нельзя из-за малого числа исследований.

По мнению Кеннета Райта, для борьбы с набором веса необходима образовательная программа о правильном сне. Адекватный сон, как показывают исследования, снижает переедание и потребление жиров и углеводов. Недосып, напротив, мешает похудению: ограничение калорий при недосыпе не позволяет сбросить жир.

Как гласит народная мудрость, лучше переесть, чем недоспать. Зерно истины в этом есть, потому что переедание — одно из вредных последствий недосыпа и идет с ним в комплекте.

123

Разные разности

29.09.2022 12:00:00

Сегодня в живых клетках аминокислоты образуются из α-кетокислот с использованием азота и белков-катализаторов. Но как это происходило в ранние исторические времена, когда никаких клеток еще не было? Ученые из Исследовательского института Скриппса предположили, что роль фермента в превращении α-кетокислоты в аминокислоту может сыграть обыкновенный цианид.

>>
25.09.2022 14:00:00

Как вы думаете, что важнее — есть много фруктов или есть фрукты часто? Казалось бы, какая разница. А между тем разницу обнаружили исследователи из Астонского университета в Бирмингеме.

>>
23.09.2022 14:00:00

В Формуле-1 всегда бытовало твердое убеждение, что здесь работает «правило 80/20»: машина/команда отвечают за 80% успеха в гонке, а мастерство пилота — только за 20%. Но, как выяснили ученые из Университета Летбриджа, эта формула ошибочна.

>>
21.09.2022 16:00:00

Компания Virginia Tech вместе со специалистами из двух университетов США работает над перчатками для подводных манипуляций Octa-glove. Принцип их работы позаимствован у щупалец осьминога.

>>
17.09.2022 16:00:00

Одуванчики продолжают распространяться по миру. И делают это поразительно успешно. Потому что используют надежные и изощренные технологии, созданные природой. Например, семена одуванчиков — одни из лучших летунов.

>>