Что происходит с организмом во время скачков глюкозы

В статье из раздела "Здоровье", посвященной питанию при диабете второго типа, я говорил о том, что нужно стараться избегать так называемых инсулиновых пиков - резких выбросов инсулина при скачках глюкозы. И говорил о том, что позже с этими скачками глюкозы мы будем разбираться отдельно, потому что они могут приводить к неприятным последствиям далеко не только у диабетиков. 

Что провоцирует скачки глюкозы - хорошо известно. Это сладкие напитки и соки; сахар, конфеты, выпечка; белый хлеб и другие продукты из очищенной муки; большие порции легкоусвояемых крахмалов (картошка-фри); углеводы, съеденные отдельно, без клетчатки, белка и жира.

Каждый из нас состоит более чем из тридцати триллионов клеток, и скачок глюкозы не проходит для них незамеченным. Глюкоза нужна организму как топливо: попадая в клетку, она отправляется в митохондрии, которые превращают ее в энергию.

Митохондрии - это крошечные "электростанции", находящиеся почти во всех клетках нашего организма. Они перерабатывают питательные вещества, прежде всего глюкозу и жирные кислоты, с участием кислорода и превращают их в энергию, необходимую клеткам.

Эта энергия хранится в виде молекул АТФ - своеобразных универсальных "аккумуляторов" организма. За счёт них сокращаются мышцы, работает мозг, бьётся сердце, поддерживается температура тела и идут тысячи других процессов.

Особенно много митохондрий в клетках, которым требуется много энергии: в мышцах, сердце, печени и мозге. Если митохондрии работают плохо, человек может быстрее уставать, ощущать слабость, а клетки и органы начинают хуже выполнять свои функции.

Все прекрасно, пока топлива поступает примерно столько, сколько нужно. Проблемы начинаются, когда глюкоза поступает в кровь быстро и в больших количествах. Тогда запускаются сразу три процесса. 

В своей книге "Glucose Revolution: The Life-Changing Power of Balancing Your Blood Sugar" («Глюкозная революция»: как баланс уровня сахара в крови может изменить вашу жизнь; её переводили на многие языки, но на русский не переводили) французская биохимик Джесси Иншоспе (она ведёт свой очень популярный Инстаграм GlucoseGoddess, в котором рассказывает о различных аспектах питания и работы организма) для наглядности представляет эти процессы в виде поезда, тостера и игры в "Тетрис". И вот как это объясняется.

Почему останавливается поезд

Представим себе дедушку, который на пенсии осуществил мечту всей жизни и устроился кочегаром на паровоз. Его задача проста: подбрасывать уголь в топку с такой скоростью, чтобы поезд ехал. Уголь поступает, при горении нагревает воду, которая превращается в пар, а этот пар двигает колёса - полная гармония человека, двигательного агрегата и профсоюза железнодорожников.

В первый день дедушка отработал на отлично - запас угля был выверен точно, уголь поступал в топку равномерно, из трубы паровоза задорно валил дым. Однако на второй день угля оказалось столько, что он заполонил не только соответствующую ёмкость позади паровоза, но и заполнил почти всю кабину. Дедушка даже не сразу сумел пробиться к топке, поезд вовремя на отправился, пассажиры были возмущены, а дедушка подумал, что спокойная пенсия - это все-таки не такая плохая идеей.

Но так как дедушка был крепкий и бодрый, он стал со страшной скоростью метать уголь в топку так, что тот уже толком не успевал сгорать. Труба паровоза раскалилась, двигатель стал захлёбываться, но дедушке на это было наплевать, ему надо было освободить кабину. Ну и в результате поезд просто остановился. 

Примерно то же самое происходит с митохондриями во время резкого скачка глюкозы. Они способны переработать только то количество топлива, которое в данный момент требуется клетке. Если глюкоза поступает слишком быстро, система начинает захлебываться. Важен не только объем, но и скорость доставки.

Одно из последствий такой перегрузки - появление свободных радикалов. Это весьма деятельные молекулы: они повреждают клеточные мембраны, нарушают работу клеток и могут портить ДНК. В небольшом количестве организм с ними справляется. Но при частых скачках свободных радикалов становится слишком много, и возникает окислительный стресс.

Со временем этот процесс может приводить к повышенному риску сердечно-сосудистых заболеваний, к диабету 2 типа, ухудшению когнитивных функций и ускоренного старения. Фруктоза усиливает этот процесс особенно активно, поэтому сладкие продукты обычно создают больше проблем, чем крахмалистые. Картошка в этом смысле не ангел, но печенье умеет бить сразу по нескольким направлениям.

Если перегружать митохондрии годами, то они хуже превращают глюкозу в энергию. Еды вроде бы хватает, а клетки все равно работают неэффективно. Отсюда могут появляться слабость, сонливость и знакомое многим состояние: утром уже устал, хотя еще ничего толком не успел сделать.

Почему мы поджариваемся: гликирование и воспаление

Теперь плохая новость: прямо сейчас мы понемногу поджариваемся. Не так эффектно, как хлеб в тостере, но химический принцип похож.

В 1912 году французский химик Луи-Камиль Майяр описал реакцию, при которой молекула сахара соединяется с другой молекулой и повреждает ее. Этот процесс называется гликированием. Благодаря реакции Майяра хлеб покрывается аппетитной корочкой. Внутри человеческого организма результат выглядит менее аппетитно.

Гликирование идет с рождения и является естественной частью старения. Например, хрящи младенца почти белые, а к глубокой старости становятся коричневатыми. Полностью остановить этот процесс нельзя, но можно влиять на его скорость.

Чем больше в организме глюкозы, тем чаще происходит гликирование. Повреждение при этом необратимо: тост невозможно "разжарить" обратно в белый хлеб. Накопление гликированных молекул связывают с морщинами, катарактой, сердечно-сосудистыми заболеваниями и нейродегенеративными процессами. Фруктоза вступает в такие реакции значительно активнее глюкозы - еще один повод не считать сладкое безобидной разновидностью еды. (А ведь многие диабетики считают фруктозу безопасной и потребляют её в больших количествах вместо сахара.)

Связь между уровнем глюкозы и гликированием настолько прямая, что анализ HbA1c фактически измеряет долю гликированного гемоглобина. Он показывает, насколько часто за последние два-три месяца уровень глюкозы был повышен. Чем выше HbA1c, тем бодрее внутри нас работает биохимический тостер.

Окислительный стресс и гликирование поддерживают хроническое воспаление. Само по себе воспаление - нормальная защитная реакция. Но если она не выключается, то организм начинает сражаться уже не столько с угрозой, сколько с самим собой. Постепенно повреждаются ткани и органы, растет риск сердечно-сосудистых заболеваний, ожирения, диабета, болезней печени и некоторых других хронических состояний.

Воспаление, разумеется, зависит не только от глюкозы: свою лепту вносят курение, алкоголь, стресс, избыток жировой ткани и другие факторы. Но уменьшение частоты и высоты глюкозных скачков помогает снизить общую воспалительную нагрузку. То есть выключить тостер нельзя, однако нет никакой необходимости держать ручку постоянно на максимуме.

"Тетрис" на выживание: инсулин и накопление жира

Третий процесс - попытка организма как можно быстрее убрать лишнюю глюкозу из крови. И здесь начинается своеобразный "Тетрис": пока блоки не заполнили весь экран, их нужно куда-нибудь пристроить.

Главный диспетчер этой операции - поджелудочная железа. Когда глюкоза повышается, она выделяет инсулин. У инсулина много задач, но в данном случае нас интересует одна: он помогает переместить лишнюю глюкозу из крови в хранилища. Без этого механизма избыток глюкозы быстро стал бы опасным. Именно поэтому людям с диабетом 1 типа, чей организм не вырабатывает достаточно инсулина, необходимы его инъекции.

Первое хранилище - печень. Она превращает глюкозу в гликоген, безопасную запасную форму топлива. Второе - мышцы, которые тоже накапливают гликоген и используют его при нагрузке. Система удобная, но вместимость у нее ограничена. Печень и мышцы - это кладовки, а не бездонные склады какого-нибудь крупного маркетплейса.

Когда свободного места не остается, избыток энергии приходится превращать в жир. С фруктозой ситуация еще веселее: значительная ее часть перерабатывается в печени, и при избытке она особенно легко участвует в образовании жира. Он может накапливаться в самой печени, в жировых клетках и вокруг внутренних органов, а часть липидов оказывается в крови. Отсюда связь чрезмерного потребления сладкого с жировой болезнью печени, набором веса и сердечно-сосудистыми рисками.

Поэтому одинаковая калорийность еще не делает два продукта одинаковыми по воздействию на организм. В сладком продукте обычно есть фруктоза, а значит, путь от него к жировым запасам может оказаться короче. Особенно забавно выглядят "обезжиренные" продукты, в которые для вкуса щедро добавили сахар. Жира на этикетке действительно меньше, но  организм прекрасно его изготовит сам.

При этом жир - не злодей, а аварийный склад. Организм создает жировые запасы, чтобы убрать из крови лишнее топливо и защитить клетки от более быстрого повреждения. У разных людей способность расширять эти запасы различается и во многом зависит от генетики. Одни долго набирают подкожный жир без явных метаболических нарушений, у других проблемы начинаются раньше.

В краткосрочной перспективе инсулин нас спасает. Но если скачки глюкозы происходят постоянно, уровень инсулина остается повышенным слишком часто и слишком долго. Это связано с ожирением, диабетом 2 типа и другими нарушениями обмена веществ. Выравнивая глюкозную кривую, мы обычно одновременно выравниваем и инсулиновую.

Для похудения это особенно важно. Потерять жир - значит открыть жировые клетки и извлечь из них запасенное топливо. Сначала организм расходует гликоген печени и мышц, а затем переходит к жировым резервам. Но при высоком уровне инсулина доступ к ним затруднен: дорога к жировой клетке превращается в улицу с односторонним движением - войти можно, выйти нельзя.

Когда после еды уровень инсулина снижается, организм снова получает возможность использовать жировые запасы. Поэтому стабильная глюкоза облегчает снижение веса: меньше резких подъемов - меньше инсулина - больше времени, когда жир можно расходовать, а не только складировать.

Что в итоге

Скачки глюкозы влияют на организм не только цифрой на глюкометре. Они перегружают митохондрии, усиливают образование свободных радикалов, ускоряют гликирование, поддерживают воспаление и заставляют организм чаще отправлять избыток энергии в жировые запасы.

Набор веса - лишь одно из видимых последствий. Усталость, проблемы с обменом веществ и повышенный риск хронических заболеваний развиваются по тем же причинам. Поэтому смысл ровной гликемической кривой не в том, чтобы добиться красивого графика в приложении. Смысл в том, чтобы поезд ехал, тостер не работал круглосуточно, а партия в "Тетрис" не заканчивалась надписью Game Over.