Автофагията от научна гледна точка – един поглед отвъд нашумелите диети с гладуване

През 2020г. периодичното гладуване се превърна в най-популярната диета в света. Новата мода привлече над 17 милиона души в САЩ, практикуващи периодично гладуване в режим 16:8, 5:2 или само през работните дни. Както става с всички набрали популярност диети, хиляди ентусиасти и знаменитости задръстиха Instagram със снимки на постигнатите успехи, насърчавайки все повече хора да протегнат ръце към тази нова панацея.

Задавали ли сте си обаче въпроса какво точно се случва в тялото ви, когато практикувате периодично гладуване?

Наясно ли сте с научната страна на автофагията и гладуването?

Днес ще се опитам да ви разясня научното обяснение на автофагията и периодичното гладуване, за да знаете с абсолютна сигурност какво точно се случва с тялото ви по време на тези процеси.

Какво е автофагия?

Терминът автофагия произлиза от думите „авто“ и „фагия“. „Авто“ означава само-, себе-, докато „фагия“ означава ям. Следователно автофагия буквално означава самоизяждане. Тоест, това е форма на автоканибализъм, но НЕ в отрицателен смисъл. Това е естественият начин тялото да се пречисти от мъртви, увредени или твърде стари клетки. По този начин то може да регенерира и да произвежда нови, по-здрави клетки.

Защо в днешно време постоянно сме в режим „пируване“

В продължение на около 2 милиона години на еволюционен преход след отделянето на човека от маймуната хората са живеели в редуващи се периоди на изобилие и недостиг от храна. От друга страна, в днешно време повечето хора имат достъп до неограничено количество калории, поне в развитите страни. Поради това вече не ни се налага да минаваме през цикъла на „пируване“ и глад, който е бил част от ежедневието на прадедите ни. Вместо това постоянно се намираме в режим „пируване“.

Проблемът с тази ситуация е, че телата ни са еволюционно пригодени да преминават през цикли на „пируване“ и глад и функционират най-добре именно по този начин.

• Когато имаме достатъчно храна, клетките ни могат да растат и да се размножават. Но когато ни липсва храна, тялото ни може да превключи към друг метаболитен режим (1), който подсилва способността на клетките да реагират на стрес.
• Реакцията на клетките включва разграждане на стари и увредени клетъчни елементи, тяхното регенериране, както и производство на определени вещества, като например антиоксиданти.
• След това разградените частици могат да бъдат използвани за изграждане на нови клетъчни елементи или за набавяне на енергия.

За да бъдат в оптимално здравословно състояние, хората имат нужда от баланс между режимите на „пируване“ и на глад.

Предимствата и недостатъците на периодичното гладуване

ПРЕДИМСТВО: Продължителният период на „пируване“ може да увеличи количеството увредени протеини и други клетъчни елементи, което от своя страна ще попречи на клетките да си вършат работата ефективно. А тъй като клетките изграждат всичко останало в телата ни, включително нашите органи, в крайна сметка всичко ще престане да функционира правилно.

НЕДОСТАТЪК: От друга страна, прекаленият глад също води до проблеми, защото тялото се концентрира само върху разграждането и регенерацията на клетките, като забравя да произвежда енергия.

Затова ни е необходим баланс между двете състояния. Периодичното гладуване ни позволява да поддържаме този баланс, защото имитира периодите на глад, като по този начин нарушава режима на постоянно „пируване“.

MTOR срещу автофагия

Балансът между режимите на „пируване“ и глад се поддържа с помощта на два противоположни процеса, които се случват едновременно в тялото ни – mTOR и автофагия.

mTOR – един ензим, Великденските острови и мечтата на всеки бодибилдър!

Първият процес – mTOR, е процес на растеж. mTOR означава „механистична цел на рапамицина“ (mechanistic target of rapamycin).

Името е малко странно, но си има разумно обяснение. Произлиза от името на почвена бактерия, открита за първи път по време на експедиция до Великденските острови през 60-те години. Великденските острови са група острови в Тихия океан, разположени на около 2000 мили западно от Чили. Обявени са за обект на световното наследство, тъй като на територията им са разположени над 1000 възхитителни статуи от древността. Местното население нарича Великденските острови Рапа Нуи и именно оттам произхожда и наименованието на бактерията – рапамицин.

mTOR обаче не е самата почвена бактерия, а е вид ензим, който телата ни произвеждат. Но тъй като рапамицинът стимулира активността на mTOR, ензимът е известен като „цел на рапамицина“. При стимулация на mTOR клетките започват да нарастват, да произвеждат протеини и да се размножават по-бързо. mTOR е добре известен на бодибилдърите и други силови атлети, които се опитват да го стимулират максимално.

Автофагия – науката зад диетите с гладуване

Обратният процес на mTOR се нарича автофагия – когато клетките започват да разграждат стари и увредени елементи. Тъй като двата процеса са противоположни, стимулацията на mTOR води до понижена автофагия. От друга страна, стимулирането на автофагия означава ограничаване на mTOR.

Как точно работи автофагията?

• По време на процеса на автофагия клетките образуват специални структури, наречени фагофори.
• Фагофорите са мембрани, които нарастват постепенно и образуват топчеста структура, обвита в мембрана.
• Мембраната е изградена от така наречения липиден двуслой.
• Липидите представляват мастни молекули. Всички органели в клетките ни, както и всичките ни 20 милиарда клетки са обгърнати от липиден двуслой!
• Огранелите отговарят за различни функции в клетките ни и могат да бъдат оприличени на органите в тялото.

Образуване на фагофори

Докато фагофорът е в процес на формиране, той постоянно се движи из клетката. През това време фагофорът събира всички протеини и други органели, които носят специални белези, по които се разпознава, че са били избрани за разграждане. Този специален белег се нарича убиквитин.

Край на процеса на образуване на фагофори

В крайна сметка мембраните успяват да обградят напълно протеините и органелите. Когато това се случи, фагофорът се превръща в нова структура, наречена автофагозома. След това автофагозомата се придвижва към лизозома и се съединява с нея. Лизозомата е вид органел, който може да се възприеме като стомаха на клетката, въпреки че това не е напълно точно, защото една клетка съдържа много лизозоми!

Но, подобно на стомасите ни, съставът на лизозомите е киселинен и включва храносмилателни ензими, които разграждат протеините и органелите. Щом бъдат разградени до отделни аминокиселини, те могат да бъдат използвани отново за изграждане на протеини, органели и дори на нови клетки. Също така могат да бъдат превърнати в енергия от черния дроб чрез процес, нарече глюконеогенеза. Аминокиселините, които се използват за нови клетки и протеини, биват стимулирани от mTOR ензима, което затваря цикъла и тялото превключва от автофагия към mTOR.

Съществува обаче и специфичен тип автофагия, които е свързан с митохондриите. Той се осъществява чрез процес на селективно разграждане на митохондрии, наречен митофагия. Митохондриите са вид органели, които играят ролята на двигатели на клетките ни и произвеждат енергия. Във всяка една клетка има над 2000 митохондрии.

Но тъй като за производството на енергия ни е необходим кислород, а кислородът създава оксидативен стрес, митохондриите непрестанно трябва да се борят със свободни радикали. Поради това много от тях биват увреждани често и процесът на митофагия е изключително важен за тяхното възстановяване.

Как гладуването стимулира автофагията и митофагията

Когато сме в период на глад, тялото ни приема по-малки количества енергия, набавена от храна. Това води до енергиен дисбаланс, тъй като използваме повече енергия, отколкото произвеждаме. Един от ензимите в човешкото тяло, наречен AMPK (аденозинмонофосфат-активирана протеин киназа), отговаря за поддържането на енергиен баланс.

Енергийният баланс се поддържа чрез регулиране на съотношението на AMP (аденозинмонофосфат) към ATP (аденозинтрифосфат).

ATP освобождава енергия, когато отделя една своя фосфатна молекула и се превръща в ADP (аденозиндифосфат). Когато нивата на енергия са ниски, 2 ADP се обединяват в едно ATP съединение, като в резултат оставят и едно самотно AMP съединение (ATP е молекула аденозин с 3 прикрепени фосфата, ADP е молекула аденозин с 2 прикрепени фосфата, а AMP е молекула аденозин с 1 прикрепен фосфат).

ATP = аденозинтрифосфат (3 фосфата)

ADP = аденозиндифосфат (2 фосфата)

AMP = аденозинмонофосфат (1 фосфат)

Когато 2 ADP се обединят (2 + 2 фосфата), се получава едно ATP (3 фосфата) и остатък едно AMP (1 остатъчен фосфат).

Когато количеството AMP спрямо ATP нарасне, организмът получава сигнал, че наличната енергия намалява, и започва да стимулира AMPK. AMPK от своя страна стимулира друг протеин, наречен ULK1, и това води до производството на мембраните, които впоследствие се превръщат във фагофори.

NAD + и сиртуините

Гладуването увеличава и нивата на NAD +, окислената форма на NADH, който пък е активна форма на витамин B3 (жизненоважен за производството на енергия).

Сиртуините са група протеини, които стимулират автофагията директно

В резултат на производството на енергия в митохондриите нарастващо количество NADH се превръща в NAD +. Tази промяна в съотношението на NAD + към NADH стимулира производството на сиртуини.

Сиртуините са група протеини, които стимулират автофагията директно. Производството им се свързва с дълготраен живот и с повишен процес на ДНК регенерация (2).

Както AMPK, така и сиртуините активират и други гени, за които се знае, че носят ползи за здравето: FoxO групата, TFEB, PGC-1a и P53.

• Активирането на FoxO групата се свързва с повишена устойчивост на стрес, по-дълъг живот и по-малък риск от тумори (т.е. видове рак). Това се дължи на факта, че нефункциониращите клетки биват инструктирани да се самоубият (апоптоза), вместо да растат и евентуално да се развият в тумори (3).
• TFEB е най-мощният стимулатор на производството на лизозоми, което го прави директно обвързан с автофагията.
• P53 е познат като „пазителя на генома“, защото предотвратява ДНК мутациите (4) и потиска образуването на тумори (5).
• PGC-1a е основният ген, стимулиращ производството на митохондрии. Колкото повече митохондрии имаме на разположение, толкова по-лесно ще бъде за тялото ни да произведе енергията, от която се нуждаем. По този начин произвеждаме енергия по-ефикасно и създаваме по-малко свободни радикали.

Ролята на кетозата в автофагията

Периодичното гладуване също така води до разграждане на мастната тъкан, като по този начин увеличава притока на свободни мастни киселини в черния дроб. Това води до повишено производство на кетони (1).

Кетоните са мастни молекули, които могат да произвеждат енергия.

Кетоните са мастни молекули, които могат да произвеждат енергия особено ефикасно. Набавянето на енергия чрез изгаряне на кетони води до освобождаването на по-малко количество свободни радикали и ограничава възпаленията в тялото. Кетоните също така стимулират производството на BDNF (извлечен от мозъка невротрофичен фактор). BDNF е хормон на растежа, който е специфично свързан с мозъка и стимулира изграждането на нови мозъчни клетки (неврони). Освен това помага за формирането на нови синапси – връзките между отделните неврони (1). Колкото повече връзки (синапси) имаме, толкова по-добре можем да разбираме и усвояваме информация.

Защо диетите с гладуване за толкова популярни през 2021г.?

Е, как периодичното гладуване, с цялата наука зад него, води до ползи за здравето?

Отслабване

Много хора решават да се подложат на глад, за да свалят килограми. Проучвания показват, че хората губят средно между 2,5% и 9,9% от собственото си тегло по време на период на глад, продължаващ от 3 до 6 месеца (7, 8). Освен това резултатите показват, че изгубените килограми представляват стопени мазнини, а не изгубена мускулна маса.

Гладуването помага за регулирането на глюкозата и инсулина

Научните проучвания показват също, че периодичното гладуване може да понижи нивата на глюкоза и инсулин при диабетици (10), хора с наднормено тегло (7) , както и при хора с нормално тегло (11). Освен това, изследване върху млади жени с наднормено тегло показва понижение на LDL холестерола, триглицеридите и кръвното налягане. Наблюдава се още понижена стойност на показателя за възпаление C-реактивен протеин и на хормона лептин, който обичайно нараства с натрупването на килограми.

Гладуването помага за регулирането на тестостерона

Учените докладват и повишение в нивата на SHBG (глобулин, свързващ половите хормони), който спомага за ограничаването на ефектите на тестостерона. Когато обаче нивото на тестостерон у жените достигне прекалено високи стойности, могат да се проявят нежелани странични ефекти (12).

Периодичното гладуване може да има дори и противосъстаряващ ефект

Повечето проучвания върху връзката между периодичното гладуване и стареенето са правени върху животни. Причината за това е много проста – практически невъзможно е да се правят такива проучвания върху хора, защото няма как да бъдат проследени за един цял живот (или поне няма как да бъдат поставени в режим на периодично гладуване през цялото това време).

Въпреки това е важно да се отбележи, че стимулирането на AMPK и сиртуини по време на периодично гладуване е силно свързано с по-висока продължителност на живота при животните.

Проучванията показват, че периодичното гладуване увеличава продължителността на живота на мишки и маймуни и намалява риска от заболявания, свързани със стареенето (13). Едно проучване дори докладва, че подложени на глад мишки успели да запазят мускулната маса, която обикновено се губи в процеса на стареене (9).

Извод: струва ли си да стимулираме автофагия чрез периодично гладуване?

Периодичното гладуване може да бъде особено полезно за здравето, тъй като:

• стимулира автофагия;
• се свързва с по-голяма продължителност на живота;
• може да стимулира производството на митохондрии;
• може да ограничи възпаленията и да подобри сърдечното здраве;
• помага за отслабване;
• и може да намали нивата на тестостерон у жените.

Но, въпреки че периодичното гладуване има много предимства, все още не съм ви споменал за един възможен недостатък. И той е, че трябва много внимателно да следим дали наистина гладуваме правилно или просто обричаме тялото си на мъчителен глад.

Когато гладувате по правилния начин, не би трябвало да усещате никакви негативни ефекти, като замаяност, отпадналост, раздразнимост или друго неприятно нещо.

Нормално е да усещате лек глад. Но ако се чувствате зле или не можете да изчакате до следващото планирано хранене, това значи, че тялото ви е влязло в режим на реакция на глада.

Реакцията на глад настъпва, когато тялото не произвежда достатъчно кетони, за да захранва мозъка. И тъй като не получава необходимата му енергия, мозъкът решава, че се намираме в ситуация на опасна липса на храна. В резултат на това той ни заставя да стоим на едно място и да не хабим енергия, като ни кара да се чувстваме зле.

Вече съм написал подробен наръчник за това как да избегнем реакцията на глад и ви моля да го прочетете, преди да решите, че гладуването е подходящият избор за вас.

След като имате на разположение нужната информация и разберете как работи периодичното гладуване, повечето от вас ще могат да го изпробват и да усетят всичките му здравословни ефекти!

Източници 

(1) Stephen D. Anton, Keelin Moehl, William T. Donahoo, Krisztina Marosi, Stephanie Lee, Arch G. Mainous, III, Christiaan Leeuwenburgh, and Mark P. Mattson, Flipping the Metabolic Switch: Understanding and Applying Health Benefits of Fasting, Obesity (Silver Spring). 2018 Feb; 26(2): 254–268.

(2) Uribarri J, Woodruff S, Goodman S, Cai W, Chen X, Pyzik R, et al. Advanced glycation end products in foods and a practical guide to their reduction in the diet. J Am Diet Assoc. 2010;110: 911–916

(3) Eric L Greer & Anne Brunet, FOXO transcription factors at the interface between longevity and tumor suppression, Oncogene volume 24, pages7410–7425(2005)

(4) Read AP, Strachan T (1999). “Chapter 18: Cancer Genetics”. Human molecular genetics 2. New York: Wiley.

(5) Surget S, Khoury MP, Bourdon JC (December 2013). “Uncovering the role of p53 splice variants in human malignancy: a clinical perspective”. OncoTargets and Therapy. 7: 57–68.

(6) Sanchis-Gomar F, García-Giménez JL, Gómez-Cabrera MC, Pallardó FV (2014). “Mitochondrial biogenesis in health and disease. Molecular and therapeutic approaches”. Curr. Pharm. Des. 20 (35): 5619–5633.

(7) Heilbronn LK, Smith SR, Martin CK, Anton SD, Ravussin E. Alternate-day fasting in nonobese subjects: effects on body weight, body composition, and energy metabolism. Am J Clin Nutr [Internet] 2005;81:69–73.

(8) Byrne NMM, Sainsbury A, King NAA, Hills APP, Wood REE. Intermittent energy restriction improves weight loss efficiency in obese men: the MATADOR study. Int J Obes [Internet] 2017:1–10.

(9) Van Norren K, Rusli F, Van Dijk M, Lute C, Nagel J, Dijk FJ, Dwarkasing J, Boekschoten MV, Luiking Y, Witkamp RF, Müller M, Steegenga WT, Behavioural changes are a major contributing factor in the reduction of sarcopenia in caloric-restricted ageing mice.

J Cachexia Sarcopenia Muscle. 2015 Sep; 6(3):253-68.

(10) Deng X, Cheng J, Zhang Y, Li N, Chen L. Effects of caloric restriction on SIRT1 expression and apoptosis of islet beta cells in type 2 diabetic rats. Acta Diabetol. 2010;47(suppl 1):177–85.

(11) M’guil M, Ragala MA, El Guessabi L, Fellat S, Chraibi A, Chabraoui L, et al. Is Ramadan fasting safe in type 2 diabetic patients in view of the lack of significant effect of fasting on clinical and biochemical parameters, blood pressure, and glycemic control ? Clin Exp Hypertens. 2008;30:339–57.

(12) Harvie MN, Pegington M, Mattson MP, Frystyk J, Dillon B, Evans G, et al. The effects of intermittent or continuous energy restriction on weight loss and metabolic disease risk markers: A randomized trial in young overweight women. Int J Obes. 2011;35:714–27.

(13) Beneficial effects of intermittent fasting and caloric restriction on the cardiovascular and cerebrovascular systems. Mattson MP, Wan RJ, Nutr Biochem. 2005 Mar; 16(3):129-37.