Вплив їжі та голодування на мозок людини та зворотний взаємозв'язок

Як мозок реагує на прийом їжі та утримання від їжі

Еволюційний розвиток людини на початкових стадіях, в умовах дефіциту їжі та, відповідно, калорій для нормального функціонування організму, як запобіжник від виснаження та смерті, заклав в організмі прагнення до насичення та накопичення енергетичних ресурсів. Однак при постійній нестачі продуктів функція обмеження такого накопичення не сформувалася. Тому виник своєрідний дисбаланс між накопиченням та тратою калорій (анаболізмом та катаболізмом) на користь першого.

В умовах сучасної цивілізації, розвитку високих технологій, у тому числі в сільському господарстві та виробництві продуктів харчування, такий, здавалося б, необхідний та корисний інстинкт, як прагнення до запасання енергетичних реурсів для організму, перетворився на справжній бич для всього людства, особливо в розвинених країн. Тому перед сучасною людиною гостро постало зовсім інше, протилежне завдання – як протистояти достатку калорій та організувати себе у харчуванні

Розглянемо механізм дії процесу насичення та утримання від їжі людським організмом. Головним капітанським містком, з якого здійснюється управління процесами травлення та засвоєння енергії, є розташований у мозку, у середній частині гіпоталамуса так званий центр голоду.

Ця частина мозку в основному відповідальна за діяльність наших внутрішніх органів, спостерігає за параметрами крові та за допомогою спеціальних нервових клітин регулює запуск та гальмування мотивації до прийому їжі.

Серед багатьох ядер, присутніх у гіпоталамусі, слід виділити головний центр голоду, який за допомогою своїх клітин реагує на рівень та концентрацію інсуліну та глукози у крові.

Наш мозок і нервові клітини вимагають постійної та великої кількості енергії, яку вони виробляють з глюкози, що знаходиться в крові, і відразу витрачають, не маючи механізму якось запасати дані енергетичні ресурси. Глюкоза живить нейрони мозку за допомогою розташованих там білків-насосів. Нейрони не обмежені жодними механізмами пріоритетного споживання глюкози з крові порівняно з іншими органами. При цьому клітини мозку здатні засвоювати глюкозу без додаткових біохімічних компонентів, у тому числі без допомоги інсуліну. Це ще один із механізмів захисту організму від загибелі.

Оптимальна концентрація глюкози в крові становить 0,1% і вона повинна постійно підтримуватись на цьому рівні, щоб забезпечити належне харчування клітин мозку.

На відміну від нейронів, інші клітини організму як джерело енергії можуть використовувати цю ж глюкозу тільки в присутності її путівника - інсуліну, який виділяють спеціальні острівцеві клітини підшлункової залози. Ці клітини постійно моніторять склад крові і, у разі потрапляння в кровотік додаткової порції глюкози з кишечника та підвищення її концентрації понад 0,1%, виділяють у кров гормон інсулін, за допомогою якого вже й інші клітини організму, зокрема м'язові волокна, можуть використовувати глюкозу як джерело енергії. Частина глюкози про запас може відкладатися в печінці у вигляді глікогену (своєрідна "архівна" форма глюкози для більш тривалого зберігання).

У разі тривалого утримання від їжі рівень глюкози в крові відповідно починає знижуватися, що відразу виявляють клітини підшлункової залози, і вони у відповідь на падіння глюкози починають виділяти інший гормон – глюкагон, який є антагоністом інсуліну. 

У відповідь на виділення глюкагону печінка як компенсаторний механізм починає віддавати глікоген для забезпечення харчуванням нейронів головного мозку. При тривалому утриманні від їжі, якщо рівень глюкози у крові опускається нижче 0,1%, у центрі голоду запускається процес харчової мотивації як почуття голоду.

Ще одним із джерел сигналів харчової поведінки людини є шлунок. Якщо в ньому відсутня їжа, нервові волокна стінок шлунка інформують про це гіпоталамус, а на місцевому рівні додатково виділяють гормон грелін, який також для центру голоду є одним із факторів для запуску харчової поведінки.

Ще одним дуже важливим і досить важливим фактором харчової поведінки людини є горомон лептин, який виділяється в кров жировими клітинами – адипоцитами.

Суть цього механізму полягає в тому, що рівень запасів жиру в організмі прямо пропорційний лептину, що виділяється в кров, який запускає механізм гальмування центру голоду. І це оптимістичне властивість для нормалізації ваги. Проте є й негативні моменти, пов'язані з підвищенням віку людини. Справа в тому, що у людей похилого віку лептин все гірше проходить в мозок через гематоенцефалічний бар'єр, що призводить до підвищення ваги.

Крім перерахованих, найважливіших чинників, які впливають центр голоду, до них віднесуться деякі гормони стресу, сигнали від смакової системи та інших.

Але харчова поведінка людини настільки важливий процес для її безпеки та нормального функціонування організму, що природа заклала додаткові механізми захисту у вигляді так званих "гойдалок", тобто взаємно врівноважують один одного систем. Як конкуруюча, врівноважуюча система по відношенню до центру голоду в гіпоталамусі виступає вентромедіальне харчове насичення, розташоване ближче до центру і нижче ядра гіпоталамуса. Вони утворюють систему із зворотними негативними зв'язками, яка дозволяє утримувати гомеостаз, більш-менш стабільний стан внутрішнього середовища організму та різних функцій.

Ті фактори, які активують центр голоду, гальмують центр насичення, і навпаки. Тобто виходять досить складні сенсорно-гормональні входи конкуруючі зав'язки. І досить добре відомі ефекти ушкодження цих зон. Якщо провести експеримент та пошкодити центр голоду, то лабораторний піддослідний перестає відчувати апетит, тому стає дистрофічно худим. Якщо пошкодити центр насичення, то домінуватиме центр голоду.

Центр харчового насичення та центр голоду, конкуруючи один з одним, створюють харчову мотивацію, і сигнал йде в лобову частку, зрештою запускаючи харчову поведінку. Дуже важливо, що у момент задоволення харчової потреби ми відчуваємо позитивні емоції. Коли знімається дефіцит глюкози в крові, коли центри смаку задовольняються отриманою їжею, в цей момент сигнали йдуть у той же центральний гіпоталамус, виникають позитивні інтенсивні емоції. Тому їжа справді важливе джерело позитиву.

За матеріалами лекції професора В'ячеслава Дубініна