Глава 3. Белки нашей жизни. Почему люди выросли?

Рост мужчин регистрируется во всех странах при призыве на военную службу. Самых высоких зачисляют в гвардию, самых мускулистых – в артиллерию, низкорослых – в авиацию и кавалерию. Рекруты среднего роста попадают в пехоту. В европейских армиях с 1900-го по 1975 г. наблюдалось увеличение роста молодых солдат. Голландские воины стали выше на 11,1 см, солдаты-датчане – на 8,4, бельгийцы и шведы – на 8,1, французы – на 7,5, итальянцы – на 3,6 и испанцы только на 3,1 см [1]. Средний рост молодых москвичей увеличился на 5,7 см между 1925 и 1965 годами [2]. В послевоенный период быстрее всего увеличивался рост молодого поколения хорватов, с 1951-го по 1985-й они стали выше на 13 см. Заметно менялся и рост европейских женщин. Они при этом не только росли, но и развивались быстрее, чем в начале века. Их детородная способность наступала не в 15 лет, как в прошлом, а уже в 13 лет. Этот феномен обозначался термином «акселерация». В США акселерация происходила быстрее, чем в Европе. Между 1896 и 1968 гг. молодые девушки в США стали выше на 19,75 см, а молодые юноши лишь на 17,4 см. Японские юноши и девушки увеличивали свой рост медленнее и в основном после 1960 г. За двадцать последующих лет средний рост японских мужчин повысился на 4,7 см, женщин – на 2,7 см. Росли в этот период и китайцы, в явной корреляции с экономическим уровнем жизни. Китайцы, живущие в городах, имеют в настоящее время больший средний рост (1,702 м), чем сельские жители (1,663 м). Рост китайцев, живущих в Гонконге, увеличивался быстрее, чем в континентальном Китае. Еще выше оказались китайцы, живущие в США. Феномен увеличения роста новых поколений в XX в. не был универсальным для всех стран. Он не наблюдался, например, в Индии, Египте, Эфиопии и во множестве других азиатских и африканских стран. В настоящее время, по данным антропометрических измерений, самыми высокими в мире являются голландцы (1,843 см), самыми низкими – индийцы (1,612 см).

Изменение роста и физического развития людей в течение нескольких десятилетий хорошо коррелирует лишь с одним фактором – качеством питания, прежде всего белкового. Но роль белков проявлялась только в тех случаях, когда углеводы и жиры обеспечивали полные потребности энергетического обмена. Избытки углеводов и жиров, характерные для западных диет в последние двадцать лет, вели к увеличению среднего веса, но не роста. Не менее очевидна корреляция между ростом людей и долей в их диете продуктов животного происхождения. Качество питания, прежде всего детей, влияет не только на их рост, но и на умственное развитие, на относительные размеры их мозга. От полноценности белкового питания зависит и продолжительность жизни. В опытах на животных это было показано экспериментально, для людей – путем сравнительных наблюдений.

Потребность в белках

Тысячи исследований белкового обмена человека, проведенных в течение последних ста лет, легли в основу рекомендательных нормативов Всемирной организации здравоохранения, определявшей оптимальные потребности в белках для каждого возраста. Впервые такие нормативы были опубликованы Комиссией по здравоохранению Лиги Наций в 1936 г. ВОЗ пересматривала свои рекомендации несколько раз, учитывая новые данные. Последние из них, принятые в 1991 г., пока не менялись. На основании рекомендаций ВОЗ Министерство здравоохранения СССР издавало собственные советы для различных групп населения [3]. В пересчете на условный белок с идеально полноценным составом аминокислот детям в первый год жизни требуется ежедневно 5 – 6 г белка на килограмм веса тела, детям 2 – 3 лет – 4 г, подросткам 15 – 17 лет – не менее 2 г. Такие количества белка обеспечивают нормальный рост. Взрослым людям, мужчинам и женщинам, оптимальная норма установлена в 1 г/кг, что означает 70 г полноценного белка каждый день для человека со средним весом 70 кг. Этот расчет был сделан для людей с сидячим образом жизни. Для людей физического труда, спортсменов, беременных и кормящих женщин рекомендуемые нормативы по белкам увеличиваются на 30 – 50%. Для людей пожилого и старого возраста сохраняются обычно нормативы, принятые для среднего возраста, так как балансовые исследования азотного обмена у стариков до недавнего времени не проводились. В изданных ВОЗ рекомендациях по питанию для пожилых людей просто констатируется, что 0,9 – 1,1 г/кг благоприятны для здоровых людей старого возраста [4]. Этот норматив несколько преувеличен.

Весьма распространено убеждение, что если дефицит белка в питании, безусловно, вреден, то некоторый избыток белков скорее полезен и не может принести вреда. Такое убеждение не обосновано физиологически. Баланс есть равновесие синтеза и распада. Любой избыток белка в пище в сторону от равновесия приводит к использованию части белков в пище не для регенерации клеток и тканей, а в энергетическом обмене или для образования запасных жиров. Аминокислоты белков при этом подвергаются окислению, каждая по собственному циклу. В отличие от углеводов и жиров, энергетический распад которых заканчивается образованием лишь воды и углекислого газа, окисление аминокислот сопровождается выделением токсичного аммиака и окислов серы. Щелочной аммоний нейтрализуется в печени с образованием мочевины, которая удаляется через почки. Эти процессы происходят постоянно, но в пределах физиологических возможностей органов и тканей. При большом избытке аммиак, как газ, частично выделяется через легкие и кожу. Если печень и почки не успевают справляться с переработкой излишков аминокислот, особенно ароматических, имеющих бензольные кольца (фенилаланин, триптофан, тирозин), то повышенная их концентрация в крови может стать токсичной прежде всего для клеток мозга. «Аварийная» сигнализация включает выброс аминокислот в мочу. При старении функции печени и особенно почек также ослабевают и концентрация свободных аминокислот в моче может оказаться повышенной.

Полноценные и неполноценные белки

Почти все известные типы белков, их в любом организме многие тысячи, образованы из двадцати аминокислот. Одиннадцать аминокислот могут образовываться в клетках и тканях человека из других соединений. Они обозначаются поэтому как заменимые. Девять аминокислот – лейцин, лизин, валин, изолейцин, фенилаланин, треонин, гистидин, метионин и триптофан относятся к группе незаменимых. Способность к их синтезу была утрачена у позвоночных животных, и они обязательно должны поступать в организм с пищей или образовываться микрофлорой кишечника, как это происходит у травоядных животных. Полноценным в пище считается такой белок, аминокислотный состав которого соответствует аминокислотному составу тканей и органов человека, прежде всего по незаменимым аминокислотам. Эталоном полноценного белка принято, естественно, считать суммарный белок материнского молока. Состав этого белка по незаменимым аминокислотам показан в таблице.

Содержание незаменимых аминокислот в белках женского молока, %

Любые индивидуальные животные белки несколько отклоняются от этого идеального состава. В белках мяса, например, больше лизина (8,5%), но меньше изолейцина (4,7%). В белках куриного яйца больше треонина и метионина (соответственно 5 и 3,1%), но меньше лизина (6,9%). Тем не менее почти все животные белки относятся к категории полноценных. Исключение составляют лишь кератины – белки, из которых образованы волосы, ногти, копыта, рога, перья и другие защитные белковые структуры. Кератины состоят в основном из коротких аминокислот – глицина, аланина и валина и серосодержащего цистеина, что обеспечивает прочность белкового волокна, дополнительно скрепленного дисульфидными связями. Они нерастворимы в воде и не расщепляются ферментами.

Белки большинства растений существенно отличаются от белков животных. Большая часть растительных белков потребляется человеком в форме зерен, бобов, клубней и других запасных органов, в которых белки являются не резервом аминокислот, а резервом азота и серы. Листья растений способны к синтезу всех двадцати аминокислот, но необходимые для этого азот и сера должны поступать из почвы или из резервных органов. Белки внутриклеточных структур растений близки по составу животным белкам, тогда как белки запасных органов заметно отличаются от животных. В белках зерен пшеницы содержится лишь 2,7% лизина, то есть в три раза меньше, чем в белках молока. В белках кукурузы мало не только лизина (2,6%), но и триптофана (0,7%). В белках гороха снижено содержание метионина. Белки риса и ржи являются наиболее близкими животным белкам. Поскольку синтез животных белков требует наличия определенных пропорций незаменимых аминокислот, то для удовлетворения суточной потребности человека в 70 г полноценного белка требуется 220 г белка кукурузы, 210 г белка пшеницы, 150 г белков гороха или фасоли и только 140 г белков риса или ржаного хлеба. Структурные белки растительных клеток более полноценны, чем запасные. Наиболее полноценными по аминокислотному составу среди растительных источников питания являются белки спаржи, цветной капусты, брокколи, семян тыквы и грибов, особенно молодых, еще растущих. В среднем при потреблении в основном растительной пищи ее белки утилизируются в синтезе белков тканей человека лишь на 40 – 50%, и больше половины их аминокислот используется в энергетическом обмене, при котором излишние амино– и амидогруппы и сера удаляются через почки. Растительные продукты, если ими удовлетворяется потребность в белках, приводят к значительно большему объему синтеза мочевины, чем животные продукты в пересчете на эквивалентное содержание незаменимых аминокислот. Именно поэтому при преимущественно растительной диете удовлетворение потребностей организма в энергии может быть достигнуто таким объемом пищи, который не обеспечивает баланса белков.

Эволюция типов белкового питания

Эволюционные изменения, которые привели к появлению среди высших приматов самых ранних предков человека, были связаны с необходимостью поисков новых источников питания. Большинство приматов являются всеядными в лесных тропических биоценозах. Однако в основном они все же зависят от растительной пищи и не ведут активной охоты. К настоящему времени процесс эволюции человека изучен достаточно полно не только анатомически, но и генетически. Прямостоячие предки человека (Homo erectus) появились около 2 млн лет назад, и их разделение на две ветви, неандертальцев и предков современного человека (Homo sapiens), происходило в течение длительного времени 300 – 700 тыс. лет назад [5]. Анатомические и физиологические изменения в организме предков человека обеспечивали приспособление к увеличению в их питании доли животных продуктов, добываемых охотой. Современный тип людей появился около 45 тыс. лет назад, в период, когда неандертальцы также имели свои поселения в Южной и Центральной Европе. Существует много разных объяснений, почему неандертальцы полностью вымерли около 28 тыс. лет назад, тогда как современный человек начал расселение по всем континентам. Очень часто это связывают с лучшей способностью первобытного человека обеспечивать себя продуктами питания за счет более разнообразных растительных и животных источников [6]. Неандертальцы, обладая сильнее развитой мускулатурой, обеспечивали свое пропитание главным образом охотой, в то время как люди, в дополнение к охотничьей добыче, продолжали питаться разнообразной растительной пищей, которая составляла не менее половины общего баланса. Поэтому они оказались лучше адаптированными к изменениям климата и способными к миграции в новые районы. Часть племен мигрировала вдоль побережья на север, достигая арктических морей Чукотки и Аляски, которые в то время еще не были разделены проливом. В процессе этой миграции они приспосабливались в основном к животной пище. Другие племена создавали поселения вдоль рек в Северной Африке и Ближней Азии, переходя к кочевому скотоводству (разведение овец и коз) и к орошаемому земледелию (выращивание пшеницы и некоторых других злаков).

Появление сельскохозяйственных цивилизаций около 10 тыс. лет назад радикально изменило питание людей. Доля животных продуктов в сельскохозяйственных оседлых цивилизациях снизилась до 10% общего баланса. Возник хронический дефицит белков, который при смене многих поколений привел к уменьшению роста людей. Люди, жившие в Европе около 30 тыс. лет назад и занимавшиеся охотой и собирательством, были в среднем на 16 – 18 см выше, чем их потомки в сельскохозяйственных районах Анатолии и Междуречья [7]. В античной греческой, а затем и римской цивилизациях, в которых основной продовольственной культурой стала пшеница, все показатели здоровья людей продолжали ухудшаться. В китайской сельскохозяйственной цивилизации рис вместе с богатой белками соей обеспечивали значительно лучший белковый баланс. Рожь, ставшая главной культурой в Северной Европе, также была более полноценной культурой, чем пшеница. Предки скандинавских народов и славян благодаря обширным лесам дополняли свою диету охотой и сбором грибов в значительно большей степени, чем античные народы в Южной Европе. Наиболее плохим было питание населения Западной Европы в период Средневековья. Pост мужчин, составлявший в V – IV вв. до н. э. 173 см, уменьшился в VII в. до 166 см, причем жители городов были ниже, чем крестьяне [8]. Однако кочевые племена Северной Африки и Азии и северные народности, которые расселялись вдоль берегов арктических морей в Азии, Америке и в Европе и питались преимущественно животной пищей, страдали, напротив, от избытка белков и жиров, что приводило к отбору генетических популяций с другим характером обмена веществ.