Эффект йо-йо: что такое эпигенетическая память и как тело «запоминает» лишний вес
Большинство людей, завершивших программу снижения массы тела, сталкиваются с одним и тем же: когда марафон, состоящий из ограничений в питании, утомительных физических нагрузок, финансовых расходов на медикаментозное или оперативное лечение, пройден, килограммы возвращаются и иногда с запасом. Это не вопрос силы воли и не случайность — это эффект йо-йо, циклические колебания веса, при которых каждая следующая попытка дается труднее предыдущей.
Феномен получил свое название от игрушки йо-йо, которая, кстати, считается одной из самых древних игрушек в мире. Йо-йо состоит из двух одинаковых по размеру и весу дисков, скрепленных осью, на которую надета веревка. Как диски, которые при броске раскручиваются, а затем возвращаются в руку, вес человека осуществляет колебания, с каждым из которых похудеть вновь становится все сложнее. Вдвойне неприятно, что возвращение потерянных килограммов еще и запускает крайне опасный для здоровья порочный круг.
В чем опасность эффекта йо-йо
Вариабельность веса в отличие, к примеру, от контрастного душа, не только не тренирует организм, но является колоссальным стрессом для организма. Циклические колебания веса создают психологическое напряжение, которое может влиять на самооценку, способствовать депрессии, тревожности и развитию серьезных соматических заболеваний.
В крупном исследовании с участием более 253 000 человек было установлено, что эффект йо-йо значительно повышает риск возникновения сахарного диабета. Колебания массы тела увеличивают заболеваемость и смертность от сердечно-сосудистых патологий, а также смертность от всех причин. Особо опасаться эффекта йо-йо следует людям, страдающим ишемической болезнью сердца, у них вероятность развития осложнений и летального исхода значительно повышена, причем независимо от всех имеющихся традиционных факторов риска сердечно-сосудистых заболеваний (курения, гиподинамии, артериальной гипертензии, стресса и т.д.).
Страдает и ментальное здоровье. Высокая вариабельность массы тела связана с повышенным риском развития деменции у пожилых людей и с более выраженными симптомами депрессии. Кстати, на момент вхождения участников в это исследование их среднее число циклов похудения/набора веса составило 7,82. Интересно, что депрессия сама по себе повышает вероятность возникновения эффекта йо-йо у тех, кто пытается похудеть. Исследования показали, что люди с депрессией и биполярным расстройством значительно чаще демонстрируют колебания массы тела, при этом жировая ткань выделяет вещества, способствующие развитию хронического воспаления.
Важно понимать, что эффект йо-йо касается не только диет. Схожая картина наблюдается после отмены препаратов на основе глюкагоноподобного пептида-1 — GLP-1, к которым относится широко известный семаглутид. После прекращения приема этих препаратов вес возвращается, а кардиометаболические показатели — уровень сахара, давление, липиды — откатываются вплоть до исходных значений. Это означает, что отменять такие препараты следует постепенно, сочетая снижение дозы с увеличением физической активности и контролем питания — резкая отмена увеличивает сердечно-сосудистый риск.
Поэтому не рекомендуется использовать прерывистое, краткосрочное назначение или совершать резкую отмену препаратов этой группы во избежание увеличения кардиоваскулярного риска. Следовательно, снижение дозы наряду со схемой отказа от препарата должно быть постепенным и сочетаться с увеличением физических нагрузок и контролем питания.
Почему возвращаются килограммы
Когда программа снижения веса завершается и человек возвращается к привычному питанию, организм не просто «забывает» о диете — он активно сопротивляется новому весу. Причин несколько, и они работают одновременно.
Психология. Для многих людей, идущих по тернистому пути к похудению, характерно черно-белое мышление, вся их жизнь разделяется чертой на списки, что разрешено и что запрещено. При окончании программы наступает потеря контроля над собой. Также зачастую у людей существует установка на конечную цель, и после ее достижения, к примеру сброса лишних 10 кг, мозг отдает команду организму вернуться к привычному режиму и обмену веществ, который в свое время и привел к избыточному весу.
Замедление метаболизма. При резком сокращении калорий организм воспринимает это как угрозу и переходит в режим экономии энергии. При возвращении к исходному полноценному рациону питания скорость обмена веществ все еще остается сниженной, что и обуславливает накопление лишних килограммов. Особенно пагубно резкое сокращение калорийности рациона, его организм воспринимает как стресс. Сразу же включаются адаптационные механизмы, повышается уровень кортизола, который усиливает аппетит. Замедляется метаболизм, снижается расход энергии и как результат происходит накопление жировых отложений.
Гормональный сдвиг. Лептин, гормон, подающий сигнал о насыщении и необходимости прекращения приема пищи, вырабатывается жировыми клетками. Потеря жировой ткани, продуцента лептина, приводит к падению его уровня в крови. Одновременно с этим наблюдается еще и повышение концентрации грелина, усиливающего чувство голода и провоцирующего переедание.
Потеря мышечной массы. Мышцы — главный потребитель калорий в организме. При снижении веса уходит не только жир, но и мышечная ткань. Когда вес возвращается, организм восстанавливает преимущественно жир, а не мышцы, с каждым циклом это соотношение становится хуже — и разница в потребляемых калориях уходит в жировые запасы. К тому же организму значительно сложнее синтезировать мышечную массу, чем жировую. Он с гораздо большей охотой откладывает жировые запасы, с каждым циклом сброса веса происходит потеря и жира, и мышц, но с последующим набором в основном жировой массы.
Изменение микробиома. В возврате жировых отложений также подозревают изменение состава и разнообразия микробиома. Однако, как и для всех других вероятных причин, прямых и неопровержимых доказательств их роли в механизме возникновения эффекта йо-йо ученым найти так и не удалось. И тогда свое слово сказали генетические исследования.
Эпигенетические механизмы эффекта йо-йо
Сегодня установлено, что главным и ведущим механизмом возвращения потерянных после программ похудения килограммов являются эпигенетические изменения клеток. Они не затрагивают последовательность нуклеотидов в ДНК, но управляют процессом включения или выключения генов в клетках в определенные периоды их жизни. Каждая клетка нашего организма содержит точно такой же набор генов, как и любая другая клетка из совершенно иной ткани, и именно эпигенетические инструкции указывают, какие гены и в какое время следует активировать или заблокировать. Поэтому, к примеру, мышечная клетка на протяжении всей нашей жизни выполняет функцию сокращения, а не превращается в нейрон и не начинает генерировать электрические импульсы. Основными способами активации или дезактивации генов являются метилирование ДНК, модификация гистонов или воздействие малыми молекулами РНК.
Для доказательства роли эпигенетических изменений в развитии эффекта йо-йо ученые сначала ввели в рацион мышей повышенное количество жиров и кормили животных на протяжении 12 или 25 недель, затем уменьшали жиры в их рационе и добивались возвращения к исходному весу в течение 4-8 недель. После этого давали «поблажку» в диете на срок в 4 недели и наблюдали за динамикой веса животных. У сбросивших вес мышей сначала все результаты анализов пришли к норме, включая уровни глюкозы и лептина, толерантность к глюкозе и чувствительность к инсулину, и, конечно, снизился объем жировых отложений.
В ДНК клеток помимо генов, в которых зашифрована информация о построении белков, находятся еще и регуляторные гены: промоторы и энхансеры — они инициируют и усиливают процесс считывания информации. Оказалось, что в жировых клетках даже после нормализации массы тела отвечающие за воспаление регуляторные гены не выключались и оставались активными.
Эпигенетически измененные жировые клетки интенсивнее поглощали глюкозу, чем клетки животных, которые никогда не имели лишнего веса. Поэтому мыши быстро набирали вес после похудения, когда их пищевой рацион возвращался к исходному варианту. Важной находкой в исследовании оказалось то, что у мышей, период ожирения у которых длился 25 недель, вообще не наблюдалось генов, пришедших в норму после похудения, в отличие от мышей, имеющих лишний вес всего лишь в течение 12 недель.
Таким образом, существует некая точка, при прохождении которой эпигенетические изменения становятся необратимыми. Если очень приблизительно экстраполировать эти результаты на человека, то 12 недель жизни мышей будут соответствовать немногим более 8 лет жизни человека, а 25 недель — 16 лет. Следовательно, чем раньше начать работу с весом, тем более гибкими остаются метаболические процессы в организме. Сохраняться же информация об излишнем количестве жира в эпигенетической памяти у людей, по прогнозам ученых, может вплоть до десяти лет.
Похожие результаты были воспроизведены и в наблюдениях за людьми, сбросившими около 25% массы тела после бариатрической операции. Часть генов в их жировой ткани, контролирующих воспаление и обмен веществ, оставались аномально включенными или выключенными по сравнению с теми людьми, кто никогда не обладал избыточным весом. Сегодня уже с уверенностью можно утверждать, что в основе эффекта йо-йо лежит эпигенетическая память, однако, как оказалось, не только адипоцитов, но и других типов клеток.
Ожирение — проблема всех тканей организма, но оно обратимо
При увеличении объема жира в организме происходит перепрограммирование иммунной системы. По мнению Уильяма Скотта из Имперского колледжа Лондона, различные типы иммунных клеток проникают в жировую ткань в результате стрессовой реакции. После проведения бариатрической операции число иммуноцитов резко уменьшается, но не приходит в норму полностью. Помимо макрофагов эндотелиальные и эпителиальные клетки также сохраняют воспалительные характеристики, которые не восстанавливаются при похудении.
Фердинанд фон Мейенн, эксперт в области метаболической эпигенетики из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе, считает, что подобные изменения происходят не только в жировой ткани, но и в мышцах, печени и мозге. Тем более что недавно была обнаружена способность адипоцитов к дедифференциации, т.е. обратному развитию, сначала в преадипоциты, далее в стволовые клетки, а затем превращение в совершенно иные клетки, уже не жировой, а соединительной ткани, — миофибробласты. Этот метаморфоз необходим организму для заживления ран, но при избыточной жировой ткани он становится уже не физиологическим, а патологическим, способствуя фиброзу не только в ней, но и в других тканях организма. Ученые пытаются найти способы затормозить этот процесс. Молекулами, потенциально способными предотвращать фиброзирование, являются витамины Д и Е, а также всем известный компонент винограда и красного вина — мощнейший антиоксидант ресвератрол.
Пожалуй, из всех известных на сегодняшний день возможных способов предотвращения возникновения феномена йо-йо наиболее эффективным является физическая нагрузка. Представлены неоспоримые доказательства эпигенетической изменчивости за счет метилирования ДНК в мышцах и жировой ткани человека при физической активности. Более того, установлено влияние даже кратковременной тренировки на значительное изменение профиля метилирования ДНК в генах, ответственных за развитие мозга потомства. Когда ученые провели анализ последовательности метилированной ДНК детей, родившихся у матери до или после бариатрической операции, обнаружилось большое количество дифференциально метилированных генов, играющих важную роль в передаче сигналов рецепторов инсулина и лептина. Таким образом снижение массы тела у матери может положительно повлиять на массу тела потомков. Также были получены доказательства эпигенетических изменений в сперматозоидах людей, возникающие после потери веса. А значит, следя за своим весом, мы передаем по наследству программу здорового метаболизма для своих детей.
Интересным и важным открытием для живущих в урбанистическом мире людей стало наличие протективного эффекта физических нагрузок на фоне питания фастфудом, для которого характерно высокое содержание жиров, сахара и соли. Двигательная активность предотвратила вызванные фастфудом эпигенетические изменения регуляторных генов в клетках печени.
Оказывается, вообще любая разновидность физической активности способствует увеличению содержания митохондрий в скелетных мышцах, улучшает работу сердечно-сосудистой системы, снижает выраженность воспаления в жировой ткани и нивелирует негативные для здоровья последствия вариаций массы тела. А лучшей стратегией по профилактике повторного набора веса служит ограничение калорий в сочетании с адекватной физической активностью и изменениями в поведении.
Для предотвращения эффекта йо-йо помимо регулярной физической нагрузки стоит воздержаться от использования экстремальных и краткосрочных диет и вообще избегать радикальных изменений, постепенно меняя пищевые привычки и образ жизни. Следует научиться работать со своими страхами и управлять эмоциями, чтобы не заедать стресс, а также развивать осознанность. Полезными могут оказаться медитация, дыхательные упражнения, йога.