Два человека могут усвоить разное количество калорий из одной и той же пищи

Фото из открытых источников

На этикетках продуктов питания калории кажутся чем-то простым. Посмотрев на упаковку, взглянув на цифру, можно понять, сколько энергии будет получено. Однако, попав в организм, понять значение калорий становится гораздо сложнее.

В кишечнике обитают триллионы микроорганизмов, участвующих в переваривании пищи, что может влиять на количество усваиваемых калорий. Таким образом, калорийность, указанная на этикетке продукта, не отражает в полной мере фактическое потребление энергии.

Исследователям удалось разработать математическую модель, которая оценивает динамику энергии после еды, учитывая вклад микроорганизмов. Результаты исследования были опубликованы в журнале PLOS One.

Исследователи из Университета штата Аризона создали математическую модель под названием DAMM, что расшифровывается как пищеварение, всасывание и микробный метаболизм.

Данный алгоритм основан на отслеживании продвижения пищи в пищеварительной системе для определения того, какие питательные вещества непосредственно усваиваются организмом, какие попадают в толстую кишку, а с какими веществами работает кишечная микробиота после этого.

Команда сотрудничала с экспертами из Института трансляционных исследований AdventHealth (TRI) в Орландо, штат Флорида. По словам исследователей, эта новая модель позволит ученым лучше понять природу ожирения, диабета и метаболических заболеваний в целом.

«Пищеварение — это не просто человеческий процесс, это сотрудничество между нашим организмом и триллионами микробов, обитающих в кишечнике», — сказала профессор Роза Краймальник-Браун из Университета штата Аризона. «DAMM предоставляет нам новый мощный способ количественной оценки того, как эти микробные партнеры влияют на здоровье и энергетический баланс человека, а также указывает на важность правильного питания кишечной микрофлоры».

На протяжении более столетия для измерения калорийности продуктов питания использовался метод, известный как метод Этуотера. Этот метод позволяет измерить калорийность в зависимости от содержания белков, углеводов и жиров в продуктах питания.

Метод Этуотера эффективен для расчета калорийности. Однако этот метод игнорирует процесс расщепления неперевариваемых веществ, таких как клетчатка, кишечными бактериями на короткоцепочечные жирные кислоты, которые могут усваиваться.

Вполне возможно, что именно этот бактериальный процесс объясняет различное воздействие схожих диет на отдельных людей. Новая модель была построена на основе данных контролируемого исследования диеты с участием здоровых взрослых. Участники придерживались одного из двух режимов питания.

Одна из диет была богата клетчаткой и резистентным крахмалом, содержала меньше обработанных продуктов и отличалась более крупными частицами пищи.

Другая диета отражала более типичный западный рацион с низким содержанием клетчатки и большим количеством переработанных продуктов.

Люди, придерживающиеся западной диеты, усваивали примерно на 116 калорий в день больше, чем те, кто придерживался диеты с высоким содержанием клетчатки. Тем не менее, группа, употреблявшая пищу с высоким содержанием клетчатки, не сообщала о повышенном чувстве голода.

Полученные результаты дополняют растущее количество доказательств того, что клетчатка влияет не только на пищеварение. Она также изменяет поведение микробов и то, как организм извлекает энергию из пищи.

Система DAMM отслеживает пищу поэтапно. Сначала она оценивает, сколько энергии усваивается в верхних отделах пищеварительного тракта. Затем модель отслеживает остатки пищи в толстой кишке, где микробы продолжают расщеплять материалы, которые не были переварены ранее.

В ходе этого процесса микробы вырабатывают короткоцепочечные жирные кислоты. Эти соединения могут попадать в кровоток и обеспечивать дополнительную энергию. Согласно модели, короткоцепочечные жирные кислоты в среднем обеспечивали около 140 калорий в день, что составляет примерно 7,4% от общей доступной энергии.

Примерно 85% усваиваемой энергии поступает из верхних отделов желудочно-кишечного тракта, а около 15% — из нижних отделов, где центральную роль играет микробная активность.

Модель также включает в себя производство метана специализированными микробами, известными как метаногены, что позволяет исследователям получить более полное представление о потоке энергии внутри организма.

Когда исследователи сравнили модель DAMM с традиционным подходом Атвата, новая модель оказалась ближе к тому, чтобы соответствовать количеству калорий, фактически усвоенных людьми во время исследования диеты.

Модель также отражала различия между двумя диетами. Богатая клетчаткой диета доставляла больше вещества в толстую кишку, где микробы вырабатывали более высокие уровни короткоцепочечных жирных кислот.

Полученные результаты совпали с данными, полученными при исследовании образцов крови и кала, собранных в ходе клинического исследования. Профессор Брюс Риттманн руководит Центром экологической биотехнологии Biodesign Swette и является заслуженным профессором экологической инженерии в Университете штата Аризона.

«Уникальность модели DAMM заключается в том, что она количественно связывает метаболизм человека с метаболизмом микроорганизмов в толстой кишке таким образом, что это соответствует результатам клинического исследования и дает фундаментальное понимание того, как микробное сообщество взаимодействует с организмом человека», — сказал Риттманн.

Ученые продолжают работать над тем, чтобы лучше понять сложные процессы, участвующие в пищеварении. По мере появления новых открытий исследователи планируют расширить модель, чтобы учесть больше таких связей.

«Модель DAMM — это больше, чем просто инструмент для характеристики рациона питания», — сказал соавтор исследования Тейлор Дэвис из Университета штата Аризона. «Это концепция, разработанная для развития. По мере того, как мы узнаем больше о взаимодействии диеты, метаболизма и микробов, новые данные могут быть включены в модель, позволяя ей расти вместе с нами по мере обучения».