- 761
- 0
История медицины. Нутрициология
Ученые древних Египта, Греции, Рима, Персии, Китая и Индии знали о связи между едой и здоровьем. «У всех у них были свои правила питания, многие из которых действуют и сегодня», — говорит Клаус Лейтцманн, диетолог из Гиссенского университета в Германии. «Древние египтяне использовали чеснок в лечебных целях».
И все же нутригеномика — и остальная часть современной науки о питании — стоит на фундаменте, заложенном в конце XIX века.
Хотя уже Гиппократ рекомендовал тщательно пережевывать пищу перед глотанием и употреблять ее в умеренных количествах для поддержания хорошего здоровья, а немецкая монахиня и христианский мистик средневековья Хильдегарда Бингенская «много знала о еде» (по словам историков, она давала «несколько очень разумных рекомендаций» — например, о том, что с точки зрения более легкого (по затратам энергии) усвоения лучше есть вареную, а не сырую пищу), в Средние века бытовало множество заблуждений, которыми пользовались «специалисты по диетологии» тех времен.
Средневековье
Уже в Средневековье существовала проблема лишнего веса: был очевиден факт нездоровья тучности. Избыточная масса тела и одышка на войне или на турнире не сулили рыцарю успеха.
Потому борьба с чрезмерной полнотой оставалась насущным делом: уже тогда был известен совет по ограничению сытности пищи. Но усердно поститься и молиться было не всякому под силу. Потому на помощь призывали специалистов.
Одним из самых прославленных был испанец Арнальд из Виллановы (Arnaldus Villanovanus, 1235-1311 гг.) — автор «Салернского кодекса здоровья»: отец медицинской алхимии, блистательный врачеватель князей и прелатов, философ и исследователь.
В своих трудах и научных изысканиях он сочетал пристальное и глубокое изучение природы (особенно растений и их действия на организм человека) с упорным поиском философского камня. Методы похудания, которые практиковал Арнальд, не ограничивались голоданием.
«Лечение» заключалось в том, чтобы страдающий полнотой питался в течение определённого времени куриным мясом, приготовленным особым способом: «Сангвиникам следует питаться так на протяжении 16 дней, флегматикам – 25, а меланхоликам – 30».
Курица, прежде чем попасть на стол пациента, сама пребывала на диете: «Предназначенных для диеты кур следует откармливать в течение одного-двух месяцев не способствующей их ожирению пищей».
При этом для средневековых тучных аристократов, к диетам не приученных, даже такой режим был серьезным ограничением:
«Страдающая тучностью особа будет съедать по одной курице в день, отваренной в небольшом количестве воды, достаточном для того, чтобы сварить две тарелки супа. За ужином, как и за обедом, следует есть сей суп с куриным мясом. Можно добавить два-три свежесваренных в воде яйца, немного хлеба. И все следует запивать белым вином или клеретом (белое игристое) по причине их легкости».
Далее следовали водные процедуры: «Надобно совершать омовения трижды в неделю, то есть через день, в чистой и тёплой воде, смешанной с отваром розмарина, бузины, донника, ромашки, красных роз, кувшинки и водяных лилий».
После омовения лечение подразумевало следующие рекомендации:
-
«Покинув чан с тёплой водой, следует выпить большой бокал настоя лебеды, смешанного с отваром из цветков розмарина и семян тмина, а затем лечь в тёплую постель»;
-
«После сна, хорошенько пропотев и наилучшим образом выспавшись, можно и поесть, но умеренно, в соответствии с аппетитом».
Третий этап методики подразумевал псевдонаучные действия и немалые расходы: «Чтобы завершить лечение, следует в течение по крайней мере двух недель употреблять следующую смесь: взять четыре унции извести, немного золота, полученного при помощи философского камня, сок алоэ, древесину трех сандаловых деревьев, мелкий жемчуг, растертые в пыль сапфиры, гиацинты, изумруды, рубины, топазы, белые и красные кораллы, истолчённую слоновую кость, кости и сердце оленя, лучшую амбру и мускус».
Результат должен был оправдать любые затраты: «Принимать сей чудодейственный состав следует натощак и вечером перед сном по пол-ложки».
Французский вклад
Во Французской академии наук в 1785 году произошла «химическая революция»: Клод Бертолле обнаружил, что пар, образующийся при разложении живых существ, представляет собой аммиак. Газ состоит из трех объемов водорода и одного объема азота (около 17,75% водорода и 82,25% азота по весу).
До этого года многие ученые публиковали лишь идеи о том, как пища, которую мы едим, усваивается в организме. С развитием методов химического анализа идеи стали проверяться количественным, научным путем.
Коллеги Бертолле подхватили его открытие и подтвердили наличие азота в животной пище и его отсутствие в сахаре, крахмале и жирах. В течение ближайшего времени было установлено, что пшеничная мука содержит фракцию (известную нам как глютен), которая, по-видимому, обладает свойствами животного вещества, включая выделение щелочных паров, когда образец подвергается гниению. Это вызвало немало споров о том, следует ли считать пшеницу такой уж хорошей пищей, и можно ли считать картофель адекватной заменой пшеницы.
Многие химики, участвовавшие в «химической революции» во Франции, в том числе один из известнейших ученых тех времен Антуан Лавуазье, также интересовались метаболизмом и превращением пищи.
В сотрудничестве со своим ассистентом Арманом Сегеном Лавуазье измерил выделение углекислого газа через дыхательные пути человека как в состоянии покоя, так и при поднятии тяжестей, и показал, как объем выделения вещества увеличивался по мере возрастания нагрузки.
Это само по себе стало важным достижением, поскольку ранее предполагалось, что единственной целью дыхания является охлаждение сердца и что телесное равновесие требует, чтобы вес поступившей пищи, за вычетом массы испражнений, должно быть, был потерян из-за «нечувствительного пота».
Лавуазье сотрудничал и с математиком Пьером-Симоном Лапласом, фиксируя тепло, выделяемое морской свинкой, в сравнении с выделением углекислого газа и параллельно замеряя тепло, выделяемое зажженной свечой или углем.
Точность результата была далека от современной (измерения производились с помощью ледяного калориметра, в котором выделяемое тепло соотносилось с массой воды, высвобождаемой при таянии льда, окружающего внутреннюю камеру, где находится анион). Тем не менее, ученые предположили, что большая часть тепла животных происходила от медленного сгорания органических соединений в тканях морских свинок.
Теория Лавуазье оказалась верной. В частности, ученый отметил: «Дыхательный газообмен — это сгорание, подобное горению свечи».
На тот момент это был прорыв. «Теоретически было важно осознать, что телу нужна энергия для функционирования и что одна из основных функций пищи — обеспечивать ее», — говорит Элизабет Несвальд, историк науки из Университета Брока в Онтарио, Канада. «Работа Лавуазье стала основой для определения того, что нужно телу для выживания; что приводит к увеличению веса, что приводит к потере веса, что делает возможным физический труд и какова связь между едой и физическим трудом».
Исследование Лавуазье также подчеркивало важность состава пищи и понимания того, что фекалии, моча, пот и дыхание являются неотъемлемой частью общего уравнения.
Период Французской революции ознаменовал собой новое начало и для науки о питании. Хирург, а впоследствии физиолог Франсуа Мажанди в 1816 году провел работу о возможном использовании животными атмосферного азота для «оживления» съеденных продуктов с низким содержанием азота.
Знаменитый эксперимент Мажанди был простым: пища, которая считалась питательной, даже не содержа азота, скармливалась собакам. На первой собаке ученый тестировал сахар. Животное продолжало хорошо питаться около 2 недель, но затем начало терять вес, после чего у собаки развилась язва роговицы. Через месяц собака умерла.
Мажанди повторил эксперимент, а затем попытался использовать оливковое масло, камедь или сливочное масло в качестве моно-диеты для собак, в каждом случае с тем же результатом, за исключением того, что у собаки, получавшей оливковое масло, изъязвлений не наблюдалось.
Выводы ученого гласили: во-первых, ни один из этих продуктов не был «преимущественно питательным» («удовлетворяющим все потребности собак»), даже несмотря на то, что они хорошо усваивались. Во-вторых, что, по крайней мере, большая часть азота в ткань собаки должна была поступить из пищи, которую съело животное. Сейчас мы, конечно, можем увидеть пробел в рассуждениях ученого: помимо азота, в тестируемых продуктах наблюдался дефицит и других жизненно важных соединений и элементов.
В своей статье 1816 года Мажанди писал: «Всем известно, что собаки могут очень хорошо жить на одном только хлебе», но позже, когда ученый действительно проверил это, то обнаружил, что «собака не живет более пятидесяти дней (на подобной диете)». Окончательный вывод, до сих пор отраженный в современных рекомендациях по питанию, заключался в том, что «разнообразие и многообразие пищи является важным правилом гигиены; на это к тому же указывают нам наши инстинкты».
В то время возник спор о том, можно ли использовать желатин, полученный путем варки костей и богатый азотом, в качестве экономичной замены мяса во французских больницах. Академия наук попросила Мажанди провести дальнейшие испытания для изучения этого вопроса. Спустя 10 лет исследований, ученый пришел к выводу: желатин не является полноценным кормом для собак, как и мясо после экстракции водой. Он предложил химикам выяснить, какой важный материал присутствовал в мясе: «Возможно, это железо или другие соли, жиры или молочная кислота». Фактически, прошло еще 75 лет, прежде чем эти вопросы заняли умы исследователей в Соединенных Штатах Америки.
В основе работы Мажанди лежало важное допущение: различных животных можно использовать в качестве модели исследования предметов науки, также актуальных для людей.
Важно отметить, что первые ученые-диетологи «тратили большую часть своего времени — или времени своих помощников — на осмотр и анализ экскрементов других людей», — говорит историк Несвальд.
Этот метод, известный как «балансовые испытания», был впервые применен в 1830-х годах французским химиком Жаном-Батистом Буссенго. Он провел испытания баланса азота — составного элемента белков — путем сравнения содержания азота в сене, овсе и картофеле, скармливаемых коровам и лошадям, с экскрементами животных, а в случае коров — с молоком. И показал, что корм для животных содержит достаточное количество азота для удовлетворения потребностей организма, положив конец предположениям о том, что дополнительный азот был получен из атмосферы.
К середине XIX века ученые узнали, что основными элементами пищи являются углерод, азот, водород и кислород, и разделили компоненты пищи на четыре основных типа: углеводы, жиры, белки и воду. Однако химический состав первых трех классов веществ был неизвестен.
Германский скачок вперед
Химик Юстус фон Либих (назначенный профессором Гиссенского университета в возрасте 21 года) изобрел «калиаппарат» — специальную стеклянную посуду для анализа углерода в органических соединениях.
Лаборатория фон Либиха привлекала ученых со всего мира. Он помог воспитать поколение исследователей в области питания, чья работа продолжилась и в начале XX века. Например, в 1860-х годах двое протеже фон Либиха — физиолог Карл фон Фойт и химик Макс Йозеф фон Петтенкофер — получили финансирование от правительства Баварии на строительство ультрасовременной дыхательной камеры, достаточно большой, чтобы вместить человека. Камера могла измерять суточный баланс как углерода, так и азота и, таким образом, оценивать потребность человека в белке.
Несвальд отмечает, что большая часть исследований в области питания в этот период была сосредоточена не на здоровье людей, а скорее на поиске самых дешевых и простых способов накормить «институционализированное и обедневшее население» для предотвращения голодных бунтов. Фон Войт, говорит Несвальд, посещал тюрьмы и работные дома, «чтобы оценить, чем кормили людей и каково их состояние здоровья, с целью предоставления рекомендаций по питанию».
Вторая половина XIX века
Представление о пище как о топливе, содержащем важные пищевые компоненты, получило дальнейшее развитие в США. Агрохимик Уилбур Олин Этуотер провел некоторое время в лаборатории фон Фойта в качестве постдока, вернувшись в Соединенные Штаты в 1871 году, чтобы возглавить команду по изучению нутрициологии. Этуотер потратил пять лет на создание калориметра дыхания большего размера, чем у фон Фойта, способного создать условия для нахождения внутри него людей дольше суток. Измерения были настолько точными, что его энергетические эквиваленты белков, жиров и углеводов используются до сих пор. Этуотер первым использовал слово «калория» в качестве единицы энергии для пищи.
Вскоре ученые начали понимать, что помимо источника энергии и макронутриентов пища также играет какую-то дополнительную роль в здоровье и болезнях.
Японский врач Такаки Канехиро, учившийся в 1870-х годах в Медицинской школе больницы Святого Томаса в Лондоне, был редким исключением среди ученых-нутрициологов, сосредоточившихся, в основном, в Германии. «Он первым показал, что авитаминоз возникает из-за недоедания», — говорит Кацухико Ёкои, диетолог из Университета Сейтоку в Японии. Ранее бери-бери считалось инфекционным заболеванием.
К началу XX века другие ученые по всему миру начали исследовать связь между дефицитом питательных веществ и другими заболеваниями, включая рахит и цингу. Не имея возможности объяснить эти недуги с точки зрения просто нехватки жиров, белков или углеводов, некоторые ученые начали подозревать существование другого класса пищевых веществ.
Борьба с цингой — пример того, как наука установила связь заболеваний и дефицитов необходимых веществ, поступающих с питанием.
В середине XVIII века шотландский военно-морской врач Джеймс Линд обнаружил, что цингу можно лечить или предотвращать, употребляя в пищу цитрусовые. Но он неправильно полагал, что в заболевании виноват морской воздух. Затем последовали и другие ошибочные предположения: например, в 1846 году шотландский токсиколог Роберт Кристисон выдвинул гипотезу о том, что цинга вызывается дефицитом белка. Цинга продолжала оставаться спорадической проблемой и в начале XX века. Только в 1932 году американский биохимик Чарльз Глен Кинг открыл, что цинга вызывается дефицитом недавно открытого витамина С.
Открытие витаминов
Польский биохимик Казимир Функ в 1912 году, изучая бери-бери, выделил тиамин — вещество, защищающее от этого заболевания. Он назвал его «жизненно важным амином», что вскоре стало известным «витамином».
Исследования на животных привели к дальнейшим открытиям, связанным с витаминами и болезнями.
Американский биохимик Элмер Вернер МакКоллум выучил немецкий язык, чтобы читать работы прошлых исследователей в области питания, которые вдохновили его на проведение экспериментов на крысах.
В Университете Висконсина, где первоначально работал Макколлум, протоколы исследований предусматривали использование коров в качестве моделей животных. Но Макколлум убедил начальство позволить ему использовать более мелких животных. Он купил 12 крыс-альбиносов в зоомагазине и создал первую колонию крыс для экспериментов с питанием в Соединенных Штатах. В 1913 году его исследования на крысах привели к открытию первого жирорастворимого витамина А, а позже он показал, что именно витамин D, а не витамин А, как считали некоторые, предотвращает рахит.
Доказать связь между микроэлементами и болезнями было по-прежнему нелегко. Сотрудник Службы общественного здравоохранения США и эпидемиолог Джозеф Голдбергер предположил, что пеллагра, которая в то время была серьезным заболеванием, вызывающим диарею, дерматит, деменцию и смерть, была связана с питанием, а не с инфекцией. В 1916 году, чтобы доказать свою точку зрения, Голдбергер и его помощник Тант подвергали себя серии тестов вводили друг другу кровь больного пеллагрой, брали мазок из носа и горла больного пеллагрой, чтобы нанести данный материал на свои слизистые, а также глотали капсулы, содержащие корочки высыпаний больных пеллагрой. Несмотря на такое воздействие, пеллагра у них не развилась.
Однако Голдбергер не смог найти причину, связанную с диетой. Прошло еще два десятилетия, прежде чем американский биохимик Конрад Эльвехем понял, что пеллагра вызывается дефицитом ниацина (витамина B3).
К 1944 году было открыто много питательных микроэлементов. Бытовало мнение: область питания полностью определена, и все открытия совершены. Но в то время как составы пищи, возможно, были выяснены, их влияние на организм только начало осознаваться научным сообществом.
От Лавуазье и фон Либиха до современных ученых, таких как Хосе Ордовас («Большая наука за столом»), исследования в области питания были сосредоточены на все более и более мелких структурных элементах пищи. По мере того, как ученые углублялись в понимание биохимических механизмов всасывания и функционирования организма, раскрывая тайны по мере их появления, они также задавали новые вопросы, пока не добрались до «взаимодействия генов с пищей, которую мы едим». И это вопрос, на который продолжают искать ответы современные нутрициологи.
Источники:
https://academic.oup.com/jn/article/133/3/638/4688006?login=false
https://www.nature.com/articles/468S16a
https://academic.oup.com/jn/article/133/10/3023/4687555?login=false
