Новые данные, опубликованные в журнале Evolutionary Human Sciences, показывают: когда человеческий организм сталкивается с предельным физическим напряжением, он прежде всего направляет силы на иммунную защиту, отодвигая на второй план такие базовые функции, как размножение и восстановление тканей.
Автор: Эрик Долан
Иначе говоря, эволюция запрограммировала нас так, что в периоды крайнего истощения организм перераспределяет ограниченную энергию для выживания. Благодаря этому исследованию учёные могут глубже понять истоки человеческой адаптивности и способы управления энергией.
Исследователи поставили перед собой задачу проверить ключевую биологическую концепцию — теорию жизненных стратегий. Согласно этой теории, любой организм располагает лишь ограниченным запасом энергии, который вынужден распределять между конкурирующими потребностями. К таким потребностям обычно относят защиту, поддержание физического состояния, накопление энергии и размножение.
В периоды острого дефицита энергии, чтобы выжить, организм вынужден идти на биологические компромиссы. Суть основной идеи сводится к тому, что ограниченные ресурсы перенаправляются в те системы, которые дают наибольшую выгоду здесь и сейчас, обеспечивая непосредственное выживание.
У биологов давно есть доказательства подобных компромиссов у насекомых, птиц и других животных, однако убедительных данных о человеке до сих пор почти не было. Наблюдательные исследования часто не выявляют этих скрытых перестроек, потому что индивидуальные различия (в здоровье, питании, образе жизни) маскируют тонкие внутренние сдвиги в распределении энергии.
Чтобы обойти эту проблему, учёные обратились к спортсменам‑ультрамарафонцам. Многодневные дистанции доводят человеческую физиологию до предела, создавая кратковременный, но чрезвычайно глубокий энергетический дефицит. Именно в таком состоянии — на грани полного истощения — становится возможным увидеть, как организм человека естественным образом меняет приоритеты, перераспределяя энергию в пользу самых насущных задач.
«Это исследование родилось и из научного интереса, и из личного опыта. Я сам занимаюсь такими тяжелыми видами спорта — у меня есть несколько официальных рекордов Гиннесса и лучшие мировые результаты в океанской гребле и плавании на длинные дистанции — и потому знаю, какое физическое и психологическое воздействие оказывают подобные испытания», — рассказывает автор работы Дэнни Лонгман, старший преподаватель эволюционной физиологии человека в Лафборо и со‑руководитель Лаборатории эволюционной экофизиологии человека.
«Согласно теории жизненных стратегий, когда энергия становится дефицитной, организм делает своего рода стратегический выбор, распределяя ограниченные ресурсы в пользу тех функций, которые критичны для немедленного выживания, откладывая всё, что может подождать. Эта идея — центральная для эволюционной биологии, и её убедительно демонстрировали на примере других видов. Но у нас до сих пор не было чётких экспериментальных доказательств того, что такие компромиссы действительно происходят у людей. Главная трудность — этическая: мы не можем намеренно доводить людей до голодания, чтобы проверить теорию».
«Спортсмены дали нам уникальное решение: они добровольно подвергают себя экстремальным энергетическим нагрузкам — в условиях, которые можно контролировать и измерять. Это позволило нам увидеть, что происходит, когда человеческий организм доведён до предела и вынужден в реальном времени распределять ресурсы между конкурирующими физиологическими задачами — иммунной защитой, репродукцией, запасанием энергии и поддержанием тканей».
В исследование учёные включили 147 спортсменов: 107 мужчин и 40 женщин. Все они участвовали в одном из пяти изнурительных многодневных соревнований, проходивших в крайне тяжёлых условиях. Четыре из них были ультрамарафонскими забегами — в Финляндии, Перу, Испании и Непале. Пятое представляло собой многонедельную океанскую греблю через Атлантику.
За один‑два дня до старта каждого соревнования учёные собирали у спортсменов физические показатели, а также образцы слюны и крови. Второй набор данных они получали сразу после финиша или на следующий день. Такой подход позволил проследить, как меняются самые разные биологические маркеры на протяжении экстремальной физической нагрузки.
Прежде всего исследователи оценивали общий энергетический стресс, отслеживая изменения массы тела и уровня кортизола. Кортизол — ключевой гормон стресса, который организм выделяет, чтобы мобилизовать энергию. Кроме того, учёные анализировали специфические биомаркеры, связанные с четырьмя основными направлениями: защитой, запасанием энергии, репродукцией и поддержанием тканей.
Чтобы оценить состояние защитных функций, они измеряли уровень интерлейкина‑6 — белка, который сигнализирует об активации иммунной системы и воспалении. Также в лабораторных условиях проверяли, насколько эффективно сыворотка крови спортсменов способна уничтожать бактерии и разрушать повреждённые эритроциты.
Чтобы оценить, как организм распоряжается запасённой энергией, учёные рассчитали индекс жировой массы участников и измерили уровень лептина. Лептин — это гормон, который вырабатывается жировой тканью и сообщает мозгу о состоянии энергетических резервов.
Для оценки репродуктивных затрат исследователи отслеживали уровень тестостерона — и у мужчин, и у женщин, — а у женщин дополнительно измеряли концентрацию эстрадиола, одного из ключевых женских половых гормонов.
Наконец, чтобы понять, как организм поддерживает ткани в условиях стресса, учёные анализировали маркеры повреждения тканей и окислительного стресса. Окислительный стресс возникает тогда, когда между вредными свободными радикалами и нейтрализующими их антиоксидантами нарушается баланс.
Для отслеживания состояния мышечной ткани они измеряли уровень миоглобина — белка, который попадает в кровь при повреждении мышц. Эти данные сопоставлялись с другими маркерами, указывающими на клеточные повреждения и разрушение хрящевой ткани.
Полученные данные убедительно показывают: участие в подобных экстремальных соревнованиях приводит к колоссальному энергетическому стрессу. У спортсменов резко снижалась масса тела и объём жировой ткани, а уровень кортизола — гормона стресса — стремительно возрастал.
Столкнувшись с таким глубоким дефицитом энергии, организм спортсменов делал очевидные биологические «выборы». Маркеры, связанные с иммунной защитой, в целом либо повышались, либо оставались стабильными — особенно у мужчин. Это говорит о том, что организм направлял оставшиеся ресурсы на поддержание активности иммунной системы, чтобы она могла отражать потенциальные инфекции.
В то же время системы, отвечающие за запасание энергии, репродукцию и поддержание тканей, резко подавлялись. И мужчины, и женщины демонстрировали значительное снижение уровня лептина и уменьшение жировой массы — явный признак того, что запасы энергии стремительно расходуются. Маркеры репродуктивных функций также снижались: у мужчин наблюдалось заметное падение уровня тестостерона.
Организм, похоже, жертвовал и физическим восстановлением. Уровни миоглобина и других маркеров клеточного стресса взлетали до небес. Это говорит о том, что мышцы и хрящи накапливали структурные повреждения, но свободной энергии для их полноценного ремонта в этот момент просто не было.
«Меня искренне поразило, насколько единообразной оказалась эта картина в столь разных условиях — у мужчин и женщин, у бегунов и океанских гребцов, на гонках в Арктике и в амазонских джунглях», — рассказал Лонгман в интервью PsyPost. — «Несмотря на совершенно разные испытания, мы наблюдали один и тот же фундаментальный паттерн: иммунная функция в целом сохранялась или даже усиливалась, тогда как репродуктивные гормоны и энергетические запасы снижались».
По словам Лонгмана, устойчивость этого эффекта указывают на то, что подобные биологические компромиссы глубоко встроены в человеческую физиологию.
«Наш организм удивительно адаптивен, но эта адаптивность всегда связана с компромиссами. Когда энергия становится дефицитной — из‑за болезни, нехватки пищи, чрезмерных тренировок или других стрессоров — тело не “выключается” хаотично. Оно делает стратегический выбор: поддерживает функции, критичные для немедленного выживания, например иммунную защиту, и временно снижает активность менее срочных систем — репродуктивных и некоторых восстановительных процессов».
«Практическое значение этого очевидно: становится понятнее, почему спортсмены, тренирующиеся сверх меры, чаще получают травмы; почему хронический стресс может влиять на фертильность; почему люди, борющиеся с инфекцией, теряют вес и ощущают сильную усталость. Понимание этих биологических компромиссов помогает выстраивать более грамотные подходы к общественному здоровью, спортивной подготовке и управлению периодами физиологического стресса».
Как и любое исследование, это имеет свои ограничения. Такие спортсмены — люди с исключительной физической подготовкой, и их тренированность может частично защищать их от негативных последствий тяжёлого энергетического дефицита. У среднестатистического человека в аналогичных условиях физиологические реакции могут быть иными.
«Мы вовсе не утверждаем, что такие тяжелые нагрузки — это что‑то “естественное” или что наши предки регулярно занимались подобными вещами», — подчёркивает Лонгман. — «Скорее, мы используем эти экстремальные условия как инструмент, позволяющий выявить такие биологические компромиссы, которые в обычной жизни трудно заметить. Важно также понимать, что многие из измеряемых нами биомаркеров выполняют сразу несколько физиологических функций, поэтому, хотя мы и распределяем их по категориям жизненных стратегий, реальная картина куда сложнее».
«И наконец, речь идёт о краткосрочных реакциях — о процессах, которые разворачиваются в течение дней или недель. Мы пока не знаем, появятся ли иные паттерны при хроническом, длительном энергетическом стрессе или насколько эти компромиссы могут различаться у людей разных возрастов или из разных климатических зон».
Продолжая эту линию, учёные планируют изучить, как подобные биологические решения меняются в зависимости от демографических характеристик и периодов восстановления.
«Нам ещё предстоит понять, как эти паттерны биологических компромиссов меняются на протяжении человеческой жизни и в разных условиях», — говорит Лонгман. — «Проявляют ли дети, пожилые люди, беременные женщины или представители разных родственных групп ту же иерархию приоритетов? Что происходит во время восстановления — когда энергия снова становится доступной, в каком порядке возвращаются различные функции? Можно ли выявить индивидуальные особенности, которые предсказывают, кто окажется наиболее уязвим к таким компромиссам под стрессом?»
«С практической точки зрения важны и другие вопросы: как, опираясь на эти знания, сотрудничать со спортивными учёными, чтобы оптимизировать тренировочные программы и снизить риск травм и негативных последствий для здоровья? Как понимание этих компромиссов может помочь в клинической работе с пациентами, испытывающими физиологический стресс из‑за болезни или лечения? И шире — это исследование вносит вклад в эволюционную медицину общественного здоровья: мы используем знания об эволюционной биологии человека, чтобы разрабатывать более эффективные методы лечения и профилактики. Если мы понимаем, как организм естественным образом распределяет ресурсы под стрессом, можем ли мы работать в согласии с этими паттернами, а не против них?»
«В конечном счёте этот проект показывает, насколько важно объединять разные научные области, чтобы решать современные проблемы здоровья», — говорит Лонгман. — «Это исследование стало подлинным сотрудничеством эволюционной биологии, спортивной науки и общественного здравоохранения. И оно демонстрирует: эволюционный взгляд — это не только о нашем далёком прошлом, он даёт практические идеи для решения сегодняшних медицинских задач».
«Меня особенно вдохновляют возможные применения этих результатов: помощь спортсменам в более безопасной подготовке, понимание того, почему пищевая нестабильность так широко отражается на здоровье, и разработка клинических подходов для пациентов, испытывающих физиологический стресс из‑за болезни или лечения. И я хочу отдельно отметить спортсменов, которые приняли участие в исследовании: они соглашались на заборы крови и тестирование в самые тяжёлые моменты своей физической жизни — ради науки. Их самоотверженность сделала это исследование возможным».
«И что особенно важно, я хотел бы подчеркнуть: эта статья — результат многолетнего сотрудничества, которым руководили профессор Джей Сток (Университет Вестерн, Канада) и профессор Джонатан Уэллс (Институт детского здоровья Грейт‑Ормонд‑Стрит, UCL, Лондон). Их глубокая экспертиза в области эволюционной биологии человека и теории жизненных стратегий сыграла ключевую роль в формировании этого исследования».
Оригинал: PsyPost
