Слышали ли вы, что нитраты в мясе токсичны и даже вызывают рак? В наши дни опасения относительно мяса часто сосредоточены не столько на жире, сколько на химических веществах, особенно на нитратах и нитритах. Но насколько эти опасения подтверждены наукой? Вот что может вас удивить. Вероятно, самый большой источник нитратов в вашем рационе — это не мясо, а овощи. Шпинат, свекла, сельдерей естественным образом богаты ими.
Ваше тело преобразует эти нитраты в оксид азота — молекулу, которая улучшает кровоток, поддерживает митохондриальную функцию и повышает чувствительность к инсулину.
Так почему же возникает беспокойство?
Дело не в самих нитратах, а в контексте. При определенных условиях и в сочетании с конкретными химическими веществами нитраты могут образовывать вредные побочные продукты. Однако этот риск зависит от множества факторов, и доказательства, особенно в исследованиях на людях, далеко не однозначны. Более того, некоторые исследования показывают, что нитраты могут быть полезными, особенно когда они поступают из цельных продуктов.
Прежде чем бояться химического вещества, возможно, нам следует разобраться в его химии. Сегодня мы обсудим тему, которую часто неправильно понимают и даже боятся: нитраты и нитриты. В последние годы общественное беспокойство по поводу потребления мяса сместилось с насыщенных жиров и холестерина на нечто более неуловимое — химические добавки. Среди этих веществ, добавляемых в мясо, нитраты и нитриты стали главными «злодеями». Их очень часто упоминают в заголовках новостей и в документальных фильмах как причину токсичности или канцерогенности переработанного мяса. Для многих людей страх перед мясом на самом деле является страхом перед химическими веществами, используемыми для его консервации.
Насколько этот страх оправдан? Действительно ли эти соединения вредны, или их просто неправильно понимают?
Что, если эти же соединения, которых так часто боятся, на самом деле предлагают существенные метаболические преимущества? Что, если они поддерживают функцию митохондрий, чувствительность к инсулину и даже жировой обмен?
Сегодня мы рассмотрим биохимию, немного истории, и, что наиболее важно, доказательства как за, так и против этих соединений. В конце концов, чтобы принимать обоснованные решения о нашей пище, нам нужны не только страхи, но и факты. Давайте же изучим научные данные, начав с определения интересующих нас соединений.
Нитраты и нитриты — это природные ионы, состоящие из азота и кислорода. Их можно обнаружить в почве, воде, многих продуктах, особенно в овощах, и, конечно же, в вяленом мясе. В нашем организме нитраты могут преобразовываться в нитриты, а нитриты, в свою очередь, могут превращаться в оксид азота — молекулу, очень важную и полезную для здоровья сосудов. Таким образом, это не чужеродные химические вещества; они являются частью нашей биологии.
Как эти вещества используются в пище?
Это основная причина, по которой люди их боятся. В переработанном мясе нитриты используются для предотвращения роста бактерий, особенно возбудителей ботулизма. Они также помогают сохранять цвет и даже вкус мяса.
Поэтому легко понять, почему их используют. Эти причины настолько очевидны, что люди применяют нитриты для консервации мяса на протяжении веков, хотя, возможно, не всегда осознавали, с чем имеют дело. Исторически консервация мяса началась с соления — практики, которая предшествует даже письменной истории. Древние цивилизации, такие как шумеры, греки, римляне, использовали соль для удаления влаги из мяса и предотвращения его порчи. Однако соль, которую они часто использовали, поступала из природных источников, таких как каменная соль или выпаренная морская вода, и все они содержали природные примеси, особенно нитрат калия, также известный как селитра.
Примерно в 850 году до нашей эры, во времена Гомера, нитрат калия уже использовался для консервации мяса. Римляне заметили, что определенные соли придают мясу красноватый цвет и лучший вкус. Мы теперь знаем, что этот цвет был результатом действия оксида азота — продукта реакций нитратов и нитритов с мясными белками, такими как миоглобин. В Средние века нитраты широко использовались при вялении мяса по всей Европе. Монастыри и мясники применяли их для консервации таких продуктов, как ветчина и бекон. Лишь в конце XIX — начале XX веков ученые идентифицировали нитрит как активное соединение, ответственное за желаемый цвет и консервацию.
Таким образом, хотя древние люди не знали, что они используют нитраты и нитриты, они делали это благодаря естественной химии доступных им соляных источников. Это прекрасный пример того, как традиционные практики совпадают с тем, что мы знаем сейчас.
Историческое использование нитратов — это единственный их источник?
Нет, далеко не единственный. Овощи на самом деле являются самым большим источником нитратов в рационе среднестатистического человека, составляя до 80% их потребления. Продукты, такие как шпинат, свекла, салат и сельдерей, очень богаты нитратами. Переработанное мясо, напротив, обеспечивает лишь около 5-10% диетических нитратов и, возможно, около половины всех диетических нитритов.
Вода также может быть источником, хотя это сильно зависит от региона. Всё это означает, что, по иронии судьбы, продукты, наиболее ассоциируемые со здоровьем, такие как листовая зелень и овощи, на самом деле неизменно и даже неизбежно являются наиболее богатыми источниками нитратов. Теперь давайте поговорим о проблемах со здоровьем, хотя важно помнить, что подавляющее большинство нитратов и даже нитритов поступает к нам из овощей.
Каковы основные опасения для здоровья, связанные с нитратами и нитритами?
Опасения, связанные с нитратами и нитритами, в значительной степени сосредоточены на их способности образовывать нитрозамины. Эти соединения, как известно, являются канцерогенными в животных моделях.
Другими словами, нитрозамины могут способствовать развитию рака в экспериментах на животных. Нитрозамины могут образовываться, когда нитриты реагируют с аминами, особенно в кислой среде, например, в желудке. Гемовое железо, которое, безусловно, является компонентом красного мяса, предположительно усиливает эту реакцию. Таким образом, предлагаемый механизм таков: нитриты в сочетании с пищевыми аминами и гемовым железом в кислых условиях могут образовывать нитрозамины. Эти соединения могут повреждать ДНК и, следовательно, способствовать мутациям, как предполагает теория. Считается, что эти мутации ДНК являются характерным признаком и важным фактором в развитии рака.
Кроме того, гемовое железо считается более значимым из-за его способности способствовать синтезу активных форм кислорода, которые могут дополнительно усиливать повреждение клеток. Однако крайне важно подчеркнуть, что этот механизм был продемонстрирован в животных моделях и в лабораторных работах с клеточными культурами. В исследованиях на людях доказательства носят исключительно корреляционный характер. Иными словами, нет прямых доказательств того, что эти процессы происходят у людей; все данные основаны на корреляции. Чтобы быть предельно точным, приведу один пример — когортное исследование NutriNet-Santé.
Это исследование выявило связь между нитритами из пищевых добавок и повышенным риском рака простаты. Но, как я часто буду повторять, это наблюдательное исследование, а значит, оно не может установить причинно-следственную связь. Смешивающие факторы, такие как общее качество диеты, образ жизни и даже генетическая предрасположенность, могут сильно влиять на результаты. Важно отметить, что другие исследования не смогли найти последовательной связи. Метаанализ 2011 года, проведенный Лоу и соавторами, показал, что, хотя потребление переработанного мяса было связано с колоректальным раком, величина эффекта была очень скромной и искажалась другими диетическими факторами и факторами образа жизни.
Когда речь идет о гемовом железе, на нем важно сосредоточиться, потому что считается, что оно является основной причиной, по которой нитраты в мясе якобы гораздо вреднее, чем нитраты в овощах. Однако крупные когортные исследования не выявили последовательной связи между потреблением гемового железа и риском рака. Например, данные когорты EPIC и исследования менделевской рандомизации не показывают причинно-следственной связи между потреблением гемового железа или переработанного мяса и большинством видов рака, включая рак молочной железы, простаты и почек.
Таким образом, хотя биохимический механизм правдоподобен, и как ученый я готов это признать — существует ряд событий, которые могли бы связать эти химические вещества из мяса и добавки в переработанном мясе с раком, — реальные доказательства на людях далеко не окончательны. Фактически, они вовсе не являются окончательными. Контекст, например, что еще содержится в пище, сколько ее потребляется, и, возможно, общий характер питания, имеет огромное значение. К этому вопросу я вернусь чуть позже, а именно к смешивающим переменным, чтобы помочь нам разобраться в некоторых данных, полученных на людях. Теперь давайте переключимся с рисков на потенциальную пользу, потому что история нитратов и нитритов — это не только о том, что может пойти не так. Это также и о том, что может пойти правильно.
Эти соединения все чаще признаются за их физиологические и метаболические преимущества. Далеко не инертные или вредные, они участвуют в критически важных биохимических путях, поддерживающих здоровье. Во-первых, важно отметить, что эти соединения не просто проходят через пищеварительный тракт. После употребления нитрат быстро абсорбируется. Он концентрируется в слюне и преобразуется в нитрит оральными бактериями. Затем нитрит проглатывается и либо превращается в оксид азота в желудке, либо абсорбируется в кровоток. Уровни нитратов и нитритов в плазме значительно повышаются после приема пищи, богатой нитратами, что подтверждает их системную биодоступность.
Таким образом, когда мы едим нитраты, мы их абсорбируем, преобразуем в нитриты, а затем эти нитриты легко превращаются в оксид азота. Давайте немного подробнее поговорим об оксиде азота, потому что в основе этой истории он является ключевой сигнальной молекулой. Самый известный эффект оксида азота — это регуляция кровотока, но он также участвует в функции митохондрий и даже в некоторых межклеточных коммуникациях. Пищевые нитраты преобразуются в нитриты, а затем в оксид азота, как я упоминал ранее. Этот путь независим от классической системы синтазы оксида азота (NOS), что делает его особенно важным в гипоксических тканях, таких как работающие мышцы, или даже в воспаленной, недостаточно снабжаемой кислородом жировой ткани.
Путь нитрат-нитрит-оксид азота также критически важен для здоровья сосудов. Оксид азота способствует вазодилатации, то есть расширению кровеносных сосудов. Естественно, это означает, что кровь будет течь легче, а кровяное давление снизится. Это особенно актуально для людей с эндотелиальной дисфункцией. Эти эффекты хорошо задокументированы как у здоровых людей, так и у пациентов с гипертонией. Повторюсь: это известный физиологический феномен у людей. Нитраты могут повышать уровень оксида азота, который может вызывать, хотя, возможно, и умеренную, вазодилатацию, но в реальном времени он снижает кровяное давление. Теперь поговорим о митохондриях — области моих научных исследований.
Вам будет сложно найти опубликованную мной за последние 10 лет работу, которая не была бы посвящена какому-либо аспекту митохондриальной биоэнергетики. И здесь это тоже очень актуальная тема. Одно из наиболее последовательных открытий заключается в том, что пищевые нитраты улучшают эффективность митохондрий.
Что это означает?
В знаковом исследовании здоровые добровольцы, употреблявшие богатый нитратами свекольный сок (помните, это те же нитраты, что и в переработанном
мясе), показали снижение потребности в кислороде во время физических упражнений и увеличение производства АТФ на молекулу потребленного кислорода.
Это может показаться немного техническим, но это говорит о том, что нитрат усиливает сопряжение окислительного фосфорилирования, по сути, делая митохондрии более эффективными. Я много раз обсуждал эту идею митохондриального сопряжения, при котором митохондрии расщепляют питательные вещества таким образом, чтобы более эффективно производить АТФ. В некоторых случаях митохондрии могут быть более разобщены, когда они просто тратят энергию и не обязательно сжигают ее для создания АТФ. Иногда это может быть хорошо, а иногда плохо. В контексте физических упражнений это не хорошо. В упомянутом исследовании на людях было обнаружено, что во время тренировок потребление богатой нитратами добавки улучшало митохондриальную эффективность.
Это говорит о том, что при сжигании таких источников топлива, как глюкоза или жиры, вырабатывается немного больше энергии. Конечно, мне трудно обсуждать какую-либо тему, не упоминая чувствительность к инсулину, но даже здесь новые исследования показывают, что пищевые нитраты и нитриты могут играть вспомогательную роль в регуляции уровня глюкозы в крови и улучшении чувствительности к инсулину. В животных моделях диабета 2 типа было показано, что добавление нитритов снижает уровень глюкозы натощак и улучшает толерантность к глюкозе. Считается, что эти эффекты достигаются с помощью нескольких взаимодополняющих механизмов.
Один из них включает улучшение кровотока к поджелудочной железе, что повышает секрецию инсулина. Это, конечно, актуально для людей с дефицитом инсулина, что не так уж часто встречается, но может наблюдаться у некоторых людей на поздних стадиях диабета 2 типа. Однако, возможно, более интересно, что нитраты и нитриты также активируют сигнальную молекулу внутри клеток, называемую циклическим ГМФ. Эта молекула вырабатывается, когда оксид азота стимулирует фермент, называемый гуанилатциклазой. Таким образом, оксид азота активирует этот фермент, что приводит к выработке циклического ГМФ.
Циклический ГМФ на самом деле является своего рода близким родственником АТФ, но вместо того, чтобы действовать как источник энергии, как АТФ для выполнения клеточных задач, циклический ГМФ фактически действует как активирующая или сигнальная молекула, потому что он будет активировать протеинкиназу, называемую PKG, или протеинкиназу G. И затем PKG является той частью этого сложного пути, которая фактически возвращается к инсулину. В контексте передачи сигнала инсулина циклический ГМФ, который затем активирует протеинкиназу G (PKG), по-видимому, усиливает активность рецептора инсулина. Это означает, что когда инсулин связывается со своим рецептором, если были активированы циклический ГМФ и затем PKG, этот путь, его нисходящие эффекты, включая GLUT4 (транспортер, который перемещает глюкозу в клетку), будут работать лучше.
Другими словами, клетка, и, как следствие, организм, становится более чувствительной к инсулину. Весь этот сложный путь, начинающийся с нитратов и заканчивающийся инсулином, просто объясняет, как нитраты могут фактически улучшать чувствительность к инсулину. Но это не всё. Циклический ГМФ, помимо своего влияния на передачу сигналов инсулина, также оказывает влияние на противовоспалительную сигнализацию. Это, конечно, очень важно. Как я объяснял ранее, воспаление является одной из трех основных или кардинальных причин резистентности к инсулину. И данные довольно убедительны.
Некоторые исследования на грызунах показали, что если подавить сигнализацию циклического ГМФ, то, в частности, у мышей, лишенных этого зависимого от циклического ГМФ события, наблюдались нарушения кровотока, повышенный уровень глюкозы в крови, повышенная резистентность к инсулину и очевидное усиление воспаления. Все это лишь демонстрирует актуальность этого пути. И опять же, нитраты могут активировать его целиком, показывая, насколько он важен для метаболического здоровья.
Большинство цитируемых исследований проводятся на животных?
Это правда, хотя некоторые из упомянутых мной исследований проводились на людях. Но помните, что именно работы на животных используются для оправдания демонизации нитратов.
В таких случаях мы не полагаемся на данные, полученные на людях. Мы полагаемся на данные, полученные на животных. Так что, если хотите, я борюсь огнем с огнем. В целом, эти данные, безусловно, предполагают, что нитрат и нитрит могут помочь восстановить чувствительность к инсулину как за счет изменений в сосудистой физиологии (кровеносных сосудах), так и за счет некоторых внутриклеточных механизмов, особенно того сложного пути, который я описал, начиная с циклического ГМФ. Прежде чем закончить с рассмотрением преимуществ, я хотел бы упомянуть очень интересное открытие, сделанное в тканях грызунов, особенно в жировой ткани.
Исследования на грызунах показывают, что нитрат может способствовать превращению белого жира в очень активный, митохондриально разобщенный бежевый жир. Этот процесс, который мы называем «бейжинг» (или «побурение»), — это когда белый жир с очень низкой скоростью метаболизма, плотно сопряженный, превращается в более плотную митохондриально измененную ткань, фактически меняя цвет, делая его бежевым. Но митохондрии, помимо того, что их становится больше, имеют большую степень разобщения. Таким образом, они расходуют энергию. Было показано, что нитраты фактически увеличивают экспрессию генов, таких как UCP1, или разобщающий белок 1. И это тот самый знаменитый белок, который приводит к разобщению митохондрий, заставляя их просто сжигать энергию.
Но нитраты также могут активировать PGC1-альфа, который является критически важным внутриклеточным сигналом, стимулирующим митохондриальный биогенез. Это работа на животных, но мы можем защитить ее, потому что именно работа на животных изначально очерняла нитраты. Таким образом, мы используем данные, полученные на животных, для защиты от атак, основанных на данных, полученных на животных. Ничто из этого, конечно, не означает, что нет никаких рисков; возможно, риски есть, и они заслуживают тщательного изучения. Но при этом мы должны учитывать потенциальные преимущества этих пищевых нитратов и нитритов. Они поддерживают множество метаболических преимуществ, таких как изменения в митохондриях, передача сигналов инсулина и, конечно же, выработка оксида азота и вазодилатация.
Фактически, эти соединения и их последствия настолько физиологически значимы и даже полезны, что нитрит исследуется как терапевтическое средство для таких состояний, как сердечная недостаточность, метаболический синдром и даже так называемое ишемически-реперфузионное повреждение — механизм клинического вмешательства, помогающий людям восстановиться после, например, сердечного приступа. Пора перестать рассматривать нитраты и нитриты просто как консерванты или даже как явный вред, и признать их очень биоактивными питательными веществами или химическими веществами с реальным метаболическим потенциалом.
Мы абсолютно обязаны принимать во внимание исследования на людях, признавая, что может существовать риск рака, возможно, основанный на корреляционных данных. Но эти же корреляционные данные должны вызывать осторожность, потому что корреляция не означает причинно-следственную связь.
Как примирить некоторые противоречия в данных, полученных на людях?
Ранее я уже говорил, что, к моей большой радости, как фундаментальный ученый, я не имею дела с корреляцией, которая является просто научным термином для совпадения. Я имею дело с причинностью, когда могу сделать одно единственное действие и отметить его результат.
Хотя некоторые из этих наблюдательных или корреляционных исследований связывают переработанное мясо, содержащее нитраты и нитриты, с повышенным риском рака, данные на людях не являются окончательными. Одним из основных ограничений всех этих исследований на людях является так называемая «ошибка здорового пользователя». Иными словами, люди, которые избегают переработанного мяса, чтобы улучшить свое здоровье, часто придерживаются ряда известных оздоровительных моделей поведения, которые иногда трудно количественно оценить в опросе. Например, они просто занимаются спортом немного иначе или чаще, избегают курения и алкоголя и многих других вещей.
Они лучше спят, имеют больше социальных взаимодействий или более позитивные социальные взаимодействия. Эти различия в образе жизни абсолютно искажают результаты исследований в корреляционных выводах, что может сделать очень, фактически, я бы сказал, невозможным, по-настоящему изолировать эффекты самих нитратов или нитритов. Кроме того, большинство исследований основаны на данных о питании, сообщаемых самими участниками, что подвержено некоторому искажению в том, как они помнят или неправильно оценивают вещи, то есть происходит ошибка классификации. Но даже при некоторых статистических корректировках остаются остаточные смешивающие переменные.
И наблюдаемые связи следует интерпретировать с осторожностью, а не считать прямым причинно-следственным следствием. В конечном итоге, нитраты и нитриты не являются по своей сути опасными. Ключ, возможно, заключается в понимании контекста, такого как источник, возможно, если такие вещества, как гемовое железо, имеют значение, а также доза и, возможно, даже диетическая среда. Но, откровенно говоря, нам также необходимо учитывать смешивающие переменные, которые лежат в основе всех данных на людях, изначально предполагающих проблему. Поэтому, прежде чем демонизировать молекулу, давайте постараемся взглянуть на более широкую картину.
