Учёные выяснили, как микробы кишечника влияют на количество калорий, которые мы получаем из еды

Обычно калории кажутся чем-то простым и понятным. На упаковке продукта указано: столько-то калорий на порцию. Эти цифры рассчитываются по содержанию белков, жиров и углеводов. Но внутри организма всё работает намного сложнее. Пища проходит не просто через пищеварительную систему человека, а через живую экосистему, где огромную роль играют кишечные микробы.

Исследователи из Университета штата Аризона разработали новую математическую модель, которая помогает понять, как именно микробиом кишечника влияет на усвоение энергии из пищи. Модель получила название DAMM — от английских слов digestion, absorption and microbial metabolism, то есть «пищеварение, всасывание и микробный метаболизм». Работа опубликована в журнале PLOS One.

Главная идея модели заключается в том, что пищеварение нельзя рассматривать только как процесс, происходящий в организме человека. Это совместная работа тела и триллионов микроорганизмов, живущих в кишечнике. Часть питательных веществ усваивается в верхних отделах желудочно-кишечного тракта, а часть достигает толстой кишки, где её перерабатывают бактерии. В результате образуются вещества, которые тоже могут давать организму дополнительную энергию.

Учёные считают, что в будущем такая модель может помочь лучше понять ожирение, диабет и другие нарушения обмена веществ. Кроме того, она может стать инструментом для разработки более персонализированных диет, учитывающих не только состав продуктов, но и особенности микробиома конкретного человека.

На протяжении более ста лет для оценки калорийности пищи используется система Этуотера. Она основана на усреднённых значениях: сколько энергии организм получает из одного грамма белков, жиров и углеводов. Этот подход удобен и широко применяется, но у него есть серьёзное ограничение. Он почти не учитывает, что часть пищи перерабатывается кишечными микробами, особенно клетчатка и другие компоненты, которые не перевариваются полностью в верхних отделах пищеварительного тракта.

Новая модель DAMM как раз пытается закрыть этот пробел. Она разделяет рацион на белки, жиры и углеводы, оценивает, сколько энергии организм получает напрямую, а затем отслеживает, что происходит с оставшимися веществами в толстой кишке. Там микробы расщепляют непереваренные компоненты пищи и производят короткоцепочечные жирные кислоты. Эти соединения могут всасываться через стенку кишечника и использоваться организмом как дополнительный источник калорий.

Важной основой для модели стало контролируемое исследование питания. В нём здоровые взрослые люди получали два типа рациона. Первый был направлен на поддержку микробиома: он содержал много клетчатки, устойчивого крахмала, менее обработанные продукты и пищу с более крупными частицами. Второй рацион напоминал типичную западную диету: больше обработанной пищи, меньше клетчатки и продуктов, полезных для кишечных бактерий.

Результаты оказались показательными. Люди, питавшиеся по западному типу, усваивали примерно на 116 калорий в день больше, чем участники, получавшие рацион с высоким содержанием клетчатки. При этом группа на «микробиомной» диете не чувствовала большего голода. Это особенно важно, потому что показывает: калорийность пищи на этикетке и реальное количество энергии, получаемое организмом, могут заметно отличаться.

По расчётам DAMM, короткоцепочечные жирные кислоты, образующиеся в толстой кишке, в среднем дают около 140 калорий в день. Это примерно 7,4% всей используемой энергии. Около 85% энергии организм получает в верхних отделах желудочно-кишечного тракта, а примерно 15% — в нижних отделах, где ключевую роль играют микробы.

Когда исследователи сравнили DAMM со стандартным методом Этуотера, новая модель лучше соответствовала реальным данным клинического исследования. Традиционный подход часто недооценивал количество усвоенных калорий, тогда как DAMM давала более точную картину.

Особенно интересно, что модель хорошо улавливала разницу между рационами с высоким и низким содержанием клетчатки. Диета, поддерживающая микробиом, доставляла больше ферментируемого материала в толстую кишку. Там бактерии превращали его в короткоцепочечные жирные кислоты. Однако это не означало, что человек в итоге получал больше калорий. Напротив, общий объём усвоенной энергии был ниже, хотя активность микробов возрастала.

Именно в этом и заключается важность новой модели: она позволяет разделить разные этапы пищеварения. DAMM показывает, что организм усваивает напрямую, что производят микробы, какая часть энергии действительно поступает в тело, а какая выводится.

По словам авторов, DAMM — это не просто инструмент для анализа диеты. Это развивающаяся платформа. По мере того как учёные будут узнавать больше о взаимодействии питания, обмена веществ и микробиома, новые данные можно будет включать в модель.

Исследование ещё раз подтверждает: здоровье человека во многом зависит от того, чем питается его микробиом. Клетчатка и менее обработанные продукты не просто «полезны» в общем смысле. Они меняют работу кишечных бактерий, влияют на производство важных метаболитов и могут снижать количество реально усваиваемых калорий. Поэтому в будущем диеты, возможно, будут рассчитываться не только по белкам, жирам и углеводам, но и по тому, как они кормят наши кишечные микробы.