Энергия человека: что происходит в клетках и при чём здесь йога, дыхание и медитация

Коротко о главном

• Когда современная биология говорит об энергии организма, речь прежде всего идёт о превращении энергии пищи в форму, которую могут использовать клетки. Главная такая «энергетическая валюта» — ATP, или аденозинтрифосфат.

• Когда человек говорит «у меня много энергии» или «совсем нет сил», это уже другое понятие. Ощущение бодрости зависит не только от клеточного обмена, но и от сна, работы нервной системы, стресса, воспаления, физической активности, психического состояния и многих других факторов.

• В древнеиндийской традиции существовало понятие праны — дыхания, жизненной функции, жизненной силы. Это понятие возникло в иной системе представлений о человеке, чем современная физиология.

• При этом йога, медитация и дыхательные практики действительно способны менять вполне измеримые процессы: дыхание, потребление кислорода, частоту сердечных сокращений, обмен веществ, работу нервной системы и некоторые молекулярные процессы.

Что мы вообще называем энергией?

Слово «энергия» удивительно многозначно.

В физике стандартная единица энергии — джоуль. Диетолог считает энергетическую ценность пищи в килокалориях. Биолог исследует, как клетка получает ATP. Врач спрашивает пациента об утомляемости.

А обычный человек утром может сказать:

«Сегодня столько энергии, что хочется всё сделать».

Или наоборот:

«Я спал восемь часов, но сил совершенно нет».

Все эти фразы говорят об энергии, но далеко не об одном и том же явлении.

Поэтому начинать разговор об энергии человека лучше не с утверждения «всё есть энергия», а с более интересного вопроса:

что именно происходит в организме, когда у нас есть силы жить, двигаться, думать — и что меняется, когда сил становится меньше?

Маленькая энергетическая станция внутри клетки

Почти каждой клетке нашего тела постоянно нужна энергия.

Она необходима мышце, чтобы сокращаться, нервной клетке — чтобы передавать сигнал, клеточной мембране — чтобы поддерживать нужное соотношение веществ внутри и снаружи, клетке в целом — чтобы синтезировать белки, делиться, восстанавливаться и выполнять свою работу.

Одним из главных переносчиков доступной для клетки энергии является молекула ATP — аденозинтрифосфат. Её часто называют энергетической валютой клетки: энергия питательных веществ в ходе сложной цепи реакций переводится в форму, которую клетка может быстро использовать.

Большая часть ATP во многих клетках производится в митохондриях — небольших структурах внутри клетки. Поэтому их и называют клеточными электростанциями.

В самом упрощённом виде:

пища → питательные вещества → клеточный обмен → митохондрии → ATP → работа клетки.

При аэробном обмене огромную роль играет кислород. Глюкоза, жирные кислоты и другие вещества постепенно преобразуются, а значительная часть высвобождаемой энергии используется митохондриями для синтеза ATP.

Сам ATP при этом не лежит в организме огромным запасом, который можно однажды «зарядить» утром и затем расходовать до вечера. Он постоянно используется и снова образуется.

Живой организм больше похож не на аккумулятор, а на непрерывно работающий поток превращений.

И здесь древний образ тела как реки оказывается неожиданно удачным — не как физическая теория, а как метафора.

Тело кажется нам устойчивым объектом, но внутри него каждую секунду происходят тысячи процессов синтеза, распада, транспорта и обмена.

Но почему тогда человек может чувствовать себя совершенно без сил?

Если человек говорит:

«У меня нет энергии», —

это почти никогда не означает, что в его клетках просто закончился ATP.

Ощущение энергии и производство энергии клетками связаны, но не тождественны.

Современные исследователи отдельно изучают fatigue — утомление и subjective vitality — субъективную жизненность, ощущение бодрости и внутреннего ресурса. На них могут влиять сон, обмен веществ, нервная система, воспалительные процессы, хроническая боль, настроение, стресс, физическая форма и множество других факторов.

Поэтому человек после прогулки иногда чувствует себя более энергичным, хотя только что потратил больше калорий.

А после целого дня почти без движения может ощущать полное истощение.

Получается важный парадокс:

расход энергии и ощущение энергии — не одно и то же.

Регулярная физическая активность, например, сама требует энергии, но в исследованиях одновременно связана со снижением ощущения усталости и увеличением субъективной бодрости.

Значит, вопрос «как получить больше энергии» значительно сложнее, чем просто «как меньше её тратить».

Иногда больше сил появляется именно тогда, когда организм начинает разумно работать.

А что древняя йога называла праной?

Задолго до появления слов «митохондрия», «ATP» и «вегетативная нервная система» индийские традиции использовали другое понятие — prāṇa, прана.

Перевести его одним современным словом трудно.

Прана связана с дыханием, жизнью, жизненными функциями и тем, что поддерживает организм живым.

Уже в ранних Упанишадах — текстах, некоторые из которых относятся примерно к VII–VI векакам до нашей эры, — дыхание и другие жизненные функции обсуждаются как силы, поддерживающие тело.

Позднее представления о пране становятся значительно сложнее. В йогических системах появляются различные направления её движения, дыхательные практики, каналы и способы работы с телом и вниманием.

Прана формировалась как понятие внутри совершенно другой картины человека — задолго до появления физиологии, биохимии и клеточной биологии. Поэтому искать для неё один современный эквивалент вряд ли имеет смысл.

Гораздо интереснее посмотреть, какие наблюдаемые состояния и процессы древняя традиция объединяла этим словом — дыхание, жизненную активность, движение, возбуждение и покой — и что из этого сегодня можно исследовать физиологическими методами.

И здесь обнаруживается связь, которая сегодня кажется очевидной физиологу:

дыхание, состояние тела и состояние ума тесно связаны.

Почему в йоге столько внимания уделено дыханию?

В классических системах йоги пранаяма занимает отдельное место наряду с асанами, концентрацией и медитацией.

Дыхание занимает необычное положение среди функций организма.

Большую часть времени мы дышим автоматически. Нам не нужно сознательно давать команду на каждый вдох.

Но одновременно мы можем по собственному желанию изменить частоту дыхания, его глубину, соотношение вдоха и выдоха, делать паузы.

Получается редкая возможность сознательно вмешаться в процесс, который обычно регулируется автоматически.

И вслед за изменением дыхания меняется не только движение воздуха в лёгких. Меняются давление в грудной клетке, работа дыхательных мышц, концентрации углекислого газа, взаимодействие дыхания с сердечным ритмом и работой автономной нервной системы.

Именно поэтому дыхание становится своеобразным мостом между сознательным действием и процессами, которые обычно происходят без нашего участия.

Что происходит, когда мы замедляем дыхание

Одна из наиболее хорошо исследованных областей — медленное контролируемое дыхание.

Большой систематический обзор и метаанализ показал, что при медленном дыхании изменяются показатели вариабельности сердечного ритма, связанные с автономной регуляцией. Эффект наблюдался непосредственно во время практики, после неё и в некоторых исследованиях после периода регулярных тренировок.

Сердце здорового человека не работает как идеальный метроном. Промежутки между ударами постоянно немного меняются, в том числе вслед за дыхательным циклом.

Поэтому изменение дыхания способно довольно быстро перестраивать взаимодействие дыхательной и сердечно-сосудистой систем.

При этом разные дыхательные техники могут действовать совершенно по-разному.

Некоторые практики замедляют физиологические процессы, другие, напротив, требуют дополнительной работы дыхательных мышц и увеличивают потребление кислорода.

В исследованиях шитали и ситкари — техник, которые традиционно относят к «охлаждающим», — у 17 молодых мужчин потребление кислорода во время практики увеличилось примерно на 9% и 7,6%. При этом заметного снижения температуры тела исследователи не обнаружили.

Это показательный пример. Современная физиология позволяет взять древнюю практику и спросить очень конкретно:

что происходит с дыханием?

с температурой?

с сердечным ритмом?

с давлением?

с потреблением кислорода?

И получить измеримый ответ.

Йога может одновременно активировать и расслаблять

Интересное исследование сравнивало обычную Шавасану и так называемую cyclic meditation — практику, в которой движения и йогические позы чередуются с периодами расслабления лёжа.

После обеих практик у участников снижались потребление кислорода и частота дыхания.

Но после сочетания движения и расслабления потребление кислорода уменьшилось сильнее — примерно на 32%, тогда как после одной Шавасаны примерно на 10%.

На первый взгляд это парадокс.

Человек сначала двигался, то есть тратил больше энергии.

Но после практики организм переходил в состояние с более низким потреблением кислорода.

Это хорошо показывает, почему модель:

«чтобы сохранить энергию, нужно просто меньше двигаться»

слишком проста.

Нагрузка может временно увеличить расход энергии, но одновременно тренировать сердечно-сосудистую систему, мышцы и механизмы восстановления, а после завершения практики способствовать переходу к более спокойному состоянию.

Медитация и снижение расхода энергии

Снижение обмена веществ во время медитации наблюдали ещё в физиологических экспериментах 1970-х годов. Исследователи измеряли не субъективное ощущение покоя, а потребление кислорода и выделение углекислого газа.

Позднее таких исследований стало значительно больше.

Систематический обзор работ, посвящённых йоге и обмену веществ, включил 58 исследований различных йогических практик. Авторы обнаружили, что разные практики действуют в противоположных направлениях: активные асаны и некоторые пранаямы повышают потребление кислорода, тогда как медитация и ряд расслабляющих практик способны его снижать. В отдельных исследованиях медитации сообщалось о снижении примерно на 5–20%, а в исследованиях некоторых опытных практиков — значительно сильнее.

Особенно необычный эксперимент был опубликован в 1987 году. У опытного индийского йога во время четырёхчасовой медитации потребление кислорода снизилось примерно на 40% по сравнению с его исходным уровнем, одновременно температура тела уменьшилась примерно на 0,4 °C. Это наблюдение одного человека, но оно показало, насколько выраженными в отдельных случаях могут быть изменения общего метаболизма.

В более позднем эксперименте потребление кислорода непрерывно измеряли методом непрямой калориметрии у практиков йоги, людей без опыта йоги и пациентов с метаболическим синдромом. У опытных практиков потребление кислорода было ниже в спокойных условиях, а после умственной стрессовой нагрузки они быстрее возвращались к исходному уровню.

Есть и ещё одна интересная закономерность. Систематический обзор 2024 года, включивший девять исследований и 433 длительно практикующих медитацию людей, показал более редкое дыхание у опытных медитирующих в покое и дальнейшее его замедление непосредственно во время практики. Чем больше был опыт медитации, тем заметнее в ряде работ проявлялись эти изменения.

Таким образом, состояние, которое человек субъективно переживает как глубокий покой, может сопровождаться вполне объективным физиологическим процессом — уменьшением общего обмена и потребности организма в кислороде.

Но что в это время происходит непосредственно с мозгом?

А что происходит с энергией мозга?

Мозг составляет около 2% массы тела взрослого человека, но в состоянии покоя на него приходится примерно пятая часть энергетических потребностей организма. Значительная часть этой энергии расходуется постоянно — на передачу сигналов между нейронами, поддержание электрических градиентов клеточных мембран и работу синапсов.

PET-исследования показывают, что во время медитации изменения происходят неравномерно.

В одном из ранних экспериментов у восьми практикующих йогическую медитацию общий обмен глюкозы мозга существенно не снизился, однако его распределение изменилось: активность зрительных областей уменьшалась, а соотношение активности фронтальных и затылочных областей становилось другим.

Медитация может заметно снижать общий энергетический расход организма, но внутри мозга происходят более сложные изменения: одни системы снижают активность, другие продолжают поддерживать внимание и осознавание.

Особенно интересны состояния очень опытных практиков, которые описывают резкое ослабление внутренней речи, образов и привычного потока мыслей. Насколько сильно при таких состояниях меняется именно энергетический расход мозга, остаётся отдельным исследовательским вопросом.

Может ли медитация влиять даже на работу клеток?

В 2013 году группа исследователей Massachusetts General Hospital изучала так называемый relaxation response — реакцию расслабления у людей с большим опытом практики и у новичков.

Учёные анализировали изменения активности генов в клетках крови до и после практики. Были обнаружены изменения в группах генов, связанных с энергетическим обменом, митохондриальной функцией, биологическим окислением, секрецией инсулина и воспалительными процессами. У опытных практиков часть изменений была выражена сильнее.

Позднее систематический обзор 18 исследований медитации, йоги, тайцзи, цигун, дыхательных и других mind-body практик обнаружил повторяющуюся закономерность: во многих исследованиях снижалась активность генов, регулируемых NF-κB — одним из важных участников воспалительной реакции на хронический стресс.

Здесь появляется уже другой масштаб изменений: исследователи обнаруживают их не только в дыхании или общем обмене, но и в регуляции молекулярных путей, связанных с энергетическим обменом, воспалением и стрессовым ответом.

Что именно измеряет современная наука, когда говорит об энергии человека?

Современная физиология различает несколько уровней энергетического обмена.

Общий расход энергии организма

Самый прямой способ — измерить тепло, которое выделяет человек.

В прямой калориметрии человека помещают в специальную камеру и определяют количество выделяемого тепла.

Гораздо чаще используется непрямая калориметрия. Она измеряет, сколько кислорода человек потребляет и сколько углекислого газа выделяет. По этим величинам рассчитывают расход энергии и могут оценить, какие источники топлива — преимущественно жиры или углеводы — организм использует в данный момент.

Именно этим методом получена значительная часть данных о снижении обмена во время медитации и йогической релаксации.

Сколько энергии человек тратит в обычной жизни

Чтобы узнать средний расход энергии не в лаборатории, а на протяжении обычных дней, применяется метод двойной меченой воды.

Человек выпивает воду, содержащую стабильные изотопы водорода и кислорода. По скорости их выведения исследователи рассчитывают образование углекислого газа, а через него — средний расход энергии за период примерно от одной до трёх недель.

Этот метод считается одним из основных эталонов для измерения общего расхода энергии человека в условиях обычной повседневной жизни.

Что происходит непосредственно внутри клеток

Следующий уровень — клеточная биоэнергетика.

Здесь исследуют, как ткани производят и используют ATP и насколько эффективно работают митохондрии.

Например, фосфорная магнитно-резонансная спектроскопия — ³¹P-MRS — позволяет наблюдать энергетический обмен в мышцах без хирургического вмешательства. После нагрузки можно измерить скорость восстановления фосфокреатина — вещества, которое помогает быстро восстанавливать запас ATP.

Чем быстрее восстанавливается фосфокреатин, тем больше информации исследователь получает о способности митохондрий обеспечивать ткань энергией.

Так понятие «энергетический обмен» можно исследовать сразу на нескольких уровнях — от расхода энергии всего организма до процессов, происходящих внутри конкретной ткани.

Что тогда означает «управлять своей энергией»?

После всего сказанного эта фраза приобретает гораздо более конкретный смысл.

У клетки есть производство и использование ATP.

У органов — собственные энергетические потребности.

У всего организма — основной обмен, физическая активность, термогенез и восстановление.

А на субъективном уровне существует ощущение бодрости, усталости, напряжения или внутреннего ресурса.

Поэтому управление своей энергией — это не только вопрос того, сколько энергии организм производит.

Не менее важны:

на что она расходуется;

как организм реагирует на нагрузку;

как быстро возвращается к исходному состоянию;

насколько легко переходит от возбуждения к восстановлению;

и насколько экономно разные системы работают тогда, когда высокая активность им не требуется.

Именно здесь йога, дыхательные практики, движение и медитация особенно интересно пересекаются с современной физиологией.

Они способны менять сам режим работы организма.

Почему дыхание здесь занимает особое место

Еда приносит организму химическую энергию.

Митохондрии помогают превращать её в ATP.

Движение увеличивает потребность тканей в энергии и одновременно тренирует системы, которые её обеспечивают.

Сон и расслабление создают условия для восстановления.

А дыхание занимает между ними особое положение.

Без кислорода аэробное производство ATP резко ограничивается.

При этом смысл дыхательных практик вовсе не в том, чтобы постоянно «накачать организм кислородом». У здорового человека кровь в обычных условиях и без глубокого дыхания обычно хорошо насыщена кислородом.

Меняя дыхательный ритм, мы воздействуем сразу на несколько уровней регуляции: работу дыхательных мышц, газовый состав крови, сердечный ритм, сосудистые реакции и автономную нервную систему.

Именно на этом уровне древняя практика дыхания сегодня особенно интересно пересекается с современной физиологией.

Два языка, которые не нужно заставлять совпасть

Йога учит наблюдать дыхание, работать с телом, собирать внимание, регулировать возбуждение и сознательно переходить от активности к расслаблению.

Современная физиология обнаруживает, что при этом могут изменяться дыхание, сердечная регуляция, потребление кислорода, общий обмен, работа отдельных областей мозга и некоторые молекулярные процессы.

Гораздо продуктивнее не искать прямой перевод древних понятий на язык биохимии, а смотреть, где наблюдения, накопленные практикой, превращаются в вопросы, которые сегодня можно проверить экспериментально.

Откуда же на самом деле берётся наша энергия?

На уровне клетки ответ достаточно конкретный:

из энергии питательных веществ, которую организм с помощью сложных биохимических процессов превращает в ATP.

На уровне всего человека ответ гораздо шире.

Чувствовать себя энергичным — значит не просто производить достаточно ATP.

Нужно, чтобы согласованно работали тело и мозг, сон и бодрствование, нагрузка и восстановление, возбуждение и расслабление.

Поэтому иногда несколько минут движения возвращают силы.

Иногда помогает спокойное дыхание.

Иногда — сон.

Иногда — еда.

Иногда — медитация и прекращение бесконечной внутренней гонки.

Энергия человека — не одна субстанция и не один показатель.

Это непрерывный процесс получения, преобразования, использования и восстановления ресурсов.

И, возможно, одна из самых практичных задач йоги состоит не в том, чтобы постоянно пытаться «получить больше энергии», а в том, чтобы научиться лучше замечать состояние собственной системы:

когда телу нужно движение;

когда отдых;

когда нагрузка;

когда дыхание;

когда пища;

а когда — тишина.

Что читать дальше на YogaJoy

«Пранаяма: как дыхание управляет энергией, состоянием и ясностью ума» — подробнее о дыхательных техниках и традиционном понимании пранаямы.

«Йога, дыхание и медитация: почему сочетание эффективнее» — о том, почему движение, дыхание и внимание воздействуют на разные стороны состояния.

«Почему релаксация — один из ключей молодости?» — о напряжении, восстановлении и субъективном ощущении энергии.

Основные научные источники

Tyagi A., Cohen M., 2013. Oxygen Consumption Changes With Yoga Practices: A Systematic Review. Систематический обзор исследований потребления кислорода при йоге, пранаяме, медитации и релаксации.

Heller H. C., Elsner R., Rao N., 1987. Voluntary hypometabolism in an Indian yogi. Исследование выраженного снижения потребления кислорода во время глубокой медитативной практики.

Tyagi A. et al., 2014. Metabolic responses to mental stress and yoga practices. Измерение потребления кислорода у практиков йоги, контрольной группы и людей с метаболическим синдромом.

Karunarathne L. J. U. et al., 2024. Respiratory function in healthy long-term meditators: a systematic review. Обзор дыхательных изменений у длительно практикующих медитацию.

Herzog H. et al., 1990. Changed pattern of regional glucose metabolism during yoga meditative relaxation. PET-исследование распределения мозгового обмена глюкозы во время йогической медитации.

Bhasin M. et al., 2013. Relaxation response induces temporal transcriptome changes in energy metabolism, insulin secretion and inflammatory pathways. Исследование изменений экспрессии генов при реакции расслабления.

Buric I. et al., 2017. What Is the Molecular Signature of Mind–Body Interventions? Систематический обзор исследований экспрессии генов при медитации, йоге, дыхательных практиках, тайцзи и цигун.

Westerterp K., 2017. Doubly labelled water assessment of energy expenditure. О методе двойной меченой воды для измерения общего расхода энергии в обычной жизни.

Kemp G. J. et al.; Meyerspeer M. et al. — ³¹P magnetic resonance spectroscopy. О применении фосфорной магнитно-резонансной спектроскопии для исследования ATP, фосфокреатина и митохондриальной энергетики мышц.

S.М.