断食の科学：体のなかで何が起きているのか

かんたんな答え： 断食すると、体は代謝の切り替えによってブドウ糖を燃やす状態から脂肪を燃やす状態へ移ります。ここから連鎖が始まります。インスリンが下がり、成長ホルモンが上がり、オートファジー（細胞の掃除）が動き出し、炎症が減ります。この変化は12時間のうちに始まり、断食が長くなるほど深まります。

代謝の切り替え

断食の生理でいちばん中心にあるのが代謝の切り替えです。直前の食事から来たブドウ糖を使う状態から、蓄えた脂肪を動員して燃やす状態へ移る瞬間を指します。たとえ話ではありません。肝臓のグリコーゲンが尽きたときに起きる、測定できる生化学的な変化です。最後にカロリーをとってから12時間から36時間のあいだに起こり、活動量とグリコーゲンの蓄えによって前後します。

Rafael de CaboとMark Mattsonは、2019年のNew England Journal of Medicineの重要なレビューで、この切り替えを断食の効果の大半を支える仕組みとして説明しました。ブドウ糖が使えなくなると、肝臓は脂肪酸をケトン体、主にβ-ヒドロキシ酪酸（BHB）に変え、これが脳と体の代わりの燃料になります（de Cabo & Mattson, 2019, NEJM, 381(26), 2541-2551）。

BHBは予備の燃料というだけではありません。抗酸化の防御やDNAの修復といった、細胞を守る経路を動かすシグナル分子としても働きます。断食が単なるカロリー削減を超えた効果を生むのはこのためです。

時間ごとに見る断食の経過

どの段階で何が起きるかを知っておくと、断食の長さを自分で判断できるようになります。全体の流れは断食すると体に何が起きるかにまとめています。

0〜4時間：食後状態

体は直前の食事を消化し、栄養を吸収しています。血糖値とインスリンは高い状態です。エネルギーは主に血中のブドウ糖から来ます。断食ならではの変化はまだ起きていません。

4〜8時間：吸収後の前半

血糖値が元の水準に戻ります。インスリンが下がり始めます。体はグリコーゲン（肝臓と筋肉に蓄えられたブドウ糖）をエネルギーとして使い始めます。移行の段階です。

8〜12時間：吸収後の後半

インスリン値がはっきり下がり、脂肪細胞から脂肪を取り出す働き（脂肪分解）が始まります。体は遊離脂肪酸を燃料としてより多く使うようになります。成長ホルモンが上がり始めます。ひと晩の断食で、多くの人がこの段階に届きます。

12〜18時間：断食の初期

意味のある代謝の変化が始まるのはここからです。肝臓のグリコーゲンはかなり減っています。脂肪の燃焼が主なエネルギーの経路になります。ケトン体が作られはじめます。細胞のリサイクル、つまりオートファジーが活発になっていきます。

ヒトでのオートファジーの活性化は断食14〜16時間あたりから始まると考えられていますが、始まる時刻は個人と組織によって違います（Bagherniya et al., 2018, Biomedicine & Pharmacotherapy）。

18〜24時間：断食が定まった状態

ケトン体はしっかり増えています。BHBが脳に燃料を届けています。成長ホルモンは大きく増えており、断食24時間の時点で分泌が5倍になったという研究があります（Hartman et al., 1992, Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism）。オートファジーは動いています。炎症の指標が下がり始めます。

24〜48時間：深い断食

オートファジーがはっきりした水準に達します。体は完全に脂肪を使う状態になっています。幹細胞による再生が始まる可能性もあります。2014年のCell Stem Cellに載ったChengらの研究では、48〜72時間の長時間断食が幹細胞による免疫系の再生を引き起こしました。インスリン感受性は目立って改善します。

48時間以降：長時間断食

48時間を超える断食はオートファジーをさらに押し進め、免疫のリセットや細胞の若返りに上乗せがある可能性があります。一方で、筋肉の分解、電解質の乱れ、その他の合併症のリスクは高まります。長時間断食は医師の管理のもとでのみ行ってください。

オートファジー：体の掃除係

オートファジーはギリシャ語の「自分を食べる」に由来し、細胞が傷んだタンパク質、働かなくなった細胞小器官、細胞内の病原体を分解してリサイクルする働きを指します。大隅良典氏は酵母におけるオートファジーの遺伝的な仕組みを解き明かした功績で、2016年のノーベル生理学・医学賞を受賞しました。その後、哺乳類の細胞でも同じ仕組みが確かめられています。

食べている状態では、栄養を感知するタンパク質mTORが働いてオートファジーを抑えます。断食するとmTORの働きが落ち、AMPK（AMP活性化プロテインキナーゼ）が上がり、オートファジーの経路が動き出します。その結果として、たまった廃棄物が取り除かれ、部品が新しい構造として作り直されます。

人の健康にとっての意味は小さくありません。オートファジーがうまく働かないことは、神経の変性疾患（アルツハイマー病、パーキンソン病）、がん、老化の加速と関連づけられています（Levine & Kroemer, 2019, Cell）。

くわしくはオートファジーの解説をご覧ください。

インスリンと血糖値

断食は、インスリン感受性を高める薬以外の手立てとして、もっとも効果のあるもののひとつです。食べるとすい臓がインスリンを出し、ブドウ糖を細胞へ送り込みます。頻繁に食べること、とくに精製された炭水化物を頻繁にとることは、インスリンを慢性的に高いままにし、やがてインスリン抵抗性につながります。

断食のあいだインスリン値は元の水準まで下がり、インスリン受容体が感度を取り戻す時間ができます。2018年にBMJ Case Reportsに載った症例報告では、2型糖尿病の患者3人が、医師の管理のもとで断食を取り入れたのちインスリン療法をやめられました（Furmli et al., 2018）。

Suttonらの比較試験（2018, Cell Metabolism）では、早い時間帯の時間制限食が、体重が減らなくてもインスリン感受性とβ細胞の働きを改善しました。カロリーの削減とは別に、断食している時間そのものが代謝の改善を進めていることを示しています。

くわしくは：断食とインスリン抵抗性

断食中のホルモンの変化

断食は、エネルギーを確保し、除脂肪の組織を守るための、まとまったホルモン反応を引き起こします。

成長ホルモン。 成長ホルモン（HGH）は断食中に大きく増えます。Hartmanら（1992）は、2日間の断食で24時間の分泌量が5倍になったことを記録しています。増えた成長ホルモンは脂肪の動員を進めながら筋肉のタンパク質を守ります。短い断食で、多くの人が恐れるような筋肉の減少が起きないのはこのためです。

ノルアドレナリン。 断食はノルアドレナリンの放出を増やし、代謝率を上げ、頭をはっきりさせます。1990年にMansellらがAmerican Journal of Physiologyで報告した研究では、48時間の断食で安静時代謝率が3.6%上がりました。食事を抜くと代謝が落ちるという通説とは逆の結果です。

コルチゾール。 断食中、朝のコルチゾールはたしかに少し上がりますが、これは脂肪の動員を助ける正常な生理反応です。慢性的なストレスによるコルチゾールの上昇は害になりますが、断食による一時的な上昇は適応的なものです。

インスリン。 上で述べたとおり、インスリンははっきり下がり、脂肪が使えるようになり、受容体の感度も上がります。

全体像は断食とホルモンと成長ホルモンと断食にまとめています。

炎症と免疫の働き

慢性的な弱い炎症は、心血管の病気から自己免疫の病気まで、現代の多くの病気の土台にあります。断食には、複数の経路を通じた抗炎症の作用が示されています。

2019年にJordanらがCellで報告した研究では、断食が単球の活動を抑え、血中の炎症性の単球の数を減らしました。研究者らは、断食中に単球が炎症を起こしにくい状態に入ることを見いだしており、自己免疫や炎症の病気への意味が示唆されます。

ケトン体のBHBは、炎症反応を進めるタンパク質複合体であるNLRP3インフラマソームを直接抑えます。この仕組みはYoumら（2015, Nature Medicine）が示したもので、断食の抗炎症の効果がカロリー削減だけでなくケトン体の産生と結びついていることを示しています。

くわしくは：断食と炎症

脳の健康と認知機能

断食には神経を守る働きがあるかもしれません。Mattsonら（2018, Nature Reviews Neuroscience）は、断食が脳の健康を支える仕組みをいくつも挙げています。

BHBは神経細胞にとって効率のよい燃料になり、学習と記憶を支えるBDNF（脳由来神経栄養因子）の産生を高めます。
オートファジーが、神経の変性疾患に関わる凝集したタンパク質を取り除きます。
炎症が減ることで神経の組織が守られます。
ミトコンドリアが増えることで、神経細胞のエネルギー代謝が改善します。

動物実験では、断食がアルツハイマー病やパーキンソン病のモデルの発症と進行を遅らせることが一貫して示されています。ヒトでの臨床試験は進行中ですが、観察データは断食のパターンと認知機能の保たれ方の関連を支持しています。

くわしくは：断食と脳の健康

腸の健康と腸内細菌

腸内細菌は断食に反応して、構成と働きの両方で測れる変化を示します。Cell Host & Microbeに載った研究（Li et al., 2020）では、断食によって細菌の多様性が増え、有益な菌が増える一方で、肥満や炎症と関連する菌は減りました。

断食はまた、腸の自然な掃除の波である伝播性消化管運動複合体（MMC）が働く時間も作ります。MMCは主に空腹時に動き、小腸に残った食べ物のかけらや細菌を送り出します。頻繁に食べるとこの働きが妨げられ、小腸内細菌異常増殖（SIBO）につながる可能性があります。

くわしくは、上の炎症のガイドの腸に関する節をご覧ください。

断食とカロリー制限の違い

よく聞かれるのは、断食には単にカロリーを減らす以上の何かがあるのか、という問いです。証拠はあると示しています。総摂取カロリーをそろえても、断食のほうが継続的なカロリー制限より、インスリン感受性、炎症の指標、脂肪の燃焼で優れた改善を示します。

Suttonら（2018）はそれを直接示しました。早い時間帯の時間制限食は、摂取カロリーも体重も変わらないまま代謝の指標を改善しました。断食している時間そのものが、カロリーを数えるだけでは動かない経路を働かせています。

とはいえ、カロリー制限と断食は互いを排除するものではありません。組み合わせて働きます。直接の比較は断食は代謝を上げるのか下げるのかにまとめています。

Fastedにできること

仕組みを知ることは励みになりますが、いま断食のどこにいるのかをその場で見られると、力はさらに強くなります。Fastedは断食中、いまどのフェーズにいるのかを示します。脂肪燃焼に入るところ、ケトーシスが始まるところ、オートファジーが活発になるところです。あてずっぽうではありません。この記事で挙げた発表済みの研究にもとづいています。いま14時間で、オートファジーの山が近い。そう分かることが、目標まで進むための後押しになります。

この科学を実際に使う方法は、初心者向けの完全ガイドや減量ガイドにまとめています。

よくある質問

オートファジーは何時間の断食で始まりますか？

オートファジーは断食12〜14時間あたりから低い水準で始まり、24〜48時間にかけて少しずつ増えます。始まる時刻は、グリコーゲンの蓄え、活動量、代謝の状態といった個人差で前後します。16:8を続ければ毎日オートファジーを促せますし、ときどき24時間の断食を挟めばさらに先へ進みます。

断食すると代謝は落ちますか？

短い断食（48〜72時間まで）で代謝が落ちることはありません。それどころか、ノルアドレナリンが増えるため安静時代謝率はわずかに上がると報告されています。数週間から数か月に及ぶカロリー制限は代謝率を下げることがありますが、食事ウィンドウを規則正しくとる断食ではこの現象は起きません。くわしくは断食と代謝をご覧ください。

断食によるケトーシスと、ケトジェニックの食事法によるケトーシスは何が違いますか？

どちらもケトン体を作りますが、仕組みが違います。断食によるケトーシスは、断食中にグリコーゲンが尽き、脂肪が動員されることで起きます。食事によるケトーシスは、炭水化物を継続的に制限することで起きます。断食では食べている状態と断食している状態を行き来するため、細胞のストレス応答の経路に関わる、慢性的なケトーシスでは再現できない効果があるかもしれません。

断食はインスリン抵抗性の改善に役立ちますか？

役立ちます。断食はインスリン抵抗性に対して、薬以外でもっとも効果のある手立てのひとつです。インスリン値が長い時間かけて元の水準まで下がることで、受容体が感度を取り戻す時間ができます。Suttonら（2018）やFurmliら（2018）を含む複数の研究が、断食によるインスリン感受性の意味のある改善、さらには2型糖尿病の改善を示しています。