В посте про энергетический баланс мы обсудили две переменные (поступление и траты энергии) из уравнения энергетического баланса:
Поступление энергии = траты энергии + изменения в энергетических запасах
Теперь давайте разберемся с последней частью формулы ‑ с тем, как и какие изменения происходят в энергетических запасах организма, и начнем говорить о том, как это может влиять на вес тела.
Энергетические запасы
Что может тратить и накапливать организм в качестве энергетических запасов? Для простоты описания рассмотрим самые крупные компоненты обмена: углеводы, белки и жиры (есть еще много разных «разменных» форм для хранения и переноса энергии, но углубляться в биохимию в данном разговоре нет смысла).
Углеводы в организме хранятся в виде гликогена (такой животный аналог крахмала, способ хранить глюкозу в связанном виде), который запасается в печени и в мышцах (в других клетках тоже может присутствовать, но в незначительных количествах, так что запасами это называть не приходится).
Гликоген печени используется для поддержания постоянного уровня сахара в крови, его запасы составляют 100-120 г. Гликоген мышц используется только для физической работы, запасы мышечного гликогена обычно составляют 250-350 г (у тренированных спортсменов могут быть несколько больше, потому что мышц больше, и они способны лучше запасать углеводы).
Итого, суммарно в организме хранится примерно 350-450 г углеводов (или около 1400-1800 ккал).
На любой диете (а не только на безуглеводной) эти запасы снижаются, потому что в дефиците калорий у организма нет возможности поддерживать гликогеновые депо полностью заполненными. Если интересно, это одна из причин, по которой на дефиците калорий появляются проблемы с ростом мышц: на фоне снижения содержания гликогена в мышечных клетках процессы биосинтеза белка в них тормозятся и баланс анаболизма/катаболизма становится нейтральным или отрицательным.
Зато это помогает худеть (если так можно сказать про физиологический механизм, цель которого сохранять жизнь в условиях дефицита питания), т. к. пониженные запасы гликогена снижают уровень инсулина, что хорошо для мобилизации жиров и использования их в качестве источника энергии. Но если вы будучи на диете начинаете думать про инсулин, чтобы похудеть побыстрее - это значит, что вы недогружены основной работой и вам скучно, займитесь лучше чем-то полезным, сходите на тренировку, например.
Если речь идет не о длительном полном голодании, запасы гликогена не истощаются полностью, потому что имеют жизненно важное значение. Без запасов в печени мозг может остаться без снабжения глюкозой, а это смертельно опасно, т. к. мозг все-таки самый главный орган (по крайней мере, по мнению мозга). Без запасов в мышцах сложно совершить какую-то интенсивную работу, что в дикой природе коррелирует с повышенными рисками быть съеденным, в лучшем случае — остаться голодным, что тоже не вариант.
Тренировки тоже истощают запасы гликогена, но, конечно же, не по схеме «первые 40 минут работаем на гликогене, потом переходим на жиры и худеееееем, читая почту с мобилочки на дорожке для ходьбы, по недоразумению названной беговой». Для примера возьмем исследование, в котором тренированные атлеты выполняли 20 сетов упражнений на ноги (4 упражнения, 5 сетов каждого; каждый сет выполнялся до отказа и составлял 6-12 повторений; отдых был достаточно коротким, длился в 2 раза дольше, чем выполнение работы; общее время тренировки составило 30 минут). Кто знаком с силовыми тренировками может догадаться, что это была мягко говоря не легкая прогулка. До и после упражнения у них брали биопсию и смотрели содержание гликогена, снижение оказалось с 160 до 118 ммоль/кг, т. е. менее, чем на 30%.
Таким образом, для истощения запаса гликогена в одной группе мышц нужно выполнить десятки сетов упражнений с достаточно существенным весом и количеством повторений, а для истощения запасов во всем организме придется выполнить серию тренировок в течение 1-2 дней, ограничивая при этом потребление углеводов. После такой процедуры вопрос любви к занятиям спортом будет заново открытым.
Не будем углубляться в частные вопросы голодания, безуглеводных и кетогенных диет и истощающих гликоген тренировок, это все далековато от темы здорового подхода к управлению весом. Нам важно отметить, что:
- Запасы углеводов относительно небольшие, печень и мышцы не могут «загружать» их в себя бесконечно: печень может вместить гликогена до 5% собственной массы, мышцы 1%, суммарно во всем организме это около 400 г;
- Кроме того, полностью истощить запасы гликогена сложно, в большинстве случаев суммарный «разменный фонд» составляет лишь пару сотен грамм, поэтому существенно влиять на динамику веса углеводы сами по себе не могут, при размышлениях о том, что за килограмм прибавился или убавился ими можно пренебречь;
- Запасы углеводов довольно легко мобилизуются и восстанавливаются, это в каком-то смысле «мелкая разменная монета» для «срочных операций» метаболизма;
Белки — хотя и слишком ценный ресурс для использования в качестве топлива, тем не менее, аминокислоты в этой роли тоже используются. При продолжительных физических нагрузках 5-10% энергии могут покрываться за счет аминокислот (аминокислоты с разветвленной цепью и в частности лейцин могут использоваться в качестве источника энергии непосредственно в мышцах). При дефиците поступления калорий часть белка также используется для производства глюкозы и энергии, и чем больше дефицит, тем в большей степени (о причинах ниже).
Откуда берется этот белок? Продвинутые худеющие интересуются, какую часть веса они потеряли за счет жира, а какую за счет мышц, или сухой массы тела. Так вот, сухая масса включает в себя не только мышцы (хотя это, возможно, самая красивая часть этой массы). «Под нож» помимо белков мышечной ткани в организме могут идти белки крови, элементы соединительной ткани, органический компонент костной ткани (это может играть роль в потере костной массы, особенно в случае хронического дефицита веса тела и поступления важных для здоровья костей микроэлементов, что наблюдается при гипокалорийном питании), а также может разрушаться некоторое количество клеток внутренних органов.
Здесь важно понимать, что не обязательно белки какой-то из тканей прицельно разрушаются, может просто сдвигаться баланс между восстановлением и разрушением, анаболизмом и катаболизмом в сторону последнего. Длительное "недовосстановление" по результатам ничем особо не отличается от быстрого разрушения.
Также стоит понимать, что в случае с белками, их нельзя «складировать» так просто, как жир, требуется энергозатратный процесс синтеза белка и построения клеточных структур, поэтому тратить белок всегда легче, чем строить новый.
Практически безграничные запасы (в масштабах организма) энергии можно откладывать в виде жира. Во-первых, жир существенно калорийнее белков и углеводов, во-вторых, для его отложения есть специальная жировая ткань, которая не ограничена чем-то конкретным (например, капсулой органа, как у печени, способностью увеличиваться бесконечно без ухудшения функции, как у мышц), что мешало бы ей накапливать и накапливать.
Чемпионы человеческого роста вширь достигают 5-6 центнеров, что позволяет оценить возможности по накоплению энергии жировой тканью (таких запасов теоретически достаточно для 3-4 лет существования).
Стоит учитывать, что жир может откладываться быстро, соизмеримо со скоростью утилизации углеводов (на синтез белка, напомню, нужно существенно больше времени и особые условия). Мобилизовать жир для получения энергии организм также может довольно быстро, но вот потратить его — задача несколько сложнее.
Если бы окисление жира было возможно с любой скоростью и в любых количествах, то никаких особых проблем с похудением бы не было: зарезай калории хоть под ноль, трать жиры, хорошей на глазах. Но ситуация не столь благосклонна к желающим похудеть.
Если вы существенно ограничите калории, то в первую очередь будет мобилизирован «разменный» запас в виде углеводов (то, что недополучено из пищи, нужно покрыть из запасов для поддержания стабильного уровня глюкозы в крови). Жиры также начнут подключаться в качестве источника энергии, но организм не может их достаточно быстро окислять, покрывая все нужды в энергии, кроме того, для их окисления нужны углеводы, поэтому для эффективной работы организму понадобится еще глюкоза. Она будет браться из гликогеновых депо, а по мере их истощения дополнительно синтезироваться из аминокислот.
Поэтому голодание у людей с большим избыточным весом может привести к смерти от поражения внутренних органов еще до того, как закончатся запасы жира. Впрочем, есть клинические стратегии ведения таких пациентов, чтобы этого можно было избежать и уменьшить негативные последствия.
Спортсмены с высоким уровнем выносливости (а значит, не только способные хорошо окислять жиры, но и при довольно значительной интенсивности продолжать использовать их в качестве источника энергии, когда нетренированные люди уже «переходят» на углеводы) могут использовать много жира при нагрузках или дефиците калорий. Детренированные люди — не могут, и это осложняет похудение и усугубляет набор веса жиром (неиспользованный жир откладывается).
Чего стоит килограмм живого веса
Сколько же ккал таит в себе каждый потерянный/приобретенный килограмм массы тела?
В 1 г жира содержится 9 ккал, но в организме жировая ткань представляет собой не чистый жир, жировые клетки содержат и другие клеточные структуры, энзимы, воду, поэтому удельный вес именно жиров в жировой ткани составляет примерно 80-90%. Поэтому, килограмм жира в организме человека имеет калорийность около 7-8 тыс ккал.
При оценке потерянного веса часто берут цифру в 7 тыс ккал скорее всего по причине того, так просто проще считать, потому что выходит, что при суточном дефиците в 500 ккал за неделю вы потеряете 0,5 кг жира, или около 2 кг в месяц. И это не совсем соответствует действительности и не только по причине того, что вам на самом деле понадобится немного больше времени для такого результата.
Не соответствует действительности еще и и потому, что человек практически никогда не теряет при похудении и не набирает при увеличении массы тела 100% жировую ткань, как мы уже разобрали, теряется не только жир, но и белок, а значит, в деле участвуют еще и мышечная, соединительная и др. ткани.
Килограмм мышц при разрушении дает около 1400-1500 ккал. Пока вы не начали думать о том, что статья все больше напоминает справочник увлеченного здоровым образом жизни каннибала, поясню, почему это может быть важно или просто интересно.
Если посмотреть результаты разнообразных исследований по похудению, а также практические данные, можно резюмировать, что большинство людей, соблюдающих разумную диету (потеря веса в пределах 0,5-1 кг в неделю) и сопровождающих ее не слишком объемными и интенсивными нагрузками, теряют около 75% веса жировой тканью, и около 25% сухой массой.
Отличные от этого сценарии мы разберем отдельно, но именно в таком случае несложно посчитать, что каждый кг потерянного веса тянет примерно на 6-6,5 тыс ккал. Соответственно, создав дефицит (с любой стороны уравнения энергетического баланса — ограничив свое питание, или увеличив физические нагрузки, или все вместе) в 3500 ккал/неделю и ожидая потерять 1 кг жира, вы, во-первых, потеряете не только жир, а во-вторых, вероятно, потеряете чуть больше килограмма, но это не должно вас сильно радовать. И это еще если не учитывать водный баланс.
Водный баланс
Вода, как известно, содержит 0 ккал, поэтому в уравнении энергетического баланса организма не фигурирует.
Можно, конечно уточнить, что это справедливо, если не брать во внимание температуру этой воды. Я уже упоминал в прошлом посте, что охлаждение или нагрев большого количества воды требует дополнительных затрат энергии или экономит ее. Собственно, самое понятие «калория» определяется как количество теплоты, необходимое для повышения температуры какого-то количества воды (грамма, килограмма) на один градус. Чтобы нагреть литр воды на 1 градус, нужна 1 ккал, несложно посчитать, сколько потребуется потратить на согревание каждого стакана воды комнатной температуры, который вы выпили (серьезно, сначала посчитайте, а потом уже думайте, стоит ли пить ледяную воду, чтобы похудеть).
Итак, в энергетическом балансе вода не участвует, но при этом может путать карты, если мы следим за весом тела. Женщины прекрасно знают, что в разные фазы менструального цикла, который влияет на гормональный фон и на регуляцию водно-солевого баланса, их вес может колебаться довольно существенно. Все, кто пробовал бессолевые или низкоуглеводные диеты, также знакомы с такими перепадами веса, они могут составлять несколько килограмм за 7-10 дней.
Примерно по той же причине потеря веса на любой диете с дефицитом калорий происходит не линейно: в первые дни и недели вес уходит довольно бодро (снижение содержания углеводов влияет на водный баланс), дальше потеря замедляется и зачастую происходит не линейно, а ступенчато. Например, вы почти не теряете вес в течение 7-10 дней, а потом вдруг за несколько дней уходит 1-2 килограмма. Большая часть таких изменений определяется именно водным балансом.
Ну и напоследок, стоит упомянуть еще об одном факте. Мышцы и жир имеют разную плотность, а значит 1 кг мышц и 1 кг жира еще и по-разному выглядят (но тоже не так сильно, как принято думать). Соответственно, когда вы пытаетесь увязать изменения, которые вам показывает стрелка весов и сантиметр, у вас могут появиться новые предпосылки к формированию мистического мышления, хотя все опять же подчиняется научным взглядам.
Прежде чем разбирать примеры того, как эта вся «кухня» может быть связана с пищевым поведением, спортом и колебаниями стрелки на весах, нам нужно поговорить еще об одном важном компоненте — управлении метаболизмом.
