Энергетический баланс

Управление весом и процентом жира для современного человека является в буквальном смысле слова вопросом выживания. Практически всю историю человечества преимущество в продолжительности жизни и шансах на продолжение рода имели люди, которые ели больше других. Надеюсь, такие темные времена не вернутся (лучше решать вопросы, как не толстеть, чем как бы не помереть с голода), но на текущий момент ситуация обратная: те, кто переедают и набирают избыточный вес, точнее избыточное количество жира, рискуют умереть раньше и получить немного меньше бонусов в плане привлекательности для продолжения рода.

Впрочем, люди, имеющие большой дефицит веса, рискуют жизнью и здоровьем примерно так же, но это скорее традиционный расклад сил. Данный вопрос также находится в плоскости управления весом или процентом жира.

К сожалению, в этой области существует слишком много непонимания, мифов и легенд, что портит жизнь слишком большому количеству людей. Попробуем разобраться с некоторыми азами и начнем с описания того, как происходит энергетический обмен в организме человека. Возможно, это будет самая занудная часть разговора про метаболизм (хотя и дальше Гарри Поттера или романтичных вампиров не предвидится), но она необходима, чтобы двигаться дальше.

В самом простом выражении идея энергетического баланса в отношении человеческого организма (в соответствии с первым началом термодинамики) может быть сформулирована в виде уравнения:

Поступление энергии = траты энергии — изменения в энергетических запасах

Энергия в организме запасается в виде энергии связей в химических веществах, а значит, при положительном балансе будет наблюдаться увеличение запасов таких веществ, а при отрицательном — снижение.

Поступление энергии

Происходит за счет питательных веществ — белков, жиров, углеводов (в т. ч. клетчатки), алкоголя.

Ключевой практический вопрос заключается в том, соответствует ли поступление энергии надписям на упаковках продуктов или табличкам с энергетической и питательной ценностью? Ответ на этот вопрос не так прост, как может показаться на первый взгляд. Но точно не такой простой, как «организм не печка, поэтому калорийность в нем не работает». Работает, просто нужно учитывать ряд нюансов. Давайте разбираться.

Строго говоря, некоторое количество энергии поступает не только за счет калорийности питательных веществ, но и за счет температуры самой пищи. Горячий сладкий чай помимо того, что является раствором сахара с соответствующей калорийностью, еще и нагревает тело. Запасти эту энергию напрямую организм не может, но в энергетическом балансе она тоже участвует. Например, зимой это позволяет некоторое количество калорий экономить на обогрев тела, а летом требует дополнительных затрат на охлаждение. И наоборот, если пить много холодной воды, организму понадобится тратить энергию на то, чтобы ее согреть.

Расчетные данные в отношении любой еды берутся усредненными. Два яблока, которые выросли на разных деревьях, могут иметь разный состав и калорийность, и хотя разница совсем уж незначительная, но она есть даже между двумя яблоками с одного дерева. В случае более сложных составных блюд реальная калорийность все больше будет отклоняться от расчетных показателей. Между разными порциями может быть выраженный разброс (больше мяса или больше риса в плове?), хотя средние значения могут быть весьма похожи на табличные данные.

Разные питательные вещества организм усваивает с разной эффективностью. Так, усвояемость некоторых видов животного белка достигает 90-95%, в то же время, растительный белок усваивается на 80-85%; усвояемость жиров обычно достигает 95-97 %, но в некоторых случаях может быть снижена, например, из-за заболеваний органов пищеварения; в зависимости от количества клетчатки в углеводистой пище она может усваиваться на 80-95%.

Сама клетчатка представляет собой смесь углеводов, калорийность которых соответствует калорийности любых других углеводов (4,1 ккал/г), в реальности же большая часть клетчатки не разрушается и проходит пищеварительную систему транзитом, но часть метаболизирует при участии микрофлоры кишечника и усваивается организмом. Реальная калорийность клетчатки составляет примерно 1,2-1,5 ккал/кг (иногда указывают до 1,9 ккал).

Во время метаболизма клетчатки бактерии в кишечнике могут производить некоторое количество дополнительных питательных веществ и витаминов. Впрочем, для этого они потребляют другие нутриенты, что тоже проявляется в суммарной усвояемости. Насколько сильно это влияет на обменные процессы — предмет текущих исследований, интерес к этой сфере в последние годы очень большой.

В то же время, если продукт, содержащий клетчатку, подвергнуть термической или химической (ферментные препараты) обработке, количество усвоенных калорий может несколько увеличиться. Собственно, в этом одна из ключевых задач кулинарии — сделать съедобным и легко усвояемым то, что таковым не являлось.

В целом, богатые клетчаткой диеты обеспечивают поступление меньшего количества калорий за счет более низкого усвоения питательных веществ. 2000 ккал, обеспеченных за счет жирной, богатой животным белком и рафинированными углеводами пищей и 2000 ккал из вегетарианской диеты, богатой растительной пищей и постными источниками белка обеспечат поступление разного количества нутриентов и калорий в кровоток, даже при сходном составе.

Таким образом, как бы тщательно мы ни рассчитывали поступление калорий и нутриентов, в зависимости от общего характера питания, особенностей состояния здоровья конкретного человека и других факторов, погрешность между тем, что мы думаем о поступающих калориях, и тем, каковы реальные цифры, всегда присутствует.

Означает ли это, что идея рассчитывать поступающие калории лишена смысла? Нет, не означает. Мы можем лишь констатировать, что процесс несколько сложнее, чем некоторые люди думают. Это порой приводит к ошибкам в расчетах, но не отменяет сами расчеты.

Важно понимать несколько ключевых моментов:

у отдельно взятого человека при неизменном состоянии здоровья и без серьезных изменений в диете еда усваивается с примерно стабильной эффективностью;

усвояемость поступающей энергии и калорий не меняется хаотически или как-то так, чтобы объяснить «почему я не худею» или «откуда вдруг взялось лишних пару кг после отпуска», во всех случаях изменения в калорийности рациона намного надежнее показывают картину, чем разные отклонения в расчетах;

усвояемость у разных (здоровых) людей при сходном стиле питания не будет настолько выраженной, чтобы обеспечить разницу в поступлении калорий, достаточную для «ест все и не толстеет, а я от воды поправляюсь, видимо электролиз уже пошел в желудке»; исследования по потребностям человека в тех или иных питательных веществах или микроэлементов проводятся по количеству съеденного, поэтому в нормативах уже учтены вопросы усвоения;

при существенных изменениях в диете, заболеваниях (острых или обострении хронических) желудочно-кишечного тракта усвояемость может меняться, но обычно после выздоровления или нормализации состояния она довольно быстро стабилизируется.

Расход энергии

Можно разделить на несколько составляющих.

Основной метаболизм — минимальное количество энергии, необходимое для того, чтобы организм мог осуществлять основные жизненные процессы, включая дыхание, кровообращение и восстановление тканей. Есть определенные сложности с определением того, что именно включает в себя основной (или базовый) метаболизм, в исследованиях часто происходит измерение метаболизма в покое, эта цифра на 5-15% больше.

Термический эффект пищи (Thermic effect of food - TEF), или специфическое динамическое действие пищи — повышение энергозатрат организма, обусловленное приемом, перевариванием и усвоением пищи.

Простым языком говоря, это та энергия, которая тратится на переработку пищи, а также на дополнительные метаболические процессы, которые происходят после еды (здесь тоже не все просто, ускорение метаболизма происходит на самых ранних этапах пищеварения, а не просто как следствие поступления и обработки пищи, но в данном разговоре эти процессы можно оставить вне поля внимания, вся их сумма и определяется как TEF).

У разных нутриентов термический эффект различный. Самый высокий он у белка и может достигать 20-30% от поступивших с этим белком калорий (порой это описывают как ускорение всего метаболизма на 20-30%, но это неправильно, по крайней мере, пока вы не едите один белок). У углеводов термический эффект ниже, около 5-10%, зависит от вида самих углеводов. Самый низкий TEF у жиров — около 2-3 %.

Это тоже не константа. Например, превращение углеводов в жир (что, правда, происходит крайне редко) или белка в углеводы потребует больших трат энергии, но этим можно пренебречь, т.к. вклад таких особых ситуаций в общие энерготраты будет небольшой.

По этой причине диета с разным соотношением нутриентов имеет разный термический эффект. Так, траты калорий могут быть выше при диете, включающей больше углеводов и белка, по сравнению с более жирной и менее насыщенной белком и углеводами схемой питания.

Это одна из причин успешности белковых диет — при замене каждых 100 ккал углеводов или жиров на белок, вы тратите на 15-20 ккал больше на термический эффект; переходя с низкобелковой на высокобелковую диету вы можете увеличить расход энергии на 50-80 ккал (обычно такая диета еще и более сытная, поэтому потребление энергии падает еще больше). Следует только учитывать, что организм к этому тоже адаптирует, и снижение потребления углеводов может снижать двигательную активность, компенсируя разницу в балансе энергии.

Кстати, разные виды белка тоже имеют разный термический эффект, возможно, нам следует ожидать в будущем узкоспециализированные белковые диеты.

В среднем суммарный термический эффект пищи при обычной западной диете составляет около 10% от общего потребления энергии. Например, если человек употребляет 2500 ккал, то он будет составлять около 250 ккал. Если «сядет» на диету в 1500 ккал, то расходы на TEF снизятся до 150 ккал.

Острая пища может повышать TEF, отсюда рекомендации есть больше перца и горчицы для ускорения потери веса и включение острого перца в добавки для похудения.

Некоторые исследования показывают, что у лиц с резистентностью к инсулину TEF может быть ниже, что, возможно, является одним из звеньев патогенеза ожирения и сахарного диабета 2 типа. Кроме того, TEF снижается с возрастом, что адекватно общему снижению уровня обмена веществ.

Затраты на физическую активность — это та энергия, которая необходима на передвижение тела в пространстве и передвижение различных предметов с его помощью (например, если вы любите 3-4 раза в неделю поднимать тяжелые железные предметы и возвращать их на место в компании других людей, зеркал и железных снарядов).

Здесь принято говорить о затратах энергии на бытовую активность, на тренировки, калории, потраченные после физических нагрузок (отсроченный метаболический эффект упражнений, энергия, которая тратится на восстановление, или дополнительное количество кислорода, которое усваивается на окисление субстратов, в англоязычной литературе известно как excess post-exercise oxygen consumption или EPOC).

Рассмотрение этой темы также достойно отдельной публикации, но в отношении трат энергии бытует много заблуждений. Так, во время тренировок люди тратят обычно не так много калорий, как думают. Еще меньше они тратят на ЕРОС, все надежды про небывалое ускорение метаболизма на многие сутки после тренировок у обычных людей (не профессиональных спортсменов) — это подача желаемого за действительное, увеличение расхода обычно не такое существенное, как хотелось бы (впрочем, при соблюдении некоторых условий при силовых тренировках вклад этого параметра все же может быть заметным). Скажем так, люди, которым очень хотелось бы тратить много калорий на тренировках и после них, обычно не способны на это чисто технически — не имеют достаточно выносливости, силы и общей работоспособности.

А вот на бытовые активности человек может тратить довольно много энергии, если он много двигается (для таких трат в англоязычной литературе есть даже отдельное название — Non-exercise Activity Thermogenesis, NEAT). И на такие траты способны люди даже с выраженным избыточным весом или ожирением, поэтому любые оздоровительные мероприятия начинаются с предложений больше двигаться и ходить пешком, следить за количеством пройденных в день шагов. В то же время, сокращение двигательной активности существенно сказывается на энергетическом балансе современных жителей больших городов и является одной из причин тотального распространения ожирения.

Особенно много калорий уходит в случае, если человек не просто много двигается, а в целом отличается живым темпераментом, суетливостью и беспокойством. К сожалению, такой темперамент в большей степени определяется генетикой, сознательно воспроизвести это довольно сложно.

Стимуляторы (в былые времена помощнее, а сегодня в основном кофеин) в похудательных БАДах применяются с целью увеличения расходов на двигательную активность в быту. Это отчасти имитирует беспокойный темперамент, потому что кофеин не особо помогает фокусироваться, скорее заставляет тратить энергию впустую.

Траты калорий на поддержание постоянной температуры тела

Об этом компоненте энергозатрат следует также говорить отдельно, потому что он может довольно существенно меняться в различных условиях. В холодном, теплом и жарком климате один и тот же человек будет тратить разное количество калорий на поддержание постоянной температуры тела. День на пляже в тени зонтика и день в воде, пусть лишь на пару градусов ниже температуры тела, но обладающей очень высокой теплопроводностью, — и затраты на обогрев тела отличаются весьма существенно. Во время лихорадки при воспалении общий обмен веществ может повыситься на на 10% и даже больше, даже при условии снижения потребления пищи (а значит, и ее термического эффекта).

Можно также упомянуть регуляторные белки класса UCPs (термогенин, разобщающий белок), которые могут определять, какое количество тепла будет высвобождаться при окислении субстратов в митохондриях. У животных, особенно у тех, кто живет в холоде или впадает в спячку, в организме присутствует довольно большое количество бурой жировой ткани, в которой обнаруживается UCP1 протеин, который фактически позволяет обогревать тело за счет окисления в жировой ткани, без сокращения мышц.

У взрослых людей бурой жировой ткани практически нет, но в мышечных и жировых клетках людей обнаружены UCP2 и UCP3 протеины (и другие гомологи, которые нумеруются цифрами 4 и 5), вероятно, они тоже влияют на окисление жиров и работу митохондрий, но этот процесс еще изучается. Особые надежды на эти белки есть у людей, которые пытаются похудеть за счет экстремальных холодовых процедур и закаливания, но научных обоснований для этих чаяний пока немного.

Есть также данные, что физические упражнения могут стимулировать выработку свежеоткрытого гормона ирисина, а он в свою очередь может влиять на структуру жировой ткани, частично превращая обычную в бурую, или на работу разобщающих белков, что в конечном итоге может помогать увеличить расход энергии.

Если для кого-то это станет последним аргументом начать тренировки, или поможет в будущем лучше понять, как упражнения помогают в лечении ожирения и метаболических нарушений, лично я буду не против. Но надеяться на эти механизмы как на существенные, например, при избавлении от лишнего жира не стоит. Фармкомпании, впрочем, вопрос возможности применения ирисина для лечения ожирения поставили на контроль, время покажет, что это может нам дать.

Автор: Олег Терн