Для тех, кто свято верует в то, что человеческий организм не печка, что калории в нем не «сжигаются, что подсчет калорий не нужен, вреден, не полезен, публикуем пост Олега Терна, в котором очень тщательно разбирается вопрос, почему–таки человек–печка, и почему подсчет калорий это лучший способ похудеть.
Судя по последним данным некоторые базовые вещи, без которых подходить к диетологии — все равно, что проектировать космический корабль не имея представления о математике, не всем понятны. Некоторые этим даже гордятся, хотя я бы не стал. Для тех, кто хочет понимать, что отвечать, когда кто–то лихо и самозабвенно утверждает, что «человек не печка» традиционные многобукв.
В выпуске: Бек ту скул для тех, кто все проспал – огненное шоу с даблчизбургером, кокаколой и маленькой картошкой – наука снова победила безграмотность и невежество – синоптики отдыхают пока остальные худеют.
Для начала, пара моментов для тех, кто прогуливал физику с химией.
Первое – что такое главная фигурантка обсуждения.
Калория (кал, cal) — внесистемная единица количества работы и энергии, равная количеству тепла, необходимого для нагревания 1 грамма воды на 1 К (Кельвин – мера температуры) при стандартном атмосферном давлении 101,325 кПа.
Раньше калория широко использовалась для измерения энергии, работы и теплоты. Сейчас эта единица измерения используется главным образом в двух направлениях – для измерения количества тепла, произведенного или потребленного каким–то оборудованием, в основном в коммунальных хозяйствах (тепло батарей меряют в гигакалориях, следующей зимой можете пойти расспросить в ЖЕКе насчет того, достаточно ли тепла выдают ваши батареи, при упоминании калорий они обычно начинают нервничать); а также в знакомых нам вопросах – при подсчете калорийности продуктов и работы, совершенной человеком. {banner_st-d-1}
Еще один важный момент, который почему–то все упорно игнорируют – законы сохранения.
Это фундаментальные физические законы, согласно которым некоторое свойство замкнутой системы остается неизменным при каких–либо изменениях в системе. Самыми важными являются законы сохранения вещества и энергии.
Закон сохранения вещества утверждает, что вещество не создается и не разрушается; при химических превращениях общая масса остается неизменной. Общее количество энергии в системе также остается неизменным; энергия только преобразуется из одной формы в другую. (Есть еще законы сохранения импульса, электрического заряда и прочее).
Законы сохранения вещества и энергии не совсем точны – при некоторых условиях вещество может превращаться в энергию и наоборот, но к человеческому организму это не имеет отношения, по крайней мере пока он не попал в зону термоядерного синтеза, или же не разогнался до скорости света. Правда, некоторые сумасшедшие праноеды думают, что Е=МС2 это про них.
Дальше больше. Вспомним про межатомные связи в органических молекулах. Знаю, что до этого дочитали немногие, и они будут вознаграждены первой картинкой и словом, которое могло разрядить скучный урок биохимии – спирт. Давайте вспомним формулу спирта, любимого, этилового, того самого С2Н5ОН. Его молекулу можно представить двумя способами:
На второй картинке вы видите горизонтальные и вертикальные палочки – это те самые упомянутые межатомные связи, которые удерживают атомы в молекуле. В них заключена потенциальная энергия – если каким–то образом эти связи расщепить, например, сжечь спирт в присутствии кислорода с образованием новых молекул – углекислого газа и воды (СО2 и Н2О), то избыточная энергия вырвется наружу и будет выделена в виде тепла.
Несложно понять, что если на входе мы имеем молекулу спирта и три молекулы кислорода, а на выходе 2 молекулы углекислого газа и три молекулы воды (неизменное количество вещества), то и количество выделившейся в такой реакции энергии, как бы мы не извращались, будет одинаковым по закону сохранения. Что бы мы ни делали – вводили в реакцию катализаторы, сжигали спирт в печи или с помощью спичек, проводили многоступенчатые биохимические превращения – в любом случае, в этой реакции количество энергии выделится одинаковое.
Что же происходит с молекулой спирта в организме? Почитайте на досуге, полезно для общего развития и чтобы детям объяснять что такое алкоголизм. Спирт в организме превращается довольно сложно и в несколько этапов, но в конечном итоге расщепляется до воды и углекислого газа при участии кислорода. Так сколько же энергии может быть выделено в результате таких реакций? Столько же, сколько и при его сжигании в печи, столько, сколько может выделиться при расщеплении межатомных связей и образовании новых.
Итак, мы выяснили, что если какое–то органическое вещество сжечь до конечных продуктов – воды, углекислого газа и других веществ (например, окиси азота или серы, если жечь аминокислоты, в которых они содержатся) в присутствии кислорода, то выделяется какое–то количество энергии, которое можно измерять в калориях. Это количество определяется количеством межатомных связей, которые участвовали в процессе окисления – именно из них выделялась энергия, т.к. количество вещества остается неизменным (количество атомов – углерода, водорода, кислорода и т.д.). И во всех ситуациях, где бы ни происходило окисление молекулы, количество этой энергии выделяется одинаковое.
Для того, чтобы выяснить какое количество энергии (тепла) может быть выделено из этих молекул, в свое время действительно в печах сжигали при высокой температуре различные питательные вещества и узнавали сколько калорий будет выделено. Сегодня никто уже не сжигает гамбургер, кока–колу и маленькую картошку фри в печке, чтобы узнать сколько в них калорий – это весело, но ученые не только веселятся на своей работе, как многие думают. {banner_st-d-2}
Исследуемый продукт подвергают химическому анализу и выясняют, сколько в нем содержится белков, жиров, углеводов и других веществ. Так, количество белков определяют по белковому азоту (продукт в присутствии катализатора сжигают с серной кислотой и измеряют объем выделившегося аммиака). Сахара извлекают этиловым спиртом. Крахмалы растворяют в воде или в солевом растворе – т.д. и т.п. Зная же химический состав продукта, уже чисто арифметически вычисляют его калорийность, исходя из имеющихся по компонентам данных.
При этом, цифры приводят к тому количеству энергии, которое получается при окислении этих питательных веществ в организме – с учетом того, что не все догорает в нашем теле по полной программе. В результате получается, что в организме 1 г белка или углеводов дают примерно 4 ккал; 1 г жиров – 9 ккал (в печи эти цифры несколько отличаются).
Как вы можете заметить, разные по структуре вещества, приведены к одной системе измерения – калориям. А это значит, что мы можем оценивать человеческую бухгалтерию (приход/расход) используя всего лишь одну единицу измерения, и это уже будет довольно четко характеризовать систему в целом.
Теперь о сложностях, которые возникают во всей этой кухне – собственно, что должно иметься в виду, когда говорят заезженную банальность, что человек не печь и устроен сложно. Несколько примеров.
На переработку спирта в организме человека тратится энергия – как и на переработку белков, жиров и углеводов. И каждый из этих компонентов требует разных затрат – так, на переработку белка тратиться процентов на 10–20 больше, чем на переработку жиров или углеводов, поэтому энергии извлечь из белка удается меньше. А еще часть пищевых веществ не переваривается и не усваивается, и покидает наш организм транзитом, хотя на него тоже надо потратить энергию. Учесть даже эти несколько факторов довольно трудно. А есть и другие.
Наше тело тратит энергию на обогрев и на охлаждение. При чем оно одновременно греется и охлаждается. Например, летом мы не смотря на жару продолжаем греть тело, при этом тратим энергию на его охлаждение – потовыделение, дыхание и т.д. Если у человека тиреотоксикоз, то у него повышен обмен веществ, и он тратит на обогрев больше, чем другие люди. Однако, температура тела должна быть нормальной – поэтому и на охлаждение он тратит больше, существенно больше. Надо объяснять почему он будет худее человека с гипотиреозом, когда обмен веществ (отопление) наоборот замедленное? Если пример непонятен, то включите зимой кондиционер, откройте окна и отапливайте квартиру обогревателями хотя бы пару дней – а в следующий месяц получите сюрприз в виде счета за электричество.
Именно набор таких факторов (а их множество) и делает систему плохо предсказуемой. Один человек худеет на 2,5 тыс. калорий, а второй толстеет на 1,5 – парадокс? Вовсе нет, все можно объяснить – но гораздо сложнее предсказать.
Сложно, но можно – по крайней мере и профессионалы и просто опытные люди это делают вполне адекватно – по крайней мере лучше, чем гидрометцентр предсказывает погоду. За счет чего это возможно?
Выводы
Тело хоть и сложный механизм – но это не хаос, а управляемая система. И эта система настроена определенным образом на существование. Продолжая пример с отоплением и охлаждением можно сказать, что есть термостат, который это все регулирует – он находится в гипоталамусе и поддерживает примерно одинаковое состояние организма, в том числе вес. И предсказать его поведение тоже можно – по крайней мере в достаточно продолжительном временном отрезке, если резко не менять условия существования, эти настройки остаются довольно стабильными.
У нас нет адекватных механизмов оценки потраченных телом калорий (мы не можем посадить любого желающего похудеть в камеру, где определяется количество потраченной энергии, как это делалось для оценки разных видов нагрузки – интересно, как измеряли количество потраченных при сексе калорий, при свете или без?; а по таблицам получаются очень уж среднепотолочные значения) – зато мы легко можем сосчитать количество поступивших в тело калорий.
Если вес стабилен, то тело при текущем количестве калорий тратит столько же, сколько и получает. И у нас остается два простых пути – или мы держим калорийность рациона стабильной, но пробуем увеличивать/уменьшать траты калорий, в зависимости от наших нужд, либо, что проще, манипулируем количеством калорий, которые мы можем получить из пищи. Таблицы и расчетные величины нам в помощь – они созданы для того, чтобы мы как–то могли ориентироваться в выборе стратегии, но они не абсолют, т.к. не могут полностью предсказать поведение сложной биологической машинерии человека.
