физика

Не всички калории са еквивалентни, казват някои специалисти по хранене, тъй като човешкото тяло извлича енергията по различен начин от различните видове храни. Свързана загриженост в тази област е, че съветите за диета, базирани на първия закон на термодинамиката, са неподходящи. Тези твърдения обаче се противопоставят на тези, които изучават човешкия метаболизъм, които посочват експерименти, които показват, че броят на калориите върху опаковките на храните правилно отчита разликите между храните. И двата лагера са съгласни, че термодинамиката е спечелила лоша репутация в диетата, благодарение на определени митове за загуба на тегло, но те не са съгласни дали тази репутация е заслужена.

„Калорията може да не е калория“ бе съобщението от реч на конференцията по физика на хранителните продукти, проведена през януари в Чипинг Кемпдън, Великобритания. Лекторът Андрю Прийс е физик, превърнал се в хранителен терапевт, който работи на непълно работно време за британския изпълнител на сигурността и отбраната QinetiQ. Две глави броколи имат същото съдържание на калории като шоколадово блокче, но те имат различен ефект върху наддаването на тегло, според Preece. Тази калорийна нееквивалентност, казва той, се пренебрегва в хранителните съвети, които се фокусират върху преброяването на калориите и върху енергоспестяването, както е записано в първия закон на термодинамиката.

„Калорията разбира се е калория“, казва Кевин Хол, който се е обучил за физик и в момента провежда експерименти и разработва математически модели за метаболизъм и регулиране на телесното тегло в Националния здравен институт в Мериленд. Хол се съгласява, че различните макронутриенти - мислят мазнините спрямо въглехидратите - имат много различно въздействие върху организма, но той категорично не е съгласен с твърдението на Preece. Ако въпросът е само за броя на калориите, изгорени от тялото, вместо да се съхраняват като мазнини, той е „практически един и същ“ за две храни с еднакъв рейтинг на калории, независимо от съдържанието на мазнини или въглехидрати, казва той.

В експерименти, при които хората се хранят с ястия с идентичен брой калории, но с различно съдържание на въглехидрати и мазнини, резултатите показват, че тялото изгаря почти същото количество енергия. Моделите предсказват същия резултат. „Говорим за разлики от порядъка на [само] десетки калории на ден при хора, чиято диета е строго контролирана“, казва Хол. „Можем доста уверено да кажем, че изглежда няма голям ефект.“ Разбира се, въглехидратите и мазнините влияят на организма по различен начин по много други начини, като например със способността си да засищат, но въздействието им върху телесните мазнини на калория по същество е еднакво.

Моделите на Хол отчитат различните метаболитни реакции, които се случват в тялото, свързани с консумацията на храна и разхода на енергия. Моделите включват термодинамика и са създадени да възпроизвеждат експериментите, които той и неговият екип провеждат в лабораторията. Намаляването на броя на въглехидратите в диетата например кара тялото да произвежда глюкоза от невъглехидратни източници, като глицерола, който се съдържа в мастната тъкан и в някои аминокиселини. Всички тези различни реакционни пътища могат да бъдат наблюдавани с помощта на радиоактивни проследяващи вещества, което позволява на изследователите да определят точно как метаболитните пътища и консумацията на енергия се променят с диетичния състав.

Прилагат ли се законите на термодинамиката върху човешкото тяло?

На пръв поглед законите на термодинамиката могат да изглеждат неподходящи за моделиране на енергийни потоци през човешкото тяло, тъй като тялото не е затворена, изолирана система. „Живите организми не са в равновесие“, така че термодинамиката не е от значение, казва Ричард Файнман, биохимик от Държавния университет в Ню Йорк, здравен и научен център в Бруклин, който също се съгласява с точката „калориите не са калории“ -поглед. Той твърди, че дори ако пътищата на окисляване за различни макронутриенти използват една и съща обща енергия, те пак генерират различни количества работа и топлина и по този начин техните калории са нееквивалентни.

Този аргумент е погрешен, казва Дейл Шьолер, който изучава метаболизма и храненето в Университета на Уисконсин в Мадисън. Той отбелязва, че експериментите за човешко хранене, проведени за определяне на съдържанието на калории в храните, са фактори във вариации в начина, по който тялото се справя с различни макронутриенти. Тези числа са тези, използвани за изчисляване на стойностите, които се появяват например отстрани на кутиите за зърнени култури. „Не е перфектно число; варира с няколко процента между индивидите поради разликите в техния метаболизъм “, казва Schoeller. Но е близо до това да бъдеш забелязан.

Експериментите за хранене също ефективно третират тялото като затворена система, като измерват всички енергийни входове и изходи, генерирана топлина и свършена работа. Пътищата са сложни, но ако ги измервате правилно и ги отчитате в модели, тогава законите на термодинамиката се вписват, казва Хол.

„Разбира се, законите на термодинамиката се отнасят напълно за живите организми“, казва Марко Джусуп, физик от Токийския технологичен институт, който разработва модели за описване на безброй биологични и екологични пъзели, от разпространението на маларията до растежа на червения тон. Неговите модели за живота на риба тон, например, използват аргументи за енергиен баланс от термодинамиката, за да предскажат успешно темповете на растеж и възпроизводство на рибата, докато тя се превръща от ембрион в възрастен човек.

Митът за калориите 3500

Джусуп не разбира защо се води спор дали законите на термодинамиката се прилагат за хората, но той признава, че трябва да се внимава, когато се използват законите, за да се правят прогнози. „Използването им за предоставяне на диетични или хранителни съвети в известен смисъл прилича на използването на стенен часовник за измерване на милисекунди“, казва той. Хол повтаря това чувство, като казва, че прилагането на законите на термодинамиката към съветите за отслабване може да доведе до объркване. Той подчертава „правилото за 3500 калории“ като типичен случай. Прийс също спомена това правило като източник на загриженост.

Правилото за 3500 калории, залегнало в учебниците по хранене и уебсайтовете за диети, гласи, че на всеки 3500 калории, които сте отделили от диетата си, ще загубите половин килограм телесни мазнини. Но данните не съвпадат и този неуспех накара някои да поставят под съмнение валидността на който и да е модел на хранене или загуба на тегло, включващ икономия на енергия.

Правилото за 3500 калории произхожда от работа на американския лекар Макс Вишнофски. През 1958 г. той изчислява, че количеството енергия, съхранявано в килограм мастна тъкан, е приблизително 3500 калории [1], което след това твърди, че е количеството, на което човек трябва да се откаже, за да отдели половин килограм мазнина. Но има два проблема с това мислене, казва Хол. Първо, изчислението предполага, че само мазнините изчезват, когато отслабнете, което е невярно. Второ, приема се, че енергийните разходи на тялото остават постоянни, докато проучванията показват, че тялото се адаптира към по-лекия си товар, като изгаря по-малко калории. Трябва да намалите нарастващия брой калории, за да загубите всеки допълнителен килограм.

Хол смята, че правилото е придобило сила, тъй като е лесно за запомняне и, в рамките на няколко седмици, прогнозите грубо изчезват. „Хората обичат простотата“, казва Хол.

Хол казва, че той и други са постигнали напредък в обучението на лекари и диетолози за еквивалентността на калориите от различни макронутриенти, както и за правилото за 3500 калории. Например, те са разработили инструменти, които позволяват на лекарите да правят по-точни прогнози. Софтуерът на Hall, NIH Planner за телесно тегло, кодира опростена версия на неговия модел на енергиен поток и може да се използва от пациентите, за да предскаже намаляването на калориите, необходимо за достигане на целевото тегло. „Уебсайтът е използван от милиони хора, така че съобщението излиза навън“, казва той. Но, добавя той, разпространението на диетични митове в широката публика е съвсем различна игра с топка.

Катрин Райт е старши редактор за Физика.

Корекция (29 април 2019 г.): Тази история е актуализирана, тъй като по-ранна версия на текста е публикувана случайно.