Рождение калорий

Многие ошибочно полагают, что термин «калория» был придуман производителем закусок Snack-Well с низким содержанием жира. На самом деле понятие возникло в начале 1800-х годов и использовалось учеными как единица измерения энергии во всем ее многообразии: тепло, свет, движение и потенциальная энергия химических связей. Химические связи есть в хлебе, мясе, пиве и большинстве других продуктов. В момент сгорания они высвобождают свою потенциальную энергию в виде тепла и света, точно так же, как дрова или бензин.

В 1887 году отец современной диетологии Уилбур Этуотер описал, как потенциальная энергия пищи способна разжечь огонь в горниле человеческого организма:

Энергия солнечного света запечатана в белках, жирах и углеводах, которые мы употребляем в пищу. Сегодня физиологи могут объяснить, как энергия преобразуется в тепло, которым мы согреваем наше тело, и в силу, которая нам необходима для работы и мыслительных процессов.

Этуотер рассматривал энергию как способ глубже познать особенности человеческого тела. Он и его коллеги стали первыми исследователями, которые основательно подсчитали количество калорий в разных продуктах при помощи изобретенного им калориметра.

Если вы захотите узнать степень калорийности сухого завтрака, то прочтите мелкий текст сбоку на коробке. Калории рассчитывают по формулам, которые Этуотер вывел во время экспериментов с потенциальной энергией пищи. Он предложил рассматривать количество калорий в продуктах через призму всех хитросплетений пищеварения и метаболизма. По предложению Этуотера энергетическую ценность измеряют в килокалориях, то есть за одну единицу измерения принимают тысячу калорий.

Этуотер совместно с коллегами сконструировал гигантский калориметр для изучения обменных процессов человека. Внутри этого устройства было достаточно места, чтобы отвечать скромным жизненным потребностям, и испытуемый мог находиться в нем в течение нескольких дней. Система Этуотера оказалась настолько эффективной, что позволила изучить энергообмен внутри человеческого тела с точностью свыше 99 процентов. Оказалось, что человек со стабильным весом потребляет и затрачивает одинаковое количество энергии. Другими словами, если человек не толстеет и не худеет, то он сжигает ровно столько калорий, сколько съедает.

Это утверждение можно представить в виде уравнения энергетического баланса:

Изменение энергии тела = потребляемая энергия – затрачиваемая энергия

Энергия попадает в организм вместе с едой и выводится из него в виде тепла. Организм расходует энергию на процесс обмена веществ, функцию кровообращения, дыхания, переваривание пищи и физическую активность. В период роста энергия используется для развития костей и мышечной ткани. Оставшаяся энергия, которая оказалась лишней после удовлетворения всех потребностей организма, сохраняется в виде жира, иначе говоря накапливается виде адипозной ткани. Это настоящий энергетический склад, чья вместимость неограниченна. Если вы едите больше калорий, чем сжигаете, то они отправляются на хранение прямиком в адипозную ткань. При этом адипозность организма, то есть лишний вес, увеличивается. Все просто и понятно, однако позже мы убедимся, что подоплека не так проста, как может показаться на первый взгляд.

Этуотер открыл, что химическая энергия, содержащаяся в разных продуктах, богатых углеводами, жирами, белками, а также в алкоголе, эффективно преобразовывается в теле. Грубо говоря, все калории сжигаются одинаково в «печи» человеческого тела. В ходе недавних исследований показано, что соотношение жиров, углеводов и белков в пище не влияет на состояние адипозной ткани. В расчет берут только калории. Ученые, проводившие такого рода эксперименты, тщательно подсчитывали потребляемые калории, при этом людям предлагали разнообразное питание с различным содержанием жиров, углеводов и белков. Разнообразие пищи никак не сказывалось на адипозности, невзирая на то, какие цели стояли перед исследователями: снижение, поддержание или набор веса. Эта информация перечеркивает распространенное мнение о том, что продукты с высоким содержанием углеводов и жиров угрожают фигуре сильнее, чем предполагает их энергетическая ценность. От некоторых продуктов человек, безусловно, полнеет быстрее, чем от других. Но это случается главным образом потому, что этих продуктов хочется есть больше, а значит, потреблять больше калорий. Сами продукты не оказывают какого-то особого воздействия на метаболизм.

Разобравшись в этом вопросе, мы можем по-новому записать уравнение энергетического баланса, чтобы оно отразило долгосрочную перспективу изменений в адипозной ткани.

Изменения адипозности = потребляемые калории – сжигаемые калории

Чтобы набрать вес, человеку нужно потреблять больше калорий, а сжигать меньше или и то и другое. Чтобы сбросить лишний вес, нужно есть меньше калорий, а сжигать больше или и то и другое. Формула очень проста, но применить ее для похудения на практике удивительно сложно. Многие из нас знают об этом слишком хорошо.

Если это положение записано верно, то очевидно, что американцы начали потреблять больше калорий и/или сжигать их меньше, поэтому наши фигуры и расползлись. Остановимся на этом подробнее.

Потребляемые калории: как изменились наши отношения с пищей

Чтобы подсчитать потребляемые калории в масштабах целой страны, нужно немало усилий. Однако ученым удалось сделать это тремя разными способами. Первый метод заключается в том, чтобы подсчитать количество производимой пищи, отнять от этой цифры объем экспорта, прибавить объем импорта, попытаться подсчитать количество пищевых отходов и затем по оставшейся сумме сделать заключение о количестве калорий на человека. Второй способ предлагает репрезентативную выборку. Иными словами, спросить у людей, что они едят, и подсчитать калории, основываясь на этих данных. Третий способ – математически смоделировать отношения между весом и потребляемыми калориями и затем использовать эту модель для расчета изменения в потреблении калорий, которое привело к увеличению веса.

Рис. 3. Количество потребляемых калорий взрослым населением США с 1978-го по 2006 год. Данные взяты из отчетов министерства сельского хозяйства США (USDA) с учетом оценки пищевых отходов и доступности продовольствия, из программы Обследование состояния здоровья и питания (NHANES) Центра по контролю и профилактике заболеваний (CDC) и из статьи К. Холла в журнале PLOSOne 4 (2009): е7940. Мы выражаем отдельное спасибо К. Холлу за предоставленные первичные данные.

На рис. 3 показана оценка потребления калорий на основе данных всех трех методов, которые имеют расхождения. Но все три графика схожи в одном. Потребление калорий существенно увеличилось, когда население Америки быстро набрало избыточный вес (218–367 дополнительных килокалорий в день в период с 1978 по 2006 гг.) Исследование, проведенное по третьему способу Кевином Холлом из Национального института здравоохранения США (черный график), пожалуй, наиболее точно отражает количество лишних калорий, которые люди стали потреблять в период эпидемии ожирения: 218 ккал. Примечательно, что этот скачок сам по себе объясняет причину эпидемии в обозначенный период времени без необходимости дополнительно просчитывать уровень физической активности и другие показатели.

Прямо сейчас я чувствую, как вы превращаетесь в скептиков. В одном фунте жира (0,4 кг) содержится 3500 килокалорий. Следовательно, если мы действительно переедали на 218 Ккал ежедневно, то должны были бы набирать фунт жира (0,4 кг) каждые 16 дней, а значит, 23 фунта (10 кг) каждый год. В итоге через 10 лет мы, по идее, смогли бы перемещаться только при помощи автопогрузчика! Несмотря на то что подобными грубыми расчетами пользуются средства массовой информации, представители органов здравоохранения, врачи и даже некоторые крупные исследователи, они не иллюстрируют работу адипозной (жировой) ткани. Холл и его коллеги доказали, что такая оценка изменений в адипозной ткани ошибочна, и серьезные последствия этой ошибки вылились в неправильное отношение к набору и потере веса.

В рамках ошибочного восприятия адипозности мы не принимаем в расчет тот факт, что в связи с изменением объемов тела энергообмен тоже претерпевает изменения. Чтобы лучше это понять, давайте вместо адипозной ткани поговорим о счете в банке. Вы открываете счет, и сумма ваших сбережений составляет 10 000 долл. При ежемесячном доходе в 1000 долл. и ежемесячных затратах в 1000 долл. через год сумма сбережений останется неизменной – 10 000 долл. Теперь представьте, что ваша зарплата увеличилась до 2000 долларов. Поначалу ваш стиль жизнь оставался неизменным, вы по-прежнему тратили 1000 в месяц, а 1000 откладывали. Но постепенно вас начали посещать мысли о покупке нового компьютера или дорогой пары сапог. Вы переезжаете в квартиру с лучшими условиями. Ваш уровень жизни повышается, а значит, увеличиваются и затраты. Через шесть месяцев после повышения вы тратите 1500 долл. в месяц, а через год – все 2000. В течение этого года сумма сбережений на счете росла с постепенно снижающимся темпом до тех пор, пока рост полностью не прекратился. Это случилось, когда доходы сравнялись с расходами. Сумма сбережений на счете достигла плато примерно на отметке 16 000 долларов. Эта цифра будет стабильной до тех пор, пока ваши доходы или расходы не изменятся.

Тот же самый принцип можно применить к адипозности. Когда увеличивается потребление калорий, увеличивается масса тела, которая сжигает калории. По мере того как размеры тела увеличиваются, расход калорий уравнивается с количеством дополнительно потребляемых калорий. Вы достигаете плато. Вы отныне не потребляете больше калорий, чем сжигаете, а значит, ваш вес и степень адипозности стабилизируются на более высокой отметке. Тот же самый эффект плато происходит и в обратном направлении, когда человек снижает количество потребляемых калорий.

Как можно воспользоваться этой информацией на практике? Прежде всего становится понятно, что набрать или сбросить вес можно только через значительные изменения в потреблении калорий.

Если незначительно изменять свою диету, например съедать на один тост меньше обычного, то в адипозной ткани также произойдут некоторые изменения, и жир перестанет бесконтрольно накапливаться. Так возникло новое правило похудения, основанное на научных данных: человеку необходимо потреблять на 10 ккал меньше из расчета на каждый килограмм, которые человек хочет потерять. Пользуясь этим эмпирическим правилом, человек добирается до нужного стабильного веса только через несколько лет, однако большинству такие сроки не подходят. Люди стремятся сильнее урезать калории, чтобы быстрее добраться до желаемого веса, а затем переходят на правило десяти ккал, чтобы поддерживать свою новую форму.

Благодаря этой информации мы можем понять причину горя многих добросовестных людей, которые тщательно соблюдают свою диету: высокое плато потери веса. Человек старательно сокращает количество потребляемых калорий и успешно теряет избыточный вес, но процесс его потери останавливается прежде, чем человек достигает желаемой цели. Даже несмотря на то, что человек продолжает сидеть на той же самой диете, которая до сих пор давала положительные результаты. Эта проблема вполне реальна, и Холл предлагает две возможные причины ее возникновения. В первом случае размер тела уменьшается и ему требуется меньше топлива для поддержания своих функций. Со временем организм перестает страдать от недостатка калорий, и процесс снижения веса останавливается. В другом случае снижение веса приводит к увеличению аппетита, а при таких условиях крайне тяжело придерживаться сниженного количества калорий. Позже я объясню, почему это происходит. Чтобы возобновить потерю веса после выхода на плато, человеку необходимо снова сократить потребление калорий, хотя это весьма непросто осуществить.

Согласно трем независимым методам подсчета мы начали потреблять существенно большее количество калорий в период эпидемии ожирения. Этот фактор можно рассматривать как главную причину появления лишнего веса. Проще говоря, мы прибавили в весе, потому что начали есть больше.

Теперь давайте на минутку отвлечемся. Мы рассматривали недавнее прошлое, потому что оно дает наиболее обширную информацию по адипозности. А что же первая половина XX века? Посмотрите на рис. 4. Я составил график потребления калорий в течение прошлого века на основе предоставленных министерством сельского хозяйства США (второй метод подсчета потребляемых калорий) данных о расходовании продуктов питания. Эти данные не отличаются высокой точностью, зато они хорошо демонстрируют общую тенденцию на протяжении обозначенного времени.

Рис. 4. Количество потребляемых калорий на человека в день в США с 1909 по 2009 год. График составлен на основе данных министерства сельского хозяйства США и службы оценки доступности пищевых продуктов. Мы составили схему, сложив вместе калории, полученные из протеинов, жиров и углеводов, отняли общий процент пищевых отходов 28,8 % с учетом изменения метода оценки жидких масел с 1999 по 2000 годы

Как вы видите, в 1909 году калорий потребляли больше, чем в 1960-м. Хотя, как мы уже выяснили, в 1909 году не было эпидемии ожирения. Но почему?