Какво представлява принципът „калорията си е калория“ и как той може да промени фигурата ни?

Огромните темпове на увеличаване на епидемията от затлъстяване съвпадна, а може би и стана причина за бързото увеличаване на популярността на различни нисковъглехидратни диети. Тази бърза промяна в хранителни навици на една немалка част от спортистите е необичайна, като се има предвид, че нисковъглехидратните диети са в пряко противоречие с препоръките на много медици и хранителни консултанти. Освен изолирани примери, много малко професионалисти и организации в областта на храненето приемат нисковъглехидратните диети. Една от основните причини за това е тезата за съществуването на феномена „метаболитно предимство“, която привържениците на нисковъглехидратните диети защитават и която повечето специалисти с утвърдена репутация отхвърлят – тезата, че ако един и същ човек се придържа към една от две диети с еднаква енергийна стойност на консумираната храна, той би отслабнал повече от нисковъглехидратната диета.

Има достатъчно на брой публикации в литературата, които третират въпроса за метаболитното предимство и авторите са обобщили резултатите от тези публикации, като са показали, че нисковъглехидратните диети могат да доведат до по-голямо намаляване на телесното тегло, отколкото изокалоричните диети, в които мазнините са сведени до минимум. Повечето от тези публикации често сe посрещат със скептицизма, че данните по тях може и да не са верни, тъй като те биха нарушили законите на термодинамиката. Един от примерите за такава публикация се базира върху едно малко, първоначално проучване върху „метаболитното предимство“, което независимо от предварителния си характер, е било много проведени в добре контролирани условия. В това проучване са били изследвани три групи : Първата група е била на ниско въглехидратна диета (LowCarb), като мъжете са приемали 1800, а жените- 1500 ккал дневно; Втората група е била на диета с ниско съдържание на мазнини (LowFat), като мъжете са приемали 1800, а жените- 1500 ккал дневно; Третата група (LowCarb+300) също е била на нисковъглехидратна диета, но и мъжете, и жените са получавали по 300 ккал дневно повече чрез храната си, отколкото първата група. След определен период средното намаляване на телесното тегло е било 10,45 кг. за LowCarb, 9,1 кг за LowFat и 7,73 кг. за третата група. Това проучване е предизвикало голям интерес в западната популярна преса, но коментарите, които най-често е предизвикало, са били “ Но това няма смисъл, нали !?“ и “ Тези резултати нарушават втория закон на термодинамиката“ и „Калорията си е калория“. Така или иначе обаче този метаболитен ефект е бил наблюдаван. При отсъствие на откриваема методологическа грешка, експерименталните резултати трябва да бъдат приети.

Какво се има предвид под „калорията си е калория“? Най-честият смисъл, който се влага в този израз е, че е невъзможно две изокалорични диети (диети, които са еднакви по стойността на калориите, които осигуряват) да доведат до различна загуба в теглото при еднакви други условия. Често това твърдение се свързва със „законите на термодинамиката“, но никога не се посочва точно защо. А сега – малко термодинамика. Концепцията „калорията си е калория“ идва от недоразбиране на законите на термодинамиката. Първият закон на термодинамиката е закон за запазване на енергията. Законът гласи, че формата на енергията може да се променя, но енергията никога не се „губи“. Вторият закон е закон за разсейването, дисипацията : той дефинира една величина – ентропия, S, която традиционно се свързва със степента на безпорядък, или с висока вероятност. Втория закон гласи, че в кой да е /реален/ необратим процес, ентропията, тоест безпорядъка винаги нараства (S>0) и че не се очаква достигането на равновесието. По този начин ентропията всъщност е израз на необратимостта на този процес. Важно е да се разбере, че вторият закон на термодинамиката е този, който „движи“ химичните, а в това число и биохимичните реакции. Първият закон ни казва, че сбора от енергиите нужни за работа, топлина и промени в химическия състав при една химична реакция остава постоянен, но не ни казва дали тази химическа реакция ще се осъществи, или пък – ако е вероятна – какво ще е относителното разпределение на формите на енергията при протичането й. За да предскажем вероятността една реакция да се осъществи, трябва да имаме предвид втория закон на термодинамиката, който казва, че ентропията трябва винаги да нараства. При постоянна температура и налягане, ентропийните и енергетични ефекти от една реакция се комбинират в промяна на т.нар. свободна енергия на Гибс, G. Това, дали промяната на G е с положителен или отрицателен знак показва посоката на реакцията, а разликата в стойността на G преди и след осъществяването на реакцията показва максималното количество работа, което може да се осъществи посредством тази реакция.

Защо ни е от полза разбирането на понятието „Свободна енергия на Гибс“? Принципът „калорията си е калория“, и по точно това, че добивът на енергия би могъл да бъде независим от метаболитния път и би бил еднакъв за всички диети всъщност означава, че въглехидратите и протеините са напълно еднакви, взаимнозаменяеми „горива“ за клетката.

Диаграмата отразява традиционните схващания в областта на храненето и показва, че тъй като свободната енергия е функция на състоянието (тоест не зависи от междинните етапи, а само от началното и крайното състояние), то би трябвало разлика G1 за път 1 да бъде равна на сумата от разлика G3 и разлика G2. Ако стойностите на разлика G1 и разлика G2 бъдат определени чрез използване на калориметър (това е уред, чрез който се отчита топлината, която се отделя в или приема от околната среда при протичането на химична реакция), се вижда, че те са приблизително равни ( 4 ккал/гр., като е внесена корекция в път 1 заради синтезата на урея от протеините). Това означава, че разлика G3 , тоест разликата в свободната енергия при превръщането на протеините във въглехидрати / също коригирана/ би трябвало да бъде приблизително равна на нула. Съществува поне един случай обаче, в който това не е вярно – това е глюконеогенезата от аланин ), при която за превръщането на една молекула аланин в една молекула глюкоза се изразходват 6 АТФ и при което разликата в стойността на G е доста различна от нула (около -500 kJ/mol). Естествено, свободните енергии зависят от концентрациите на реагиращите вещества, така че, в една жива система стойностите ще се различават от стандартните, получени при лабораторни условия, но може да се очаква, че ще има много случаи, в които при превръщането на протеини във въглехидрати разлика G3 (виж Фиг.1) – ще е различна от нула. С други думи – това да приемем, че протеините и въглехидратите са енергетично аналогични води до противоречие.

Неефективността на биологичните машини и връзката й с отслабването. Вторият закон на термодинамиката е бил изнамерен в контекста на индустриалната революция при опитите да се открие метод за оценка на ефективността на машините. Законът описва теоретичните граници на ефективнотта на двигателите, но се отнася и до живите / необратимите/ системи. Вторият закон казва, че нито една машина няма коефицент на полезно действие, равен на 100. Една част от наличната енергия се губи като топлина и във вътрешно пренареждане на структурата на химичните съединения , а друга се превръща в ентропия (хаос). С други думи, въпреки че Първият закон важи дори и за необратими системи – енергията се запазва, то Вторият закон казва, че една част от енергията се губи, една част от нея НЕ Е възобновима. Ефикасността на една машина зависи от това как работи самата машина, а за една биохимична машина, каквато е човекът, и от естеството на използваното „гориво“ и процесите, които протичат в организма. Един доста прост пример е неефикастността на нискооктановия бензин в бензинови двигатели с високо налягане. Ако принципът „калорията си е калория“ беше верен, то никой не би плащал повече за бензин с по-голямо октаново число /т.е. стойностите, показвани от калориметъра за ниско- и високооктановия бензин биха били едни и същи/. Когато говорим за диети за отслабване, подобна „неефикастност на машината“ е всъщност желателна и е свързана с нивата на хормоните и активността на ензимните системи в тялото.

Ефикасност на усвояване на хранителните вещества и термогенеза. Един от аспектите на „неефикастността на машината“ на човешкото тяло се проявява в храненето и се измерва посредством термогенезата (термичен ефект от храненето), тоест топлината, отделяна при обработката на храната от организма. Има много публикации по тази тема и се приема, че термичния ефект на основните вещества, доставяни в организма чрез храната (тоест количеството калории от храната, които организма не може да усвои и които се отделят под формата на топлина), е следния : 2-3% за липидите, 6-8% за въглехидратите и 25-30% за протеините. Интересното е, че тези данни дори сами по себе са достатъчни да обяснят феномена „метаболитното предимство“. Направени са изчисления на количеството ефективна енергия, която тялото може да използва при диета, осигуряваща 2000ккал, като се приемат усреднени стойности на термичния ефект – 2.5, 7 и 27.5 % съответно за мазнини, въглехидрати и протеини . Така при съотношение в храната ни на въглехидрати:мазнини:белтъчини съответно 55 към 30 към 15 части / което е най-често препоръчваното съотношение на тези съставки в храната ни/, се изчислява, че количеството ефективна енергия , което може да се получим, е 1848 ккал. От това изходно съотношение се съставят множество нови, като количеството на въглехидратите прогресивно се намалява, а количеството калории, които иззетите от диетата въглехидрати биха осигурили, се осигурява поравно от увеличеното количество протеини и мазнини в храната.

Количеството калории, загубени поради термогенеза нарастват с намаляването на количеството на въгхлехидрати в храната и достигат 100 ккал при 21% въглехидрати. Точно тази стойност – 100 ккал по-малко на ден, се препоръчва от множество специалисти като идеална, ако искаме да отслабнем трайно и здравословно. Важно е да се отбележи, че при 8% въглехидрати в храната / процент, препоръчван в ранната фаза на диетата на Аткинс/, за термогенеза се изразходват дори 140 ккал ! Естествено, ще се появи и метаболитно нагаждане и никой не може със сигурност да твърди, че тези стойности ще останат същите при една по-дългосрочна Аткинсова или друга нисковъглехидратна диета, но изчисленията показват, че ВЪЗМОЖНОСТТА феномена „метаболитно предимство“ да се случва, съществува. Най-честата препоръка за борба със затлъстяването е леко намаляване на количеството приемани калории за деня. Като се има предвид обаче силната устойчивост на стабилните системи, каквато е и организма , към малки промени, е все повече под въпрос дали това е най-добрата възможна стратегия.

Независимо от това, ако сериозно сме си поставили за цел да отслабнем и ако това може да се постигне чрез една проста промяна на съотношението на съставките в храната, която обичайно приемаме, то един подобен метод си струва да бъде разгледан по-обстойно. Изложението дотук показва, че това е възможно. Наш остава избора да приложим науката в ежедневната ни спортна практика, като не забряваме, че чрез освен като източник на енергия, богатата на въглехидрати храна като плодове и зеленчуци е и важен източник на витамини и соли.

Адаптирано по „A calorie is a calorie“ violates the second law of thermodynamics“ Richard D Feinman and Eugene J Fine, Nutrition Journal 2004, 3:9

Автор на статията: