Журналистка Vox провела сутки в метаболической комнате, одной из 30 существующих в мире.
Метаболическая комната — это дорогостоящий научный инструмент, позволяющий наиболее точно измерить, сколько калорий вы тратите и потребляете. Таких комнат в мире всего 30. Мы перевели для читателей Зожника репортаж о том, как она работает.
Когда ученые скармливают подопытным мышам «джанк» еду, они наблюдают, что только часть особей переедают и полнеют, в то время как другие — остаются нормального размера. Примерно то же самое происходит и с людьми.
Мир наполнился доступными калориями и из-за этого средний уровень ожирения заметно вырос (с 1% в 1950-м до 28% — в 2018-м — прим. Зожника). Однако не все, кто ест вдоволь, полнеют, и не все, кто полнеют, зарабатывают такие болезни, как диабет или сердечные заболевания (хотя при полноте средние риски сильно возрастают). Индивидуальные различия в метаболизме могут быть довольно значимыми.
Лучший способ найти ответы лично для себя — посетить специальную комнату размером 3,3 х 3,5 метра в окрестностях Вашингтона. Этим летом я провела в такой метаболической комнате сутки, одна из 100 пациентов, которых исследуют там за год.
Как устроена метаболическая комната
В метаболической комнате National Institutes of Health (NIH) очень минималистично: есть только велотренажер, туалет и кровать. Я провела в ней 23 часа, в то время как медицинский персонал наблюдал за мной через плексигласовую перегородку и видеокамеру в потолке.
Слово заключенному в одиночной камере еду мне передавали через окошко, точнее через специальный герметичный шлюз. А поскольку ученые подсчитывают каждую калорию, то все остатки еды до грамма должны быть взвешены и подсчитаны.
На мне было зафиксирован монитор пульса и 3 акселерометра: на запястье, талии, лодыжке — чтобы измерять каждый удар сердца и движение.
В мире есть всего около 30 метаболических комнат и в NIH их есть целых 3 штуки. Этот многомиллионный научный инструмент — золотой стандарт точного измерения метаболизма. С помощью метаболической комнаты ученые измеряют, как тела испытуемых реагируют на потребление калорий.
Мое посещение метаболической комнаты было приурочено к исследованию фенотипов ожирения, я выступала в качестве представителя «контрольной» группы. Но мне, скорее, были интересны выводы лично про меня.
Мои братья с детства уплетали много фастфуда и не полнели, мой муж съедает кажется тонны пасты и остается стройным, я же все время занимаюсь борьбой с калориями. И у меня закрались сомнения в том, что у меня «медленный» метаболизм и захотелось получить научные обоснования, почему мне так сложно удерживать нужный мне вес.
Быть «заключенной» в метаболической комнате — счастливый случай, чтобы получить точные ответы на свои вопросы.
И день в метаболической комнате показал, что глубину моего непонимания о том, как устроен мой метаболизм, основанных на типичных мифах.
Метаболизм: основы
Многие продолжают думать, что метаболизм — это что-то такое, что можно «разогнать» с помощью «бустеров метаболизма», лекарств, специальных продуктов или диеты. В реальности метаболизм — это тысячи химических реакций по превращению энергии, которую мы потребляем в виде еды, в топливо для клеток нашего тела. Эти реакции меняются в зависимости от условий среды или поведения, и мало зависят от нашего желания и контроля.
Тело тратит калории на три основных направления: 1. Базальный (базовый метаболизм) — работа сердца, легких, печени, мозга и всех прочих органов и клеток. 2. Термический эффект пищи — затраты на переваривание и расщепление поступающей еды. 3. Затраты на физическую активность — ходьбу, упражнения, в целом на любую активность.
Так вот на всю физическую активность для большинства людей приходится лишь только 10-30% — в зависимости от уровня активности человека.
Можно предсказать, каков будет уровень метаболизма человека на основе размеров тела, доли мышц и жира, возраста, пола (женщины склонны тратить чуть меньше ккал), а также генетики. Более высокий уровень метаболизма означает, что тело будет сжигать больше ккал, но в любом случае, если потреблять калорий, чем требует активность тела, вес будет расти.
История метаболической комнаты
В начале 17 века итальянский доктор Санторио Санкториус (один из первых, кто начал исследовать метаболизм) провел один из первых экспериментов на тему человеческого метаболизма.
Он изобрел «статический стул-весы», чтобы взвешивать себя до и после еды, сна, туалета и даже секса. Он зафиксировал колебания массы тела и предположил, что это может быть «неощутимым потоотделением».
Через сто лет французский химик Антуан Лавуазье использовал для тех же целей «ледяной калориметр». Он измерял, с какой скоростью тает лёд вокруг клеток с животными и делал выводы, что тепло выделяемое животными или людьми имеет отношение к объему затрат энергии.
Современная метаболическая комната, по сути, по сути развитие идей и опытов Санкториуса и Лавуазье. За годы исследований ученые выяснили, по количеству потребленного кислорода и выделенного углекислого газа зависит то, с какой скоростью мы используем запасы энергии (тратим калории). Измерение изменения концентрации этих газов в герметичном пространстве позволяет точно измерить особенности персонального метаболизма.
Метаболическая комната и мифы
Метаболическую комнату по другому можно назвать «комната-калориметр» — это самый точный прибор для поминутного измерения состава газов в воздухе комнаты.
Три комнаты в Национальном институте здоровья (NIH) запустили в 2007 году, чтобы сфокусировать научные исследования на противодействии эпидемии ожирения, к которой причастны около трети населения Земли. Около 18 ученых постоянно используют эти комнаты для проведения в общей сложности около 400 исследований в год.
Исследования в метаболических комнатах помогли ученым понять, насколько адаптивен метаболизм, как он работает и как связан с аппетитом, композицией тела, физической активностью.
К примеру, давая людям специальное лекарство, которое выводило из организма (через мочу) в среднем 360 ккал в день, они выяснили (исследование), что эта потеря калорий компенсируется телом за счет повышения аппетита и люди просто съедают больше.
Еще один результат исследований: понижение температуры воздуха во время сна заставляет тело аккумулировать больше бурого жира (жировая ткань, ответственная за производство тепла) и жечь больше калорий (исследование). Любопытно, что когда они наоборот подвергали людей сну в при высокой температуре воздуха, результаты были обратные — тела меньше жгли калорий.
Еще в одном заметном исследовании участников шоу Biggest Loser (шоу по потере веса) ученые исследовали 14 участников сразу после 30-недельного испытания по потере веса и спустя 6 лет. Ученые выяснили, что метаболизм участников замедлился и в целом их тела стремились к потреблению калорий, которые они ели до этого долгое время.
Единый вывод, который можно сделать из приведенных примеров: наш метаболизм незаметно подстраивается под условия среды самыми разными путями. Грубо говоря, при снижении поступления калорий, он снижает и затраты калорий (метаболизм замедляется) и параллельно ищет пути повышения поступления калорий (повышение аппетита) и т.п.
Что касается диет, то ученые опровергли, что тело сжигает больше жира на кето-диете (много жира и мало углеводов) по сравнению диетой с большим количеством углеводов, несмотря на весь хайп вокруг кето.
«Мы могли предположить, что если мы урезаем потребление углеводов, мы потеряем больше жира за счет того, что больше энергии будет браться из его окисления. Но тело очень быстро подстраивается под тип топлива, который в него поступает», — говорит Кевин Холл, ученый, исследующий ожирение.
Еще один общий вывод из исследований: что не бывает волшебной, максимально эффективной диеты для жиросжигания.
Метаболические загадки, которые не объяснены
Но многие метаболические мифы не объяснены. Например, до конца неизвестно, почему 2 человека с одинаковыми размерами и композицией тела имеют разный уровень метаболизма (сжигают разное количество калорий при одинаковых условиях). Также не объяснены до конца разные метаболические реакции на одинаковые условия: например, у некоторых людей с ожирением развивается инсулинорезистентность и диабет, а у некоторых — нет. Они также пока не выяснили, почему у некоторых этнических групп (темнокожие и азиаты) уровень развития диабета — выше.
Ученые также пока не выяснили механизмы, как мозг понимает, что изменился вес тела и вносит коррективы в уровень метаболизма. «Если бы мы досконально знали, как мозг определяет вес тела и регулирует сжигание калорий, мы могли бы поменять эти настройки, чтобы помочь больному ожирением сжигать больше калорий» — говорит ученый Арон Сайпес.
Он исследует возможность создания препарата, который делает то же самое, что делает холодный воздух — помогает сжигать больше калорий.
Как измеряли мой личный метаболизм
Мой личный вклад в эти исследования — принять участие в ряде физических тестов (от измерения давления до ЭКГ) и провести сутки в метаболической комнате. Кроме непосредственно наблюдения за тем, сколько я двигаюсь и сколько и что именно ем, ученые с высокой точностью и поминутно измерят, сколько калорий я сжигала и за счет чего именно (в какой пропорции сжигались белки, жиры и углеводы).
В ответ я получу уникальные и высокоточные данные о том, как работает мое тело, которые невозможно получить точнее.
Измерения перед сутками в метаболической комнате.
Мне 34 года, рост 175 см, вес крутится около 68 кг, мой ИМТ — в норме (индекс массы тела, вот как его посчитать ИМТ). Но в детстве я была полноватым ребенком, любила сладкое и жирное больше, чем кто-либо в моей семье. Подростком и после 20 лет я билась с лишним весом. Потом я переехала в Италию и баловала себя пиццей, карпаччо, мороженым. Меня разнесло и я вернулась через год домой в Канаду подавленная состоянием своего тела. Меня накрыло депрессией и мне понадобилось несколько лет на то, чтобы приступить к процессу похудения.
Я долго верила в то, что годы с лишним весом посеяли хаос в моем теле: например, я была уверена, что «мой метаболизм замедлился» и это и стало причиной того, что я набрала и не могу сбросить лишний вес. Хорошо, что я ошибалась.
В метаболической комнате я ела, отдыхала и крутила педали велотренажера 30 минут — все по строгому расписанию. Я также записывала все свои активности — когда и сколько я стояла, лежала, сидела, читала, крутила педали — чтобы ученые дополнили свои наблюдения.
Перед обедом в метаболической комнате, понаблюдать за процессом зашел Конг Чен, ученый в Национальном институте здоровья (NIH) и поздоровался со мной через плексигласовое окно и поинтересовался, как я себя чувствую.
Мне было на удивление комфортно в маленькой замкнутой комнате. Я попросила его рассказать, как именно комната измеряет сжигание калорий.
Чен — доктор в биоинженерии — рассказал, что метаболическая комната практически герметична, с фиксированным уровнем кислорода и углекислого газа. С помощью точного прибора, встроенного в потолок, и через который проходит весь воздух комнаты, каждую минуту измеряется количество потребленного моим телом кислорода и выпущенного углекислого газа.
Мы потребляем энергию в форме калорий (в виде белков, углеводов или жиров), но чтобы «употребить» эти калории телу нужно их окислить («окисление» и есть сжигание, процесс с выделением энергии), то есть телу для этого нужен кислород. Кислород, который содержится во вдыхаемом воздухе, участвует в окислении различных химических соединений, превращая их в том числе в энергию, необходимую телу. Побочный продукт этого процесса — углекислый газ (СО2).
Еду в метаболическую комнату во время эксперимента передают через специальные шлюзы.
Когда воздух из комнаты высасывается и проходит через прибор — газоанализаторы измеряют все, что выдыхает человек, находящийся в комнате и поставляют эту информацию в компьютер, где ученые, подставляя известные формулы, вычисляют сколько точно калорий сожжено и в какой пропорции разные типы топлива был оксилены.
Количество выпущенного телом углекислого газа и изменение пропорций углекислого газа и кислорода показывают также и то, откуда эти калории были извлечены — из белков, углеводов или жиров.
Приборы комнаты довольно чувствительны к малейшим изменениям и позволяют заметить изменение затрат калорий на 1,5-2% за 24 часа, его ни один другой прибор пока не позволяет. «Мы можем например, измерять малейшие действия на метаболизм того или иного лекарства» — гордится доктор Чен.
Доктор Чен проводит осмотр перед сутками в метаболической комнате.
Еще один весьма точный метод: «метод двойной метки воды» (подробнее можете прочесть в посте у Дмитрия Пикуля) — связан с потреблением особой «помеченной» тяжелым изотопом водорода (2H) и тяжелым кислородом (18O). Поскольку эти изотопы очень редко встречаются в теле, ученые могут посчитать, насколько быстро эти изотопы покинут тело с мочой (сделав соответствующий анализ урины). И хотя точность этого метода довольно высока, все равно он может отследить изменения в уровне метаболизма на сроке 7-10 дней с погрешностью в 5%, что в 2-3 раза менее точно, чем метаболическая комната.
Но даже небольшие изменения в метаболизме важны, даже разница в пределах 100 ккал в день на длительном периоде в несколько лет может превратиться в несколько лишних килограммов в виде жира (читайте про правило «3500 ккал = 0,5 кг веса»).
Доктор Чен сам был одним из первых испытателей метаболической комнаты: «Я обнаружил, что у меня более-менее усредненный уровень метаболизма. И мне, как и большинству людей, следует следить за тем, что и сколько я ем, чтобы не набирать лишний вес. Я не из тех, кто может есть, сколько хочет, и не набирать вес».
«Вы в полном порядке»
На следующее утро я проснулась немного уставшей и измотанной, после 6 часов неглубокого сна. Меня выпустили и я была выйти через тяжелую стальную дверь и оказаться на свежем воздухе.
Мне напомнили, чтобы я каждый день собирала мочу для анализа помеченной воды, чтобы включить эти данные в исследование моего метаболизма, я также продолжила носить 3 акселерометра для точного измерения моей активности. Эти данные помогут ученым понять мой обычный средний уровень расхода калорий в обычном режиме жизни за пределами исследовательского центра.
Спустя несколько недель я получила данные. Доктор Холл сказал «судя по результатам, вы в совершенно нормальны». Мой уровень метаболизма совпадал с типичными прогнозами для человека моего возраста, пола, высоты и веса. Другими словами, у меня не был «замедленный метаболизм». Я сжигала 2330 ккал в сутки в метаболической комнате, из этих калорий большую часть (более 1400 ккал / сутки) — составлял мой базовый метаболизм (затраты, которые тело несет на поддержание базовой жизнедеятельности — работу сердца, легких, печени и т.п., подробнее — «На что тело тратит калории«).
Поминутные затраты калорий по часам. (Мы полагаем, что в этом графике речь идет о затратах калорий поверх базового метаболизма, на который тратится около 2/3 калорий — прим. Зожника).
Для сравнения: за 90 минут занятия на велотренажере я потратила только 405 ккал (17% от всех калорий за сутки и меньше, чем обещает реклама занятий по сайклингу).
Другие мои биомаркеры — уровень частоты сердечных сокращений, уровень холестерина, кровяное давление — были в порядке и не предвещали рисков, которые я полагала, что могла заполучить за годы ожирения.
Кстати, уровень затрат калорий во время сна — всего лишь на 5% ниже, чем когда вы отдыхаете в сознании.
Еще одно любопытное наблюдение: считалось, что во время решения сложной умственной задачи мозг тратит больше калорий по сравнению, например, с просмотром телепередачи. Но доктор Холл сказал, что все их наблюдения опровергают этот миф — затраты энергии мозгом примерно на одном уровне и наш мозг всегда активен, даже во сне.
Что касается поступления калорий, за день в метаболической комнате я употребила 1850 ккал (18% в виде протеина, 36% — жирами и 46% — углеводами) — из 2250 ккал, которые мне предложили. Это значит, что в тот день я испытала дефицит калорий и если бы я продолжила питаться с такой разницей, то теряла бы вес.
Я также обнаружила, что я плохо прогнозирую личное потребление калорий. Заполняя анкету и дневники питания перед исследованием, по моим подсчетам выходило, что я потребляю только 1500-2000 ккал в сутки и я была уверена, что считаю довольно скурпулезно. Но день в метаболической комнате показал, что если бы я действительно потребляла бы столько калорий, то была бы заметно худее, чем сейчас.
Мифы о метаболизме
Некоторые винят в своем лишнем весе «медленный метаболизм», излишнее потребление сахара в частности или углеводов вообще, гормоны и т.д. — хотя они всего лишь не учитывают поступающие в них калории, забывая посчитать все те мелкие добавки, перекусы, питье. Этот казалось бы такой небольшой ежедневный профицит с годами может превращаться в лишние десятки кг.
«Есть такой тип людей, чей адаптивный механизм использует излишек калорий большей частью на повышение общей активности, а не на запасание в виде жировых запасов», – рассказал доктор Холл.
Правда в том, что каждый человек — индивидуален и каждое тело немного по разному реагирует на разное питание, упражнения и нет единого рецепта идеально подходящего каждому.
Метаболическая комната показывает, что несмотря на то, что действительно у разных людей одного размера, структуры тела, пола и возраста может быть разный метаболизм (то есть у кого-то чуть быстрее, у кого-то чуть медленнее) — это не значит, что какой-то «метаболизм» вообще можно назвать «медленным» и как будто его можно как-то «разогнать».
Источник: vox.com
Читайте также на Зожнике:
Как похудеть. Базовая статья
Тест: калорийный глазомер. Угадай калории по картинке
Калории на пальцах и картинках
Имеет ли смысл считать калории? Плюсы и минусы закона энергетического баланса
Помогает ли умственная деятельность сжигать калории?