Bilans energetyczny a kontrola masy ciała

Większość ludzi zdaje sobie sprawę z rosnących na całym świecie wskaźników nadwagi i otyłości. W 2016 roku Światowa Organizacja Zdrowia oszacowała, że 39% dorosłych ludzi na świecie miało nadwagę, a 13% było otyłych. Innymi słowy, ponad połowa (52%) dorosłej ludności świata miała nadwagę lub była otyła. Za główne czynniki przyczyniające się do tego, uważa się nadmiar energii pochodzącej z żywności i napojów oraz niedostateczną aktywność fizyczną. Jednak, jak to ma miejsce w przypadku większości rzeczy w życiu, jest to oczywiście bardziej skomplikowane.

Źródło: Autor, Zdjęcie, Licencja

Energia w żywności i napojach

Energia nie jest sama w sobie składnikiem odżywczym, ale jest potrzebna organizmowi do:

• procesów metabolicznych,
• funkcji fizjologicznych,
• aktywności mięśni,
• wytwarzania ciepła,
• wzrostu,
• i syntezy nowych tkanek.

Głównymi źródłami energii są węglowodany, tłuszcze i białka, a jeśli zdecydujesz się pić, alkohol. Większość krajów wymaga, aby na etykietach pakowanych produktów żywnościowych i napojach wymienić ich zawartość energetyczną, a w zależności od miejsca zamieszkania, wartość energetyczną mierzy się w kilokaloriach lub kilodżulach:

1 kilokaloria (kcal) = 4,2 kilodżuli (kJ)

Bilans energetyczny

Podstawową zasadą żywienia i metabolizmu jest to, że zmiany masy ciała wiąże się z niedopasowaniem zawartości energii w żywności i napojach do energii zużywanej przez organizm ludzki dla podstawowych funkcji, wchłaniania spożytego pokarmu i aktywności fizycznej.

Nasze spożycie energii z żywności i napojów zmienia się w zależności od wielu czynników indywidualnych i środowiskowych, które występują każdego dnia. Z drugiej strony, wydatkowanie energii, chociaż w dużej mierze zależy od masy ciała i składu ciała (tj. beztłuszczowej masy ciała i masy tkanki tłuszczowej), samo w sobie zależy również od aktywności fizycznej, jak i spożycia żywności.

Jak można się spodziewać, pomiar tych czynników jest trudny w warunkach swobodnego życia. Jednak dokładne pomiary zużycia energii można uzyskać w kontrolowanym środowisku, takim jak komora oddechowa – szczególnie kabiny o wymiarach dwa na trzy metry, w których ludzie są „zamknięci” przez jeden lub więcej dni. Choć może to brzmieć nieprzyjemnie, nowoczesne komory oddechowe mają łóżko, toaletę, telewizor, internet i wszystkie inne podstawowe udogodnienia.

Mierząc zużycie tlenu i wytwarzanie dwutlenku węgla w zamkniętym środowisku, komora oddechowa zapewnia precyzyjne oszacowanie energii zużywanej przez osobę, co minutę, przez długi czas. Metoda ta jest uważana za „złoty standard” do pomiaru wydatkowania energii w ciągu 24 godzin, ze względu na zdolność do rozróżnienia trzech głównych składników wydatkowania energii:

• Spoczynkowa przemiana materii (metabolizm podstawowy).
• Efekt termiczny pożywienia.
• Aktywność fizyczna.

Alessio Basolo i współpracownicy dokonali niedawno przeglądu dowodów dotyczących bilansu energetycznego i masy ciała, uzyskanych w ramach eksperymentów w komorze oddechowej.

Spoczynkowa przemiana materii

Spoczynkowa przemiana materii, czyli nasz podstawowy metabolizm jest zasadniczo energią potrzebną do zapewnienia funkcjonowania naszych ważnych organów, gdy jesteśmy w spoczynku. Jest to główny składnik 24-godzinnego wydatku energetycznego i można go dalej sklasyfikować, jako: energia zużyta podczas snu i energia zużyta, aby się obudzić, z wyłączeniem aktywności fizycznej.

Głównym wyznacznikiem tempa metabolizmu w spoczynku jest beztłuszczowa masa ciała (tj. masa naszych organów, kości, mięśni, krwi i skóry oraz wszystkiego innego, co nie jest tłuszczem, ale ma masę lub wagę), co odpowiada około 70% wydatków energetycznych, podczas gdy masa tłuszczu (tj. tłuszcz lub tkanka tłuszczowa), płeć, wiek, pochodzenie etniczne i cechy rodzinne odpowiadają około 15%.

Termiczny efekt pożywienia

Termicznym efektem pożywienia jest wzrost energii potrzebnej do trawienia, wchłaniania, przyswajania i magazynowania składników odżywczych po spożyciu żywności lub napojów. Stanowi około 10% 24-godzinnych wydatków energetycznych, gdy ludzie są w stanie równowagi energetycznej na typowej zachodniej diecie, ale wykazują dużą zmienność między sobą.

Termiczny efekt żywności jest bardziej szczegółowo omówiony w czasopiśmie Perspectives.

Aktywność fizyczna

Koszt energii związany z aktywnością fizyczną, definiowany, jako energia zużyta podczas  spontanicznego i zaplanowanego wysiłku jest najbardziej zmiennym składnikiem 24-godzinnych wydatków energetycznych. Waha się od około 15% u osób prowadzących bardziej siedzący tryb życia do około 50% u osób bardzo aktywnych. Podobnie, jak spoczynkowe tempo metabolizmu, koszt energii aktywności fizycznej zależy od: składu ciała, wieku, płci i cech genetycznych, a także interakcji biochemicznych, fizjologicznych i układu nagrody w mózgu oraz bodźców środowiskowych.

Bilans energetyczny a masa ciała

Powszechnie nasza wiedza na temat nadwagi i  otyłości opiera się na prostym, statycznym modelu bilansu energetycznego, który sugeruje, że przewlekły dodatni bilans energetyczny (tj. gdy dzienne spożycie energii z pokarmów i napojów stale przekracza wydatki energetyczne) prowadzi do wzrostu masy ciała i rozwoju nadwagi/otyłości, ze względu na magazynowanie nadmiaru energii w postaci tłuszczu (tkanki tłuszczowej).

W życiu codziennym takie idealne dopasowanie pomiędzy poborem energii a jej wydatkiem jest ledwo osiągalne, a tkanka tłuszczowa służy jako dynamiczny magazyn, chroniąc przed nieuniknionymi odchyleniami (np. nadwyżkami lub niedoborami energii) od równania bilansu energetycznego, a także stale przekazuje sygnały do naszych mózgów i układu nerwowego, aby przekazać ilość zmagazynowanej energii.

Rytm okołoodobowy

Pojawiają się dowody na to, że rytmy okołodobowe odgrywają główną rolę w bilansie energetycznym, działając jako „chronometr” ludzkiego ciała i są regulowane przez zegary centralne i obwodowe. Procesy biologiczne związane z zegarem przewidują codzienne wymagania narzucane przez środowisko, synchronizowane w idealnych warunkach fizjologicznych.

Zegar centralny lub główny, umieszczony w podwzgórzu, zbiera sygnały świetlne, które są głównym bodźcem do utrzymania 24-godzinnych cykli. Przekazuje sygnały dobowe do zegarów obwodowych, które są obecne w kilku narządach (np. w wątrobie, trzustce, gruczołach dokrewnych, nerkach i sercu). Sygnały wyjściowe są ważne dla synchronizacji rytmu dobowego z czynnościami obwodowymi, poprzez regulację ekspresji określonych genów (głównie CLOCK i BMAL1), które biorą udział w wielu funkcjach fizjologicznych, takich jak: regulacja ciśnienia krwi, szybkość filtracji kłębuszkowej w nerkach i metabolizm glukozy. Zegary peryferyjne z kolei przekazują sygnały z powrotem do centralnego zegara.

Jak można się było spodziewać, sieci komunikacyjne między zegarami dobowymi pełnią wiele funkcji fizjologicznych i prowadzą do zintegrowanej kontroli rytmicznej procesów metabolicznych i behawioralnych, takich jak: cykl snu, głód i temperatura ciała. Czynniki środowiskowe, w tym: skład makroskładników pokarmowych w żywności i napojach, czas posiłku, aktywność fizyczna i ekspozycja na światło są uważane za sygnały zewnętrzne, które mogą zakłócać zegary dobowe.

Pojawiające się dowody sugerują, że zakłócenie tej czasowej synchronizacji między zegarami dobowymi a bodźcami środowiskowymi może prowadzić do rozwoju otyłości i jej współistniejących schorzeń, takich jak cukrzyca typu 2 i choroby serca. Rzeczywiście, kilka badań wykazało, że główne składniki 24-godzinnego wydatkowania energii, takie jak: spoczynkowy metabolizm, efekt termiczny żywności i aktywność fizyczna mogą być dotknięte zakłóceniem rytmu dobowego. Na przykład pracownicy zmianowi mają tendencję do zmagań z nadmierną masą ciała i są bardziej podatni na zachorowanie na cukrzycę typu 2.

Ostatnie badania sugerują również, że spożycie energii występujące głównie we wcześniejszej części dnia sprzyja długotrwałej kontroli masy ciała. Diabetes Care bada kwestię synchronizacji posiłków.

Jeśli mamy skutecznie spowolnić wzrost globalnych wskaźników nadwagi i otyłości, będziemy musieli poszerzyć naszą wiedzę i zrozumieć kwestię bilansu energetycznego oraz wyjść poza prosty model statystyczny.

Więcej:

• World Health Organisation. Obesity and overweight.
• Basolo and colleagues. Energy Balance and Control of Body Weight – Possible Effects of Meal Timing and Circadian Rhythm Dysregulation. Nutrients. 2021
• Sun and colleagues. Meta-analysis on shift work and risks of specific obesity types. Obes Rev. 2018
• Li and colleagues. A meta-analysis of cohort studies including dose-response relationship between shift work and the risk of diabetes mellitus. Eur J Epidemiol. 2019