Вся энергия в нашем организме превращается в тепло. Разными путями, короткими или долгими, может быть не сразу, а после многочисленных превращений.
Но судьба калорий предрешена — они будут греть.
Греть в прямом смысле этого слова, то есть поддерживать температуру тела реально выше окружающей среды. На это уйдёт их бОльшая часть.
Меньшая часть тоже будет выделять тепло, но попутно (так же, как компьютер, сервер или айфон греется при интенсивной работе).
Очень-очень многие похудательные диеты жиждятся на теории «сохранения калорий энергии». Но они, как известно из широкой практики, неэффективны. В чём же проблема? Физика ошибается, исполнение подкачало или диеты обречены на неудачу строго по науке?
Закон сохранения энергии универсален
Главный базис низкокалорийных диет — первое начало термодинамики — гласит: теплота, подведённая к системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы и на совершение работы против внешних сил. Закон универсален и организм здесь не исключение.
То есть, мы подводим в организм определённое количество калорий (т.е. тепла) и неизбежно столько же получаем на выходе.
Теоретическое обоснование
В конечном итоге вся энергия, поступившая в организм, превращается в теплоту.
- При образовании АТФ только часть энергии запасается, большая — рассеивается в форме тепла.
- При использовании энергии ATФ нашими функциональными системами большая часть этой энергии также переходит в тепловую.
Оставшаяся часть энергии в клетках идёт на выполнении ими своих важных функций. Но в итоге тоже превращается в теплоту.
Например, энергия, которую используют мышечные клетки, расходуется на преодоление вязкости (как самой мышцы, так и других тканей) — трение приводит к образованию тепла.
Другой пример — расход энергии, которая передаётся крови при сокращении сердца. Течение крови по сосудам сопровождается превращением энергии в тепло — за счёт трения между слоями крови, между кровью и стенками сосудов.
По существу, вся энергия, потраченная организмом, в конечном счете, преобразуется в теплоту. Кроме одного исключения — это тот случай, когда мышцы выполняют работу над внешними телами.
Практическое подтверждение закона сохранения энергии
Получается, что если человек не выполняет никакой внешней работы, то уровень высвобождения его организмом энергии можно определить по величине общего количества теплоты, выделенной телом.
Этой теории есть вполне конкретное экспериментальное подтверждение. Используется метод прямой калориметрии.
Реализация непростая, нужен большой, специально оборудованный калориметр. Человека помещают в специальную камеру, тщательно изолированную от окружающей среды. То есть полностью исключают обмен энергией с внешним миром. Тогда количество теплоты, выделенной исследуемым организмом, можно измерить достаточно точно. Эксперименты, выполненные этим методом, показали, что количество энергии, поступающей в организм, равно энергии, выделяющейся при проведении калориметрии.
Прямая калориметрия в проведении трудоёмка, поэтому в настоящее время используют метод непрямой калориметрии. Он основан на вычислении энергетического выхода организма по использованию им кислорода.
Маленький нюанс: закон работает исключительно для закрытых или изолированных систем.
Изолированные системы не могут обмениваться с окружающей средой ни веществом, ни энергией. Закрытые системы обмениваются с внешним миром только энергией, а открытые – и веществом, и энергией. К открытым системам этот закон неприменим.
А организм — система открытая.
Расход калорий в организме. Мороз и баня
Итак, максимум калорий организм тратит на поддержание постоянной температуры тела (которая, как известно, в среднем составляет 36,6°С — в привычном нам «комнатном» климате).
При понижении температуры воздуха на 10–15°С расход калорий увеличивается в 2–3 раза. Даже на обычную прогулку при минусовой температуре тратится на 10–30% калорий больше, чем на такую же в тёплое время года.
На обогрев расходуется в основном (до 90%) энергия из жировых запасов. Физические упражнения требуют в основном затрат углеводных.
На охлаждение организма (в жарком климате или бане) до искомых идеальных 36,6°С энергии тратится не меньше. А даже больше.
Так, если брать усреднённые показатели, то 30 мин бани обойдутся организму в 219-459 ккал, а 1 час — в 438-918 ккал. Причём у крупных любителей помыться в тепле (те, которые не толстые, а с высокой долей мышечной массы), всего за первые 10 мин может испариться 153 ккал.
Сама по себе мышечная масса вообще сильно увеличивает базовый расход энергии даже в покое.
По классике, в жаркой атмосфере важно соблюдать баланс температуры и влажности. Это влияет не только на ощущения человека, но и на здоровье.
Простым ориентиром может служить «Правило 120»: сумма температуры воздуха в градусах Цельсия и уровня влажности в процентах должна быть порядка 120 (в пределах 110–130). То есть, если температура 60°C, то оптимальная влажность — 60%
Обычно в парилке русской бани температура составляет 50-70°C, а влажность — 40–65%, это практически идеальное комбо. НО! В некоторых случаях влажность повышается до 70%, а температура под потолком достигает 70–90°C. Это уже откровенно плохо. Здравствуй, экспресс-старение!
То же мы можем отнести и к некоторым климатическим зонам. Так, например, в Сингапуре при типичной температуре воздуха 31-35°C влажность достигает 85-100%. Очень трудно преждевременно не состариться, но и набрать вес можно только под кондиционером.
Шахматы против фитнеса
Шахматисты в соревновательный период несмотря на усиленное питание в среднем худеют на 1 кг в день из‑за высоких энергозатрат (данные ESPN).
Шахматист во время соревнований может сжигать до 6000 ккал в день — в три раза больше среднего показателя обычного человека (данные Стэнфорда).
Российский гроссмейстер Михаил Антипов только за 2 часа игры сжёг 560 ккал. Средняя партия такого уровня обычно длится 3–4 часа, но может и больше 5 часов, поэтому расходы на игру оцениваются как превышающие 1400 ккал (данные 2020 г).
При занятиях фитнесом потеря веса не столь драматична и предсказуема.
В режиме кардиотренировки (тренажёры, плавание) можно истратить за 1 час 400-600 ккал, в ходе силовой тренировки — 250-400 ккал. Редко, когда занятие длится больше часа с такой интенсивностью. Так что до расходов шахматной партии магистрам фитнеса далеко.
Лучше уж на танцы сходить — траты энергии 500-600 ккал в час, и танцевать можно очень долго.
Расход калорий. Мозг и мышцы
Почему шахматисты тратят так много калорий?
Основной «пункт» расходов — это интенсивная работа мозга, который потребляет до 20% всей доступной энергии организма.
Добавим ещё мелочей: долгая статическая поза, эмоциональное напряжение (тоже траты ЦНС, но и пульс доходит до 120–140 уд/мин); длительная концентрация внимания (это опять про голову).
Работая чисто мышцами, столько точно не потратишь.
Хотите дефицит калорий — нагружайте голову, а не сокращайте её «финансирование». Стройнее будете.
В 0cвенциме норма дневного рациона составляла 1300 ккал, а для работающих аж 1700 ккал/сут. Выжившие там были, но среди них ни здоровых, ни красивых не наблюдалось. Всего 3-6 мес пребывания в этом заведении было достаточно для «полного физического истощения и умственной деградации» большинства голодающих. Это может сильно не нравиться, но это факт.
Мы разобрали, как действительно можно учитывать калории энергию в организме. И это не про фитнес-браслеты и «умные» часы. Теперь мы знаем, что нереально корректно определить расход калорий в обычной жизни.
А вот можно ли правильно посчитать их поступление — про это будут совсем другая история.