Метаболизм (обмен веществ): что это и как работает

В 1999 году 16 добровольцев восемь недель ежедневно съедали на 1000 ккал больше, чем им требовалось. Одни набрали жира в десять раз больше других, и разницу объяснил не спорт и не гены «быстрого обмена», а незаметное движение: ерзанье на стуле, поддержание позы, мелкие бытовые дела. Именно оно дало две трети прироста суточных затрат энергии^[1].

Основы метаболизма: анаболизм и катаболизм

Метаболизм означает все химические реакции, с помощью которых организм превращает еду и напитки в энергию, необходимую для жизни^[2]. Эти реакции дают клеткам энергию и строительный материал для роста, восстановления и размножения, а также помогают обезвреживать и выводить вредные вещества.

Проще говоря, метаболизм охватывает все процессы, связанные с превращением энергии: кровообращение, регуляцию температуры тела, сокращение мышц, пищеварение, работу мозга и нервной системы, удаление отходов.

Обмен веществ состоит из двух процессов, которые работают в паре.

• Анаболизм строит сложные молекулы из простых. Анаболические реакции создают новые клетки, ткани, белки, липиды и другие нужные вещества, поэтому без них невозможны рост, регенерация и поддержание функций организма. Примеры: рост мышц в ответ на физическую нагрузку или синтез гормонов.
• Катаболизм работает в обратном направлении: сложные молекулы, например гликоген, белки или жиры, расщепляются до более простых (глюкозы, аминокислот, жирных кислот)^[2]. Высвобожденная энергия идет на сокращение мышц, поддержание температуры тела, работу мозга и пищеварение.

Вместе анаболизм и катаболизм позволяют организму приспосабливаться к изменениям, поддерживать уровень энергии, расти и восстанавливать ткани.

Метаболизм часто вспоминают только в связи с весом, хотя от него зависит каждая функция тела, от дыхания до физических упражнений. Он работает непрерывно, даже во сне, и «выключить» его невозможно.

Как работает метаболизм

Суточные затраты энергии складываются из нескольких частей, и на каждую из них можно повлиять по-разному.

Базальный метаболический уровень (БМР)

БМР означает энергию, которую организм тратит в состоянии покоя на дыхание, работу сердца, кровообращение, мозг и поддержание температуры. У большинства людей это 60–70% всех калорий, потраченных за день^[3]. Скорость БМР зависит от мышечной массы, возраста, пола и генетики.

Этот показатель у разных людей разный и меняется в течение жизни. Резкое похудение снижает его: участники телешоу «The Biggest Loser» за несколько месяцев потеряли в среднем 58 кг, и через 6 лет их обмен в покое был на 704 ккал в сутки ниже исходного, хотя большая часть веса уже вернулась. На 499 ккал он был ниже, чем должен быть при такой массе тела^[4].

Коротко: после похудения организм экономит энергию сильнее, чем объясняет меньший вес, и чем больше килограммов человек удерживает, тем заметнее эта экономия^[4]. Чтобы сохранить результат, придется есть меньше или двигаться больше, чем до похудения.

Читайте:

Калькулятор сжигания калорий

Калькулятор оценивает, сколько калорий организм тратит в покое и за обычный день с учетом вашей активности. Д...

Термогенез

Около 10% калорий из пищи уходит на ее переваривание, усвоение и транспорт питательных веществ^[5]. Эту часть называют термическим эффектом пищи. При смешанном питании она составляет 5–15% суточных затрат; больше всего энергии требует усвоение белков и алкоголя, меньше всего жиров^[6]. Поэтому белковая пища заметнее повышает термогенез.

Отдельно считают термогенез повседневной активности, NEAT: энергию на ходьбу, стояние, домашние дела, жестикуляцию. В зависимости от образа жизни это от 100 до 800 ккал в сутки^[5]. Сам по себе организм в покое тратит примерно калорию в минуту, а все, что сверх этого, добавляют еда и движение^[3].

Физическая активность

Физическая активность охватывает любые движения, от прогулки до интенсивной тренировки. Это самая изменчивая часть затрат: если на БМР приходится 60–70%, а на переваривание пищи около 10%, то движение дает остальное, примерно 20–30%. Сколько калорий тратится во время тренировки, зависит от ее вида, длительности и массы тела.

Что происходит с калориями в организме

Когда вы едите, пища расщепляется до простых молекул:

• Углеводы превращаются в глюкозу
• Жиры расщепляются до жирных кислот
• Белки распадаются на аминокислоты.

Эти молекулы поступают в клетки и там либо сгорают для получения энергии, либо идут в запас. Избыток калорий, которые организм не потратил, откладывается в виде жира.

Если калорий поступает меньше, чем нужно, организм берет энергию из запасов: сначала из гликогена в мышцах и печени, затем из жиров и белков. Так он поддерживает энергетический баланс даже при дефиците.

Вес стабилен, пока поступление калорий примерно равно их расходу. Когда баланс долго смещен в одну сторону, меняется и масса тела.

Факторы, влияющие на скорость метаболизма

Скорость обмена веществ индивидуальна и зависит от ряда биологических и внешних факторов.

Генетика

Наследственность влияет на базальный обмен через гормональную регуляцию, размер мышечной массы и другие физиологические особенности, поэтому некоторые люди даже в покое тратят больше энергии. От природы может зависеть и привычка двигаться. В исследовании, где позы и движения 20 человек фиксировали каждые полсекунды в течение 10 дней, люди с ожирением сидели в среднем на 2 часа дольше худощавых. Эта привычка не менялась ни после похудения, ни после набора веса, и авторы считают ее биологически обусловленной^[7].

Мышечная масса

Мышцы активнее жировой ткани даже в покое^[2]. По оценке для взрослых старше 50 лет, килограмм скелетных мышц тратит в сутки 12,6 ккал, а килограмм жира 4,4 ккал^[8]. Для сравнения: печень тратит 194 ккал на килограмм, а сердце и почки 426. Поэтому люди с большей мышечной массой имеют более высокий обмен. Силовые тренировки наращивают мышцы и повышают скорость метаболизма, хотя набор мышечной массы за месяц в реальности скромный.

Возраст

С возрастом скорость метаболизма снижается. Этому способствуют несколько факторов:

• Уменьшение мышечной массы^[5]
• Изменения гормонального фона (например, снижение уровня тестостерона у мужчин или эстрогена у женщин)
• Снижение активности клеточных процессов, из-за чего организм тратит меньше энергии на базовые функции.

Миф: метаболизм начинает замедляться после 30 лет. На самом деле: анализ измерений у людей в возрасте от 8 дней до 95 лет показал, что с поправкой на безжировую массу тела суточные затраты энергии стабильны от 20 до 60 лет, даже во время беременности, и снижаются лишь после 60^[9]. Так что если вес ползет вверх в 35 или 45 лет, причину стоит искать в рационе и подвижности, а мышечную массу упражнениями поддерживать в любом возрасте.

Пол

Мужчины обычно тратят больше энергии, чем женщины. Причина в составе тела: у мужчин того же возраста и веса обычно меньше жира и больше мышц^[5], чему способствует более высокий уровень тестостерона. У женщин жировая ткань хранит энергетический запас, связанный с репродуктивной функцией.

Уровень активности

Движение относится к самым сильным факторам, влияющим на затраты энергии. Даже легкая активность, например прогулка или работа стоя, увеличивает расход калорий, а бег или силовые тренировки повышают его значительно сильнее.

После тренировки обмен какое-то время остается повышенным, но вклад этого «дожигания» скромный. Длительное повышение на 3–24 часа дают лишь тяжелые нагрузки, например 50 минут и больше на 70% максимального потребления кислорода, и даже тогда оно составляет 6–15% энергии, потраченной на само упражнение^[10]. Основную пользу для веса дает то, что сжигается во время движения.

Гормоны

Гормоны участвуют в регуляции обмена веществ:

• Тироксин (гормон щитовидной железы) задает скорость метаболических реакций: при гипотиреозе затраты энергии снижаются, а при гипертиреозе растут^[11].
• Кортизол (гормон стресса) действует неоднозначно: кратковременный стресс мобилизует энергию, а длительный избыток кортизола, как при синдроме Кушинга, может вызывать набор веса^[5].
• Инсулин регулирует уровень глюкозы в крови и направляет ее избыток в запасы, поэтому нарушения его действия связаны с набором веса.

Никотин

Курение тоже влияет на метаболизм. В исследовании в метаболической камере 24 сигареты в день увеличивали суточные затраты энергии примерно на 10%, с 2230 до 2445 ккал, хотя базальный обмен не менялся^[12]. После отказа этот эффект исчезает, и это одна из причин, почему курение влияет на вес. Однако вред курения для сердца, сосудов и легких несравнимо больше любой «пользы» для обмена.

Метаболизм и вес

Метаболизм часто связывают с весом, потому что от его скорости зависит, сколько калорий тратит организм. На деле все сложнее:

• Быстрый обмен не гарантирует стройности. Человек с активным образом жизни тратит много энергии, но если ест еще больше, вес растет.
• Медленный обмен затрудняет похудение, потому что в покое организм тратит меньше калорий. Однако медленный метаболизм обычно не является причиной набора веса^[5].

Как ускорить метаболизм

Генетика ограничивает базальную скорость обмена, но общие затраты энергии можно увеличить движением, питанием и привычками.

Физическая активность

Регулярные тренировки сильнее всего влияют на затраты энергии. Силовые упражнения наращивают мышцы, которые тратят больше энергии даже в покое, а бег, плавание или велосипед сжигают калории во время самого занятия. Как сочетать эти нагрузки, описывают лучшие упражнения для похудения.

Питание

Продукты, которые могут немного увеличить затраты энергии:

• Белковые продукты: мясо, рыба, яйца, бобовые, молочные продукты. На усвоение белка уходит больше энергии, чем на усвоение углеводов и жиров^[6].
• Пряности. Миф: острый перец существенно ускоряет метаболизм. На самом деле: по метаанализу 9 исследований, капсаицин или его неострые аналоги увеличивают затраты энергии в среднем на 58,6 ккал в сутки^[13]. Этого недостаточно, чтобы заметно повлиять на вес без других изменений.
• Зеленый чай. Миф: зеленый чай «разгоняет» метаболизм и сжигает жир. На самом деле: в метаанализе катехины чая вместе с кофеином уменьшали вес в среднем лишь на 1,31 кг, а у людей, которые и так потребляли много кофеина, эффект был еще меньше^[14]. Разница между черным и зеленым чаем здесь невелика.
• Кофе. 100 мг кофеина, примерно чашка кофе, повышают обмен в покое на 3–4% в течение 2,5 часа; при приеме каждые 2 часа в течение дня суточные затраты росли на 150 ккал у худощавых людей^[15].
• Цельнозерновые продукты: овсянка, коричневый рис, цельнозерновой хлеб. В рандомизированном исследовании замена рафинированных злаков цельными в течение 6 недель повысила обмен в покое на 43 ккал в сутки, а вместе с большими потерями энергии с калом разница достигла 92 ккал^[16].
• Фрукты, особенно цитрусовые (грейпфрут, апельсины, лимоны), яблоки и груши. Они содержат клетчатку и витамин C, но отдельного влияния на скорость обмена не оказывают.
• Зеленые овощи, например шпинат и брокколи. Они дают микроэлементы, нужные для нормального обмена веществ, при небольшой калорийности.
• Орехи и семена. Белки, жиры и клетчатка в них дают длительную сытость, хотя калорийность орехов высокая.
• Имбирь. В небольшом исследовании с участием 10 мужчин напиток с 2 г молотого имбиря увеличил термический эффект завтрака на 42,7 ккал и уменьшил голод, но общий обмен в покое не изменил^[17].

Миф: частые небольшие перекусы «разгоняют» метаболизм. На самом деле: метаанализ 15 исследований сначала показал лучшую потерю жира при более частом питании, но этот результат держался на одном исследовании; без него частота приемов пищи на состав тела не влияла^[18]. Значение имеют общая калорийность и качество рациона, а не количество перекусов.

Гидратация

Вода нужна для протекания метаболических реакций в клетках, и даже легкое обезвоживание может замедлить обмен^[2]. В небольшом исследовании 500 мл воды повысили обмен на 30% примерно на час, причем около 40% эффекта ушло на согревание воды до температуры тела^[19]. Вода перед едой помогает и аппетиту: люди 55–75 лет, которые на диете выпивали по 500 мл перед каждым приемом пищи, за 12 недель похудели примерно на 2 кг больше^[20].

Сон

Качественный сон влияет на гормоны аппетита. У молодых мужчин после двух ночей сокращенного сна уровень лептина, гормона сытости, снизился на 18%, а грелина, гормона голода, вырос на 28%; голод усилился на 24%, особенно тяга к калорийной углеводной пище^[21]. Взрослым до 60 лет рекомендуют спать 7 часов и больше^[22], а сон короче этой нормы подталкивает к перееданию.

Повседневная активность

Движение вне тренировок тоже увеличивает затраты энергии: лестница вместо лифта, пешком на короткие расстояния, работа стоя, активные перерывы. Если бы люди с ожирением двигались в быту так же, как худощавые, они тратили бы дополнительно около 350 ккал в сутки^[7]. Простой способ начать дает ходьба для похудения.

Хирургические вмешательства

Бариатрические операции меняют работу пищеварительной системы, уменьшают количество потребляемых калорий и способствуют похудению. «Метаболической хирургией» их называют из-за влияния на обмен глюкозы: согласно совместной позиции международных диабетических организаций, такие операции рекомендуют при диабете 2 типа и ИМТ от 40, а также при ИМТ 35–39,9, если сахар не удается контролировать другими методами^[23]. Это радикальный метод для конкретных медицинских показаний.

Коротко: чай, перец, имбирь и кофе добавляют к затратам считанные десятки калорий в сутки, а повседневное движение может дать сотни. Поэтому начинать стоит с шагов и силовых тренировок, а не с «жиросжигающих» продуктов.

Что замедляет метаболизм

Некоторые факторы действительно снижают затраты энергии:

• Пропуск приемов пищи. Сам по себе пропущенный завтрак обмен не замедляет, а вот длительное голодание и резкое ограничение еды заставляют организм экономить энергию^[2]. Режимы вроде интервального голодания действуют прежде всего через уменьшение общей калорийности.
• Несбалансированные диеты. Жесткое ограничение калорий снижает базальный обмен: организм приспосабливается к нехватке и уменьшает расход, чтобы сохранить ресурсы.
• Малоподвижный образ жизни. Без регулярной активности общие затраты энергии падают, а со временем уменьшается и мышечная масса, которая поддерживает обмен в покое.
• Недостаточное потребление воды. Обезвоживание тормозит метаболические процессы, потому что вода участвует в большинстве химических реакций организма.
• Недосыпание. Недостаток сна нарушает выработку гормонов, регулирующих аппетит, и облегчает переедание.
• Курение. Никотин временно повышает затраты энергии, поэтому после отказа они несколько снижаются. Это не повод курить дальше: лишние калории легче компенсировать движением.

Метаболические нарушения

Некоторые заболевания и генетические состояния нарушают обмен веществ. К ним относятся:

• Гипотиреоз. Щитовидная железа вырабатывает слишком мало гормонов, из-за чего затраты энергии снижаются^[11]. Это может вызывать набор веса, слабость и усталость.
• Синдром Кушинга. Избыток кортизола способствует накоплению жира, особенно на животе, и может вызывать набор веса^[5].
• Гемохроматоз. Наследственная болезнь, при которой железо накапливается в тканях в избыточных количествах^[2]. Без лечения оно поражает печень вплоть до цирроза, может вызвать диабет и сердечную недостаточность^[24].
• Болезнь Вильсона. Генетическое нарушение обмена меди, при котором она накапливается в печени, мозге, почках и роговице; нужно пожизненное лечение хелаторами или солями цинка^[25][26].
• Болезнь Гоше. Из-за нехватки фермента глюкоцереброзидазы в клетках накапливаются жироподобные вещества, в частности глюкозилцерамид^[27], что нарушает работу органов.