Метаболізм (обмін речовин): що це і як працює

У 1999 році 16 добровольців вісім тижнів щодня з'їдали на 1000 ккал більше, ніж їм було потрібно. Одні набрали жиру вдесятеро більше за інших, і різницю пояснили не спорт і не гени «швидкого обміну», а непомітний рух: вовтузіння на стільці, підтримання пози, дрібні побутові справи. Саме вони дали дві третини приросту добових витрат енергії^[1].

Основи метаболізму: анаболізм і катаболізм

Метаболізм означає всі хімічні реакції, за допомогою яких організм перетворює їжу та напої на енергію, потрібну для життя^[2]. Ці реакції дають клітинам енергію і будівельний матеріал для росту, відновлення й розмноження, а також допомагають знешкоджувати та виводити шкідливі речовини.

Простіше кажучи, метаболізм охоплює всі процеси, пов'язані з перетворенням енергії: кровообіг, регуляцію температури тіла, скорочення м'язів, травлення, роботу мозку й нервової системи, видалення відходів.

Обмін речовин складається з двох процесів, які працюють у парі.

• Анаболізм будує складні молекули з простих. Анаболічні реакції створюють нові клітини, тканини, білки, ліпіди та інші потрібні речовини, тож без них неможливі ріст, регенерація і підтримання функцій організму. Приклади: ріст м'язів у відповідь на фізичне навантаження або синтез гормонів.
• Катаболізм працює у зворотному напрямку: складні молекули, як-от глікоген, білки або жири, розщеплюються до простіших (глюкози, амінокислот, жирних кислот)^[2]. Вивільнена енергія йде на скорочення м'язів, підтримання температури тіла, роботу мозку і травлення.

Разом анаболізм і катаболізм дають організму змогу пристосовуватися до змін, підтримувати рівень енергії, рости й відновлювати тканини.

Метаболізм часто згадують лише у зв'язку з вагою, хоча від нього залежить кожна функція тіла, від дихання до фізичних вправ. Він працює безперервно, навіть уві сні, і «вимкнути» його неможливо.

Як працює метаболізм

Добові витрати енергії складаються з кількох частин, і кожна з них по-різному піддається впливу.

Базальний метаболічний рівень (БМР)

БМР означає енергію, яку організм витрачає в стані спокою на дихання, роботу серця, кровообіг, мозок і підтримання температури. У більшості людей це 60–70% усіх калорій, витрачених за день^[3]. Швидкість БМР залежить від м'язової маси, віку, статі й генетики.

Цей показник різний у різних людей і змінюється протягом життя. Різке схуднення знижує його: учасники телешоу «The Biggest Loser» за кілька місяців втратили в середньому 58 кг, і через 6 років їхній обмін у спокої був на 704 ккал на добу нижчим за початковий, хоча більшість ваги вже повернулася. На 499 ккал він був нижчим, ніж мав би бути при такій масі тіла^[4].

Коротко: після схуднення організм економить енергію сильніше, ніж пояснює менша вага, і що більше кілограмів людина утримує, то помітніша ця економія^[4]. Щоб зберегти результат, доведеться їсти менше або рухатися більше, ніж до схуднення.

Читайте:

Калькулятор спалювання калорій

Калькулятор оцінює, скільки калорій організм витрачає у спокої та за звичайний день з урахуванням вашої акти...

Термогенез

Близько 10% калорій із їжі йде на її перетравлення, засвоєння і транспортування поживних речовин^[5]. Цю частину називають термічним ефектом їжі. При змішаному харчуванні вона становить 5–15% добових витрат; найбільше енергії потребує засвоєння білків і алкоголю, найменше жирів^[6]. Тому білкова їжа помітніше підвищує термогенез.

Окремо рахують термогенез повсякденної активності, NEAT: енергію на ходьбу, стояння, домашні справи, жестикуляцію. Залежно від способу життя це від 100 до 800 ккал на добу^[5]. Сам по собі організм у спокої витрачає приблизно калорію на хвилину, а все, що понад це, додають їжа і рух^[3].

Фізична активність

Фізична активність охоплює будь-які рухи, від прогулянки до інтенсивного тренування. Це найбільш мінлива частина витрат: якщо на БМР припадає 60–70%, а на перетравлення їжі близько 10%, то рух дає решту, приблизно 20–30%. Скільки калорій витрачається під час тренування, залежить від його виду, тривалості та маси тіла.

Що відбувається з калоріями в організмі

Коли ви їсте, їжа розщеплюється до простих молекул:

• Вуглеводи перетворюються на глюкозу
• Жири розщеплюються до жирних кислот
• Білки розпадаються на амінокислоти.

Ці молекули надходять до клітин і там або згоряють для отримання енергії, або йдуть у запас. Надлишок калорій, які організм не витратив, відкладається у вигляді жиру.

Якщо калорій надходить менше, ніж потрібно, організм бере енергію із запасів: спершу з глікогену в м'язах і печінці, потім із жирів і білків. Так він підтримує енергетичний баланс навіть під час дефіциту.

Вага стабільна, поки надходження калорій приблизно дорівнює їхнім витратам. Коли баланс довго зсунутий в один бік, змінюється й маса тіла.

Чинники, які впливають на швидкість метаболізму

Швидкість обміну речовин індивідуальна і залежить від низки біологічних та зовнішніх чинників.

Генетика

Спадковість впливає на базальний обмін через гормональну регуляцію, розмір м'язової маси та інші фізіологічні особливості, тож деякі люди навіть у спокої витрачають більше енергії. Від природи може залежати і звичка рухатися. У дослідженні, де пози й рухи 20 людей фіксували кожні пів секунди протягом 10 днів, люди з ожирінням сиділи в середньому на 2 години довше за худорлявих. Ця звичка не змінювалася ні після схуднення, ні після набору ваги, і автори вважають її біологічно зумовленою^[7].

М'язова маса

М'язи активніші за жирову тканину навіть у спокої^[2]. За оцінкою для дорослих старше 50 років, кілограм скелетних м'язів витрачає за добу 12,6 ккал, а кілограм жиру 4,4 ккал^[8]. Для порівняння: печінка витрачає 194 ккал на кілограм, а серце й нирки 426. Тому люди з більшою м'язовою масою мають вищий обмін. Силові тренування нарощують м'язи і підвищують швидкість метаболізму, хоча набір м'язової маси за місяць у реальності скромний.

Вік

З віком швидкість метаболізму знижується. Цьому сприяють кілька чинників:

• Зменшення м'язової маси^[5]
• Зміни гормонального фону (наприклад, зниження рівня тестостерону у чоловіків або естрогену у жінок)
• Зниження активності клітинних процесів, через що організм витрачає менше енергії на базові функції.

Міф: метаболізм починає сповільнюватися після 30 років. Насправді: аналіз вимірювань у людей віком від 8 днів до 95 років показав, що з поправкою на безжирову масу тіла добові витрати енергії стабільні від 20 до 60 років, навіть під час вагітності, і знижуються лише після 60^[9]. Тож якщо вага повзе вгору в 35 чи 45 років, шукати причину варто в раціоні та рухливості, а м'язову масу вправами підтримувати в будь-якому віці.

Стать

Чоловіки зазвичай витрачають більше енергії, ніж жінки. Причина в складі тіла: у чоловіків того ж віку й ваги зазвичай менше жиру і більше м'язів^[5], чому сприяє вищий рівень тестостерону. У жінок жирова тканина зберігає енергетичний запас, пов'язаний із репродуктивною функцією.

Рівень активності

Рух належить до найсильніших чинників, що впливають на витрати енергії. Навіть легка активність, як-от прогулянка чи робота стоячи, збільшує витрати калорій, а біг чи силові тренування підвищують їх значно сильніше.

Після тренування обмін якийсь час лишається підвищеним, але внесок цього «дожигання» скромний. Тривале підвищення на 3–24 години дають лише важкі навантаження, наприклад 50 хвилин і більше на 70% максимального споживання кисню, і навіть тоді воно становить 6–15% енергії, витраченої на саму вправу^[10]. Основну користь для ваги дає те, що спалюється під час руху.

Гормони

Гормони беруть участь у регуляції обміну речовин:

• Тироксин (гормон щитоподібної залози) задає швидкість метаболічних реакцій: при гіпотиреозі витрати енергії знижуються, а при гіпертиреозі зростають^[11].
• Кортизол (гормон стресу) діє неоднозначно: короткочасний стрес мобілізує енергію, а тривалий надлишок кортизолу, як при синдромі Кушинга, може спричиняти набір ваги^[5].
• Інсулін регулює рівень глюкози в крові та спрямовує її надлишок у запаси, тому порушення його дії пов'язані з набором ваги.

Нікотин

Куріння теж впливає на метаболізм. У дослідженні в метаболічній камері 24 сигарети на день збільшували добові витрати енергії приблизно на 10%, з 2230 до 2445 ккал, хоча базальний обмін не змінювався^[12]. Після відмови цей ефект зникає, і це одна з причин, чому куріння впливає на вагу. Проте шкода куріння для серця, судин і легень незмірно більша за будь-яку «користь» для обміну.

Метаболізм і вага

Метаболізм часто пов'язують із вагою, бо від його швидкості залежить, скільки калорій витрачає організм. Насправді все складніше:

• Швидкий обмін не гарантує стрункості. Людина з активним способом життя витрачає багато енергії, але якщо їсть ще більше, вага зростає.
• Повільний обмін ускладнює схуднення, бо в спокої організм витрачає менше калорій. Проте повільний метаболізм зазвичай не є причиною набору ваги^[5].

Як прискорити метаболізм

Генетика обмежує базальну швидкість обміну, але загальні витрати енергії можна збільшити рухом, харчуванням і звичками.

Фізична активність

Регулярні тренування найсильніше впливають на витрати енергії. Силові вправи нарощують м'язи, які витрачають більше енергії навіть у спокої, а біг, плавання чи велосипед спалюють калорії під час самого заняття. Як поєднувати ці навантаження, описують найкращі вправи для схуднення.

Харчування

Продукти, які можуть дещо збільшити витрати енергії:

• Білкові продукти: м'ясо, риба, яйця, бобові, молочні вироби. На засвоєння білка йде більше енергії, ніж на засвоєння вуглеводів і жирів^[6].
• Прянощі. Міф: гострий перець суттєво пришвидшує метаболізм. Насправді: за метааналізом 9 досліджень, капсаїцин або його негострі аналоги збільшують витрати енергії в середньому на 58,6 ккал на добу^[13]. Цього недостатньо, щоб помітно вплинути на вагу без інших змін.
• Зелений чай. Міф: зелений чай «розганяє» метаболізм і спалює жир. Насправді: у метааналізі катехіни чаю разом із кофеїном зменшували вагу в середньому лише на 1,31 кг, а в людей, які й так вживали багато кофеїну, ефект був ще меншим^[14]. Різниця між чорним і зеленим чаєм тут невелика.
• Кава. 100 мг кофеїну, приблизно чашка кави, підвищують обмін у спокої на 3–4% протягом 2,5 години; при прийомі кожні 2 години протягом дня добові витрати зростали на 150 ккал у худорлявих людей^[15].
• Цільнозернові продукти: вівсянка, коричневий рис, цільнозерновий хліб. У рандомізованому дослідженні заміна рафінованих злаків цільними протягом 6 тижнів підвищила обмін у спокої на 43 ккал на добу, а разом із більшими втратами енергії з калом різниця сягнула 92 ккал^[16].
• Фрукти, особливо цитрусові (грейпфрут, апельсини, лимони), яблука та груші. Вони містять клітковину і вітамін C, але окремого впливу на швидкість обміну не мають.
• Зелені овочі, наприклад шпинат і броколі. Вони дають мікроелементи, потрібні для нормального обміну речовин, при невеликій калорійності.
• Горіхи та насіння. Білки, жири й клітковина в них дають тривалу ситість, хоча калорійність горіхів висока.
• Імбир. У невеликому дослідженні за участю 10 чоловіків напій із 2 г меленого імбиру збільшив термічний ефект сніданку на 42,7 ккал і зменшив голод, але загальний обмін у спокої не змінив^[17].

Міф: часті невеликі перекуси «розганяють» метаболізм. Насправді: метааналіз 15 досліджень спершу показав кращу втрату жиру при частішому харчуванні, але цей результат тримався на одному дослідженні; без нього частота прийомів їжі на склад тіла не впливала^[18]. Важать загальна калорійність і якість раціону, а не кількість перекусів.

Гідратація

Вода потрібна для перебігу метаболічних реакцій у клітинах, і навіть легке зневоднення може сповільнити обмін^[2]. У невеликому дослідженні 500 мл води підвищили обмін на 30% протягом приблизно години, причому близько 40% ефекту пішло на зігрівання води до температури тіла^[19]. Вода перед їжею допомагає і апетиту: люди 55–75 років, які на дієті випивали по 500 мл перед кожним прийомом їжі, за 12 тижнів схудли приблизно на 2 кг більше^[20].

Сон

Якісний сон впливає на гормони апетиту. У молодих чоловіків після двох ночей скороченого сну рівень лептину, гормону ситості, знизився на 18%, а греліну, гормону голоду, зріс на 28%; голод посилився на 24%, особливо тяга до калорійної вуглеводної їжі^[21]. Дорослим до 60 років рекомендують спати 7 годин і більше^[22], а сон коротший за цю норму підштовхує до переїдання.

Повсякденна активність

Рух поза тренуваннями теж збільшує витрати енергії: сходи замість ліфта, пішки на короткі відстані, робота стоячи, активні перерви. Якби люди з ожирінням рухалися в побуті так само, як худорляві, вони витрачали б додатково близько 350 ккал на добу^[7]. Простий спосіб почати дає ходьба для схуднення.

Хірургічні втручання

Баріатричні операції змінюють роботу травної системи, зменшують кількість спожитих калорій і сприяють схудненню. «Метаболічною хірургією» їх називають через вплив на обмін глюкози: за спільною позицією міжнародних діабетичних організацій, такі операції рекомендують при діабеті 2 типу та ІМТ від 40, а також при ІМТ 35–39,9, якщо цукор не вдається контролювати іншими методами^[23]. Це радикальний метод для конкретних медичних показань.

Коротко: чай, перець, імбир і кава додають до витрат лічені десятки калорій на добу, а повсякденний рух може дати сотні. Тому починати варто з кроків і силових тренувань, а не з «жироспалювальних» продуктів.

Що уповільнює метаболізм

Деякі чинники справді знижують витрати енергії:

• Пропуск прийомів їжі. Сам по собі пропущений сніданок обміну не сповільнює, а от тривале голодування і різке обмеження їжі змушують організм економити енергію^[2]. Режими на кшталт інтервального голодування діють передусім через зменшення загальної калорійності.
• Незбалансовані дієти. Суворе обмеження калорій знижує базальний обмін: організм пристосовується до нестачі і зменшує витрати, щоб зберегти ресурси.
• Малорухливий спосіб життя. Без регулярної активності загальні витрати енергії падають, а з часом зменшується і м'язова маса, яка підтримує обмін у спокої.
• Недостатнє споживання води. Зневоднення гальмує метаболічні процеси, бо вода бере участь у більшості хімічних реакцій організму.
• Недосипання. Нестача сну порушує вироблення гормонів, що регулюють апетит, і полегшує переїдання.
• Куріння. Нікотин тимчасово підвищує витрати енергії, тому після відмови вони дещо знижуються. Це не привід курити далі: зайві калорії легше компенсувати рухом.

Метаболічні порушення

Деякі захворювання та генетичні стани порушують обмін речовин. До них належать:

• Гіпотиреоз. Щитоподібна залоза виробляє замало гормонів, через що витрати енергії знижуються^[11]. Це може спричиняти набір ваги, слабкість і втому.
• Синдром Кушинга. Надлишок кортизолу сприяє накопиченню жиру, особливо на животі, і може спричиняти набір ваги^[5].
• Гемохроматоз. Спадкова хвороба, при якій залізо накопичується в тканинах у надмірних кількостях^[2]. Без лікування воно уражає печінку аж до цирозу, може спричинити діабет і серцеву недостатність^[24].
• Хвороба Вільсона. Генетичне порушення обміну міді, при якому вона накопичується в печінці, мозку, нирках і рогівці; потрібне довічне лікування хелаторами або солями цинку^[25][26].
• Хвороба Гоше. Через нестачу ферменту глюкоцереброзидази в клітинах накопичуються жироподібні речовини, зокрема глюкозилцерамід^[27], що порушує роботу органів.