✅Счетчик калорий

 

Житель мегаполиса - абстракция

Эволюционный антрополог Герман Понтцер разрушает мифы о том, как люди сжигают калории и вот почему.

Теплым октябрьским утром в среду Герман Понтцер надевает мятый лабораторный халат, поправляет маску и направляется в свою лабораторию в Университете Дьюка, надеясь подчеркнуть студента. Студентка по имени Кристина отдыхает на лабораторном столе с головой в прозрачном пластиковом капюшоне. Понтцер приветствует ее официально и запускает проверенный временем метод повышения ее кровяного давления: он дает ей устный тест по математике.

“Начните с числа 1022 и вычтите 13, пока не дойдете до нуля”, - говорит он, говоря на полную громкость, чтобы быть услышанным через лязгающий кондиционер. “Если вы ошибетесь, мы начнем все сначала. Вы готовы идти?”

“1009, 997”, - говорит Кристина.

“Начните сначала”, - вторит Понтцер.

Кристина, которая подписалась на “стресс-тест”, нервно смеется. Она пытается снова и добирается до 889, только чтобы Понтцер остановил ее. Это происходит снова и снова. Затем Понтцер просит ее умножить 505 на 117 вслух. К этому моменту она сжимает пальцы ног, одетые в носки.

Постдок Зейн Свонсон и старшекурсница Габриэль Батлер контролируют ее сердечный ритм и сколько углекислогогаза (CO2) она выдыхает в капюшон. Затем Понтцер задает ряд вопросов, направленных на повышение уровня стресса студента: какова работа ее мечты и что именно она собирается делать после окончания учебы?

Это еще один день в лаборатории Понтцера, где он и его ученики измеряют, сколько энергии люди тратят, когда они испытывают стресс, тренируются или устанавливают иммунный ответ на вакцину, среди других состояний. ИзмеряяCO2 в дыхании Кристины, он выясняет, сколько энергии она сожгла, справляясь с математической тревогой.

В 44 года работа Понтцера как биологического антрополога-подсчет калорий. Это не для того, чтобы похудеть—при росте 1,85 метра и весе около 75 килограммов (6 футов 1 дюйм и 165 фунтов), со страстью к бегу и скалолазанию, он “тощий до нормального размера”, по словам онлайн-рецензента книги Понтцера 2021 Burn: NewИсследования срывают крышку с того, как мы действительно сжигаем калории, худеем и остаемся здоровыми.

Понтцер с удовольствием рассказывает о потере веса на шоу доктора Оза и NPR, но его настоящая миссия состоит в том, чтобы понять, как в одиночку среди обезьян людям удается иметь все это, энергетически говоря: у нас большие мозги, длительное детство, много детей и долгая жизнь. Энергетический бюджет, необходимый для поддержки этих черт, включает в себя компромиссы, которые он пытается разгадать, между энергией, потраченной на физические упражнения, размножение, стресс, болезни и жизненно важные функции.

Заимствуя метод, разработанный физиологами, изучающими ожирение, Понтцер и его коллеги систематически измеряют общую энергию, используемую в день животными и людьми в различных сферах жизни. Ответы, полученные из их данных, часто удивляют: физические упражнения не помогают вам сжигать больше энергии в среднем; активные охотники-собиратели в Африке не тратят больше энергии ежедневно, чем сидячие офисные работники в Иллинойсе; беременные женщины не сжигают больше калорий в день, чем другие взрослые, после корректировки массы тела.

Метаболизм в течение жизни

С поправкой на массу тела малыши сжигают больше всего калорий в день. Общий расход энергии (TEE) снижается после 60 лет, хотя у людей наблюдаются некоторые различия (серые точки).

График метаболизма - зависимость от возраста

Особенность Понтцера как популяризатора может раздражать некоторых из его коллег. Его сообщение о том, что физические упражнения не помогут вам похудеть, “не имеет аналогов”, - говорит физиолог Джон Тайфолт из Медицинского центра Университета Канзаса, который говорит, что это может подтолкнуть сидящих на диете к менее здоровым привычкам.

Но другие говорят, что помимо разрушения мифов о расходах энергии человека, работа Понтцера предлагает новый взгляд для понимания физиологии и эволюции человека. Как он написал в Burn, “В экономике жизни калории-это валюта”.

“Его работа революционна”, - говорит палеоантрополог Лесли Айелло, бывший президент Фонда Веннера-Грена, который финансировал работу Понтцера. “Теперь у нас есть данные, которые дали нам совершенно новую основу для того, как мы думаем о том, как люди адаптировались к энергетическим пределам”.

СЫН ДВУХ учителей английского языка в средней школе, Понтцер вырос на 40 гектарах леса в Аппалачских холмах недалеко от небольшого городка Керси, штат Пенсильвания. Его отец, который помог построить их дом, научил Понтцера интересоваться тем, как все работает, и исправлять их. “Никто никогда не звонил сантехникам или электрикам”, - вспоминает Понтцер.

Эти уроки самодостаточности и исходящего характера помогли ему справиться, когда его отец умер, когда Понтцеру было всего 15 лет. Старший двоюродный брат также настроил его на занития альпинизмом, который научил его быть смелым и важным навыкам, которые, по его словам, позже помогли ему пойти на интеллектуальный риск и бросить вызов устоявшимся идеям. “Когда у вас плохой опыт, и жизнь срывает вас с пути, это страшно”, - говорит Понтцер. “Однако вы должны двигаться вперед, и это учит вас не бояться новых направлений в жизни”.

Понтцер обратился в один колледж—Университет штата Пенсильвания, футбольные игры которого были изюминкой его детства. “Я предполагал, что буду моим отцом—поеду в штат Пенсильвания, получу степень учителя и останусь в Керси”, - говорит он. Но однажды в штате Пенсильвания он работал с покойным известным палеоантропологом Аланом Уокером и обнаружил, что рассматривает аспирантуру по биологической антропологии.

Узнав, что его многообещающий ученик выбирает школы, основанные на их близости к горам, Уокер был тупым: он сказал Понтцеру, что он идиот, если не подаст заявление в Гарвардский университет, и, как только Понтцер будет принят, он будет идиотом, если не пойдет.

Понтцер пошел. В начале 2000—х годов ученые мало знали об общих энергетических затратах людей (TEE) - количестве килокалорий (“калорий” на этикетках продуктов питания), которые 37 триллионов клеток человека сжигают за 24 часа. Исследователи измерили скорость, с которой наши тела сжигают энергию в состоянии покоя—базальную скорость метаболизма (BMR), которая включает энергию, используемую для дыхания, кровообращения и других жизненно важных функций. Они знали, что BMR был примерно одинаковым среди крупных млекопитающих с поправкой на размер тела. Таким образом, хотя BMR захватывает только от 50% до 70% от общего потребления энергии, исследователи полагали, что килограмм за килограммом люди сжигают энергию примерно с той же скоростью, что и другие обезьяны.

Но у людей есть дополнительный расход энергии: наш большой мозг, на который приходится 20% нашего потребления энергии в день. Айелло предположил, что наши предки компенсировали эти дорогие мозги, развивая меньшие кишки и другие органы. Другие думали, что люди сэкономили энергию, эволюционировав, чтобы ходить и бегать более эффективно.

В Гарварде Понтцер хотел проверить эти идеи. Но он понял, что для этого недостаточно данных: никто не знал, сколько общей энергии используют приматы, когда они двигаются, а тем более как различия в анатомии или компромиссы в размере органов влияют на использование энергии. “Мы говорили о локомоторных адаптациях у гомининов, мы говорили об эффективности, мощности и силе, но все это было придумано”, - говорит Понтцер.

Он понял, что должен вернуться к основам, измеряя калории, расходуемые людьми и животными, идущими и бегущими по беговым дорожкам. Млекопитающие используют кислород для преобразования сахара из пищи в энергию, аCO2-в качестве побочного продукта. Чем большеCO2 выдыхает млекопитающее, тем больше кислорода и калорий он сжигает.

Для своей докторской диссертации Понтцер измерил, сколькоCO2 собаки и козы выдыхают во время бега и ходьбы. Он обнаружил, например, что собаки с длинными ногами используют меньше энергии для бега, чем корги, как он сообщил в 2007 году, вскоре после того, как он получил свою первую работу в Вашингтонском университете в Сент-Луисе. Со временем, по его словам, “то, что начиналось как невинный проект, измеряющий стоимость ходьбы и бега у людей, собак и коз, превратилось в своего рода профессиональную одержимость измерением затрат энергии”.

Понтцер все еще измеряет выдыхаемыйCO2, чтобы получить калории, сожженные в определенной деятельности, как он сделал со стресс-тестом Кристины. Но он обнаружил, что физиологи разработали лучший способ измерения TEE в течение дня: метод двойной маркировки воды, который измеряет TEE, не прося субъекта дышать в капюшон весь день.

Физиолог Дейл Шеллер, ныне работающий в Университете Висконсина в Мэдисоне, адаптировал метод, впервые использованный на мышах, к людям. Люди пьют безвредный коктейль из меченой воды, в котором различные изотопы водорода и кислорода заменяют общие формы. Затем исследователи берут пробы мочи несколько раз в течение 1 недели. Меченый водород проходит через организм в мочу, пот и другие жидкости, но когда человек сжигает калории, часть меченого кислорода выдыхаетсяв виде CO2Таким образом, отношение меченого кислорода к меченому водороду в моче служит мерой того, сколько кислорода клетки человека использовали в среднем за день и, следовательно, сколько калорий было сожжено. Метод является золотым стандартом для общего потребления энергии, но он стоит 600 долларов за тест и был недоступен для большинства эволюционных биологов.

Первый из многих прорывов Понтцера с помощью этого метода произошел в 2008 году, когда, получив 20 000 долларов от Фонда Веннера-Грена, он получил возможность собрать образцы мочи в тогдашнем Great Ape Trust исследовательском центре в Айове. Там приматолог Роб Шумейкер вылил изотопный чай со льдом без сахара в рот четырех орангутанов. Понтцер беспокоился о сборе мочи у взрослой обезьяны, но Шумейкер заверил его, что орангутанги были обучены мочиться в чашку.

Позже той осенью, когда Понтцер получил результаты мочи, он им не поверил: орангутанги сжигали треть энергии, ожидаемой для млекопитающего их размера. Повторный тест вернул те же результаты: Ази, взрослая особь мужского пола весом 113 килограммов, например, сжигал 2050 килокалорий в день, что намного меньше, чем 3300, которые обычно сжигает 113-килограммовый человек. “Я был в полном недоумении”, - говорит Понтцер. орангутанги, возможно, были “ленивцами в генеалогическом древе обезьян”, подумал он, потому что в прошлом они страдали от длительного дефицита пищи и эволюционировали, чтобы выжить на меньшем количестве калорий в день.

Последующие дважды помеченные водные исследования обезьян в неволе и в  разрушили общее мнение о том, что все млекопитающие имеют одинаковые показатели метаболизма с поправкой на массу тела. Среди этих больших обезьян люди являются исключением. С поправкой на массу тела мы сжигаем на 20% больше энергии в день, чем шимпанзе и бонобо, на 40% больше, чем гориллы, и на 60% больше, чем орангутанги, сообщили Понцер и коллеги в Nature в 2016 году.

Высокоэнергетическая обезьяна

Люди сжигают гораздо больше энергии ежедневно, а также хранят гораздо больше энергии в виде жира, чем другие обезьяны. Наш общий расход энергии (TEE) включает в себя наш базальный уровень метаболизма (BMR) плюс другие виды деятельности, включая физические упражнения.

График сжигания калорий у людей и у обезьян (орангутангов)

Понтцер говорит, что разница в жировых отложениях столь же шокирующая: мужчины-люди упаковывают в два раза больше жира, чем самцы-обезьяны, а женщины-в три раза больше, чем  самки-обезьяны. Он думает, что наш здоровенный жир развился в тандеме с нашей более быстрой скоростью метаболизма: жир сжигает меньше энергии, чем мышечная ткань, и обеспечивает запас топлива. “Наши метаболические двигатели не были созданы миллионами лет эволюции, чтобы гарантировать готовое к пляжу тело бикини”,-пишет Понтцер в Burn.

Однако наша способность преобразовывать запасы пищи и жира в энергию быстрее, чем другие обезьяны, имеет важные выгоды: это дает нам больше энергии каждый день, чтобы мы могли питать наш большой мозг, а также кормить и защищать потомство с долгим, энергетически дорогостоящим детством.

Понтцер считает, что характерные человеческие черты в поведении и анатомии помогают нам поддерживать усиленный метаболизм. Например, люди обычно делятся больше пищи с другими взрослыми, чем другие обезьяны. Совместное использование пищи более эффективно для группы и дало бы ранним людям энергетическую безопасность. И наши большие мозги создали петлю положительной обратной связи. Они требовали больше энергии, но также давали ранним людям ум изобретать лучшие инструменты, контролировать огонь, готовить и адаптироваться другими способами, чтобы получить или сэкономить больше энергии.

ПОНТЦЕР ПОЛУЧИЛ УРОК о ценности совместного использования пищи в 2010 году, когда он отправился в Танзанию, чтобы изучить энергетические бюджеты охотников-собирателей Хадза. Одной из первых вещей, которые он заметил, было то, как часто Хадза использовал слово “за”, что означает “давать”. Это волшебное слово, которое все должны были выучить в детстве, чтобы заставить кого-то поделиться с ними ягодами, медом или другими продуктами. Такой обмен помогает всем хадзе быть активными: когда они охотятся и добывают пищу, женщины Хадзы проходят около 8 километров в день; мужчины, 14 километров—больше, чем типичный американец проходит за 1 неделю.

Чтобы узнать об их затратах энергии, Понтцер спросил Хадзу, будут ли они пить его безвкусный водный коктейль и давать образцы мочи. Они согласились. Он почти не мог получить финансирование для исследования, потому что другие исследователи предполагали, что ответ очевиден. “Все знали, что у Хадзы были исключительно высокие затраты энергии, потому что они были настолько физически активны”, - вспоминает он. “Кроме того, что они этого не сделали”.

У отдельных Хадза были дни большей и меньшей активности, а некоторые сжигали на 10% больше или меньше калорий, чем в среднем. Но с поправкой на обезжиренную массу тела мужчины и женщины Хадзы сжигали в среднем столько же энергии в день, сколько мужчины и женщины в Соединенных Штатах, а также в Европе, России и Японии, сообщил он в PLOS ONE в 2012 году. “Удивительно, когда вы рассматриваете различия в физической активности”, - говорит Шеллер.

Одним человеком, который не был удивлен, была эпидемиолог Эми Люк из Чикагского университета Лойолы. Она уже получила аналогичный результат с двойными исследованиями воды, показав, что женщины-фермеры в Западной Африке ежедневно использовали такое же количество энергии с поправкой на обезжиренную массу тела, что и женщины в Чикаго —около 2400 килокалорий на 75-килограммовую женщину. Люк говорит, что ее работа не была хорошо известна—пока статья Понтцера не произвела фурор. С тех пор они сотрудничают.

Понтцер “очень хорошо продает большие идеи”, будь то в социальных сетях или пишет для широкой аудитории, говорит его бывший постдок Сэм Урлачер из Университета Бейлора. “Это треплет некоторые перья, но он не боится оказаться неправым”.

Исследования других групп охотников-собирателей и фуражиров подтвердили, что Хадза не является аномалией. Понтцер считает, что тела охотников-собирателей приспосабливаются к большей активности, тратя меньше калорий на другие невидимые задачи, такие как воспаление и стрессовые реакции. “Вместо того, чтобы увеличивать количество сжигаемых калорий в день, физическая активность Хадзы меняла то, как они тратят свои калории”, - говорит он.

Он подкрепил это новым анализом данных из исследования другой команды сидячих женщин, обученных бегать полумарафоны: после нескольких недель тренировок они едва сжигали больше энергии в день, когда бегали 40 километров в неделю, чем до того, как начали тренироваться. В другом исследовании марафонцев, которые ежедневно пробегали 42,6 километра 6 дней в неделю в течение 140 дней в гонке по США, Понтцер и его коллеги обнаружили, что бегуны постепенно сжигали меньше энергии с течением времени—4900 калорий в день в конце гонки по сравнению с 6200 калориями в начале.

По мере того, как спортсмены бегали все больше и больше в течение недель или месяцев, их метаболические двигатели сокращаются в другом месте, чтобы освободить место для дополнительных затрат на упражнения, говорит Понтцер. И наоборот, если вы кушетка, вы все равно можете тратить почти столько же калорий ежедневно, оставляя больше энергии для вашего тела, чтобы тратить на внутренние процессы, такие как реакция на стресс.

Это “самая спорная и интересная идея Понтцера”, - говорит гарвардский палеоантрополог Даниэль Либерман, который был консультантом Понтцера. “Сегодня утром я пробежал около 5 миль; я потратил около 500 калорий на бег. В очень упрощенной модели это означало бы, что мой тройник будет на 500 калорий выше. … По словам Германа, люди, которые более активны, не имеют такого высокого TEE, как вы предсказываете ... но мы до сих пор не знаем, почему и как это происходит”.

Выводы Понтцера имеют обескураживающие последствия для людей, желающих похудеть. “Вы не можете выйти из ожирения”, - говорит эволюционный физиолог Джон Спикман из Китайской академии наук. “Это одна из тех идей зомби, которая отказывается умирать”. Уже исследование влияет на диетические рекомендации по питанию и снижению веса. Например, Национальная продовольственная стратегия Великобритании отмечает, что “вы не можете убежать от плохой диеты”.

Но Thyfault предупреждает, что сообщение может принести больше вреда, чем пользы. Люди, которые тренируются, менее склонны набирать вес в первую очередь, а те, кто тренируется во время диеты, как правило, лучше удерживают вес, говорит он. Физические упражнения также могут влиять на то, где жир хранится в организме, и на риск диабета и сердечных заболеваний, говорит он.

Понтцер соглашается с тем, что физические упражнения необходимы для хорошего здоровья: Хадза, которые активны и вписываются в свои 70-80 лет, не болеют диабетом и сердечными заболеваниями. И он добавляет: “Если физические упражнения подавляют реакцию на стресс, эта компенсация-хорошая вещь”. Но он говорит, что несправедливо вводить в заблуждение людей, сидящих на диете: “Физические упражнения не позволяют вам заболеть, но диета-ваш лучший инструмент для управления весом”.

Тем временем Понтцер закладывал основу для других сюрпризов. В прошлом году он и Спикман совместно возглавили усилия по созданию замечательного нового ресурса-базы данных Международного агентства по атомной энергии с двойной маркировкой воды. Это включает в себя существующие исследования воды с двойной маркировкой почти 6800 человек в возрасте от 8 дней до 95 лет.

Они использовали базу данных для первого всестороннего исследования использования энергии человеком в течение жизни. Снова популярное предположение было поставлено на карту: подростки и беременные женщины имеют более высокий метаболизм. Но Понтцер обнаружил, что именно малыши являются динамо-машинами. Новорожденные имеют тот же уровень метаболизма, что и их беременные матери, что ничем не отличается от других женщин с поправкой на размер тела. Но в возрасте от 9 до 15 месяцев дети расходуют на 50% больше энергии в день, чем взрослые, с поправкой на размер тела и жир (см. График, выше). Это, вероятно, подпитывает их растущий мозг и, возможно, развивающуюся иммунную систему. Результаты, о которых сообщается в Science, помогают объяснить, почему у недоедающих детей может наблюдаться задержка роста.

Метаболизм детей остается высоким, с поправкой на размер тела, примерно до 5 лет, когда они начинают медленно снижаться до 20 лет и стабилизируются во взрослой жизни. Люди начинают использовать меньше энергии в возрасте 60 лет, а к 90 годам пожилые люди используют на 26% меньше, чем взрослые среднего возраста.

Понтцер теперь исследует тайну, возникшую из его исследований спортсменов: кажется, существует жесткий предел того, сколько калорий наши тела могут сжигать в день, установленный тем, как быстро мы можем переваривать пищу и превращать ее в энергию. Он подсчитал, что потолок для 85-килограммового человека составит около 4650 калорий в день.

Спикман считает, что предел слишком низок, отмечая, что велосипедисты в Тур де Франс в 1980-х и 90-х годах превысили его. Но они вводили жир и глюкозу непосредственно в свои кровотоки, практика, по мнению Понтцера, могла бы помочь им обойти физиологические ограничения на превращение пищи в энергию. Элитные спортсмены могут раздвигать пределы в течение нескольких месяцев, как показало исследование марафонцев, но не могут поддерживать его бесконечно, говорит Понтцер.

Чтобы понять, как организм может питать интенсивные физические упражнения или бороться с болезнями, не нарушая энергетических ограничений, Понтцер и его ученики изучают, как организм подавляет другие виды деятельности. “Я думаю, что мы обнаружим, что эти корректировки снижают воспаление, снижают нашу стрессовую реакцию. Мы делаем это, чтобы сбалансировать энергетические книги”.

Вот почему он хотел знать, сколько энергии Кристина сожгла, пока он жарил ее в лаборатории. После теста Кристина сказала, что она “определенно была напряжена”. По мере того, как она продолжала, ее частота сердечных сокращений выросла с 75 до 80 ударов в минуту до 115. И ее потребление энергии выросло с 1,2 килокалорий в минуту до 1,7 килокалорий в минуту.

“Она сжигала на 40% больше энергии в минуту в тесте по математике и на 30% в интервью”, - говорит Понтцер. “Подумайте о любом другом процессе, который повышает вашу энергию примерно на 40%”.

Он надеется, что такие данные, как у нее, помогут выявить скрытую стоимость психического стресса. Измерение того, как стресс и иммунные реакции усиливают потребление энергии, может помочь выявить, как эти невидимые действия складываются и обмениваются в наших ежедневных энергетических бюджетах. Понтцер знает, что у него есть работа, вырезанная для него. “Пока мы не сможем показать, как тянутся рычаги, чтобы внести эти коррективы в использование энергии, люди всегда будут скептически относиться. Это на нас, чтобы сделать следующее поколение экспериментов”.