Чи калорія насправді є калорійною метаболічною перевагою дієти з низьким вмістом вуглеводів
Анотація
Перший закон термодинаміки диктує, що маса тіла залишається незмінною, коли споживання калорій дорівнює витраті калорій. Слід зазначити, однак, що різні дієти ведуть до різних біохімічних шляхів, які не є рівнозначними при правильному порівнянні за законами термодинаміки. Недоречно вважати, що з точки зору споживання їжі та енергетичного балансу важливим є лише споживання дієтичних калорій та накопичення ваги. Добре контрольовані дослідження показують, що вміст калорій не може передбачати втрату жиру, як зменшення споживання вуглеводів. Біологічно кажучи, калорія, безумовно, не є калорією. Ідеальна дієта для схуднення, якщо вона взагалі існує, ще залишається визначити, але дієта з високим вмістом вуглеводів/низьким вмістом білка може бути незадовільною для багатьох людей із ожирінням.
Вступ
Термодинаміка та дієти для схуднення
На думку Альберта Ейнштейна, "Класична термодинаміка. є єдиною фізичною теорією універсального змісту, щодо якої я переконаний, що в рамках застосовності її основних концепцій ніколи не буде зруйновано [4]. "Дійсно, перший закон термодинаміки описує один з найважливіших принципів, пов'язаних з масою тіла. Основний принцип стверджує, що енергія не може створюватися або руйнуватися, але може трансформуватися з однієї форми в іншу. Перший закон термодинаміку можна записати так:
де ΔE - зміна запасів енергії під час будь-якого процесу, q - тепло, що виробляється під час процесу, і w - робота. Рівняння енергетичного балансу диктує, що енергетичний потенціал маси тіла залишається незмінним, коли споживання калорій дорівнює витраті калорій [5]. Просто сказано,
Як обговорювали Фейнман та його співробітники [6–8], хоча цей принцип завжди застосовується, застосування цього закону в живих організмах не є простим. Власне кажучи, як написано, вищезазначене рівняння застосовується лише до замкнутих систем, близьких до рівноваги, які не проводять хімічних реакцій [5]. Якщо матерією можна обмінюватися між системою та оточенням, то система є відкритою. Насправді всі живі організми є відкритими системами [4]. Життєві форми приймають їжу з навколишнього середовища і використовують її для підтримки температури тіла та для проходження біохімічних шляхів свого тіла. Очевидно, живі організми також далекі від рівноваги. Також слід враховувати другий закон термодинаміки. Другий закон говорить нам, що процеси завжди йдуть у напрямку випадковості або безладу (ентропії). Кожного разу, коли енергія обмінюється, ефективність буде недосконалою, і частина енергії буде виходити - як правило, у формі тепла - збільшуючи таким чином ентропію у Всесвіті [9]. Важливо, що метаболічні шляхи, за якими йдуть макроелементи, можуть бути дуже різними через різницю в гормональному стані та ферментативній активності [6, 7].
Чому дієти з низьким вмістом вуглеводів сприяють схудненню
Гормональні зміни, пов'язані з дієтою з низьким вмістом вуглеводів, включають зниження рівня циркулюючого інсуліну разом із підвищенням рівня глюкагонів, що призводить до активації фосфоенолпіруваткарбоксикінази, фруктози 1,6-біфосфатази та глюкози 6-фосфатази та інгібування піруваткінази, 6-фосфофрукто-1-кінази та гексокінази, сприяючи глюконеогенезу порівняно з гліколізом. Глюконеогенез - це енергоємний процес, оскільки на синтез 1 моль глюкози з пірувату або лактату витрачається 6 моль АТФ [10]. Перетворення глюконеогенних амінокислот у глюкозу вимагає ще більше енергії, оскільки АТФ необхідний для утилізації азоту як сечовини [10]. Крім того, дієта з низьким вмістом вуглеводів збільшує обмін білків у організмі; а енергозалежні процеси підтримки обороту білків (табл. 1), включаючи синтез, згортання, націлювання, регуляторні процеси та розпад білків, мають загальну вартість енергетичного гомеостазу, що значно вища, ніж оцінювалося раніше [11].
Крім того, дієта з низьким вмістом вуглеводів часто містить багато білка. Недавнє дослідження продемонструвало, що термогенез після прийому їжі був підвищений на 100% при дієті з високим вмістом білка/жиру проти. дієта з високим вмістом вуглеводів/низьким вмістом жиру у здорових суб’єктів [12]. Нарешті, кетогенні дієти характеризуються підвищенням кількості вільних жирних кислот, що призводить до підвищеної транскрипції білків, що роз’єднують мітохондрії, та пероксисомного β-окислення [13]. Роз’єднані білки дозволяють градієнту протонів, що генерується дихальним ланцюгом, знову потрапляти в мітохондрії шляхами, які минають АТФазу F1, що призводить до генерування тепла, а не АТФ. Крім того, жирні кислоти, що зазнають β-окислення пероксисомами, не мають механізму енергозбереження, а призводять лише до виробництва тепла [13]. Важливим підсумком є те, що це призводить до метаболічної неефективності.