לחשוב מטבוליזם לא קלוריות

 

calories+in+vs+calories+out.

בפוסט הזה אני רוצה להסביר לעומק את העניין סביב מאזן קלורי ומשקל גוף מכיוון שיש הרבה טעויות קריטיות כשאנשים מדברים על הנושא, לרוב מחוסר מודעות לעומק ומורכבות הדברים. אנסה להסביר את ההבדל בין מאזן קלורי, מאזן מסה, קינטיקה ואיך הכל מתחבר ביחד כדי לנסות להבין מה קורה בגוף כשאנו משנים את המשקל שלו. על מנת להבין את הנקודות שאני הולך להעביר צריך ידע במטמטיקה, כימיה, פיסיקה ויכולת חשיבה מדעית  וזה לא על מנת להבהיל אתכם אלא על מנת שיתחילו להתייחס ברצינות לנושא ושינתחו אותו בעזרת הכלים המדעיים וההנדסיים המתאימים ולא בעזרת הנפנופי ידיים שיש בדיונים באינטרנט.

מי שלא רוצה להתעמק בתיאוריה ומעדיף ישר לראות מחקרים לדוגמא יכול לדלג לשתי הפסקאות בסוף “להיות בגרעון קלורי ולהעלות בשומן” ו”להיות בגרעון קלורי ולהעלות במסת השריר”.

תיאוריית הקלוריות כגורם לירידה במשקל

הבסיס המדעי של תיאוריית הקלוריות אשר גורסת שמאזן קלורי שלילי ייגרום לירידה במשקל הגוף מסתמכת על החוק הראשון של התרמודיניקה. החוק הוא הרחבה של חוק שימור האנרגיה שאומר שאנרגיה אינה נוצרת או נעלמת ולכן אם אני במאזן קלורי שלילי האנרגיה העודפת הגיע מהגוף שלי ונרד במשקל. בצורה מטמטית זה נראה כך:

math_23

כל מהנדס ישר ישים לב שמשהו בטענה הזאתי נשמע מוזר ולא הגיוני. זה הדבר הראשון שמהנדסים מסתכלים עליו כשהם באים לנתח משוואה וזה היחידות של המערכת. בצד אחד של המשוואה יש לנו קלוריות ובצד השני יחידות של מסה, זה משוואה לא פיסיקלית. כאשר מדברים על מאזנים היחידות של המשוואה חייבות להיות זהות בשתי הצדדים. כדי להבין איך עוברים מיחידות של אנרגיה ליחידות של מסה יש צורך לבצע ניתוח מלא של המערכת, המעבר הוא לא כל כך פשוט.

מאזן מסה של תיאוריית הקלוריות

הטענה הבאה תיהיה שהמאזן הקלורי עצמו אינו גורם לירידה במשקל כמו שראינו זה לא אותם יחידות אתם לא יורדים 500 קלוריות במשקל אתם יורדים 2 קילו במשקל, זה יחידות של מסה. לכן יש להעביר את היחידות של האנרגיה ליחידות של מסה. בהנחה שאנחנו בגרעון קלורי האנרגיה הנוספת הדרושה תיהיה על פי האנרגיה שמשוחררת מהתגובה הכימית לקבלת האנרגיה.

A \rightarrow B -\Delta H [\frac{kcal}{kg}]

למשל שרפנו שומן או חומר אורגני אחר שהפך למים ופחמן דו חמצני שנפלטו אל האטמוספירה וכך למעשה הגוף איבד מסה וקיבל את האנרגיה שהייתה בקשרים הכימיים של האטומים במולקולה.

C_{{X}}H_{{y}}O_{{z}}\rightarrow H_{{2}}O +CO_{{2}}

זאת אומרת שניתן להגדיר פונקציה f שנכניס אליה גרעון קלורי והיא תגיד לנו כמה חומר אורגני התפרק בהתאם לאנרגיה המשוחררת מאותה תגובה.

math_01

אם כך מאזן מסה שלנו כעת נראה כך:

math_21

עכשיו יש לנו בעיה חדשה. הפונקציה f שהגדרנו מדברת על חומר אורגני כללי כפי שהוצג במשוואה הכימית והיא אינה מוגדרת על מנת שנוכל לדעת כמה מסה השתחררה מכיוון שזה תלוי באנתלפיה (כמות האנרגיה המשתחררת מהתגובה) של התגובה עליה אנו מדברים וכל תגובה שונה באנלתפיה שלה. לכן עלינו להגדיר את f עבור כל חומר אורגני ספציפי שמגיב ומספיק אנרגיה. מכאן נקבל סט של n משוואות שהסכום שלהם ייתן לנו את סך השינוי במסה כתוצאה מהצורך האנרגטי של הגוף.

math_20

כפי שהגדרנו את המסה היוצאת מהגוף היא פונקציה של כמות האנרגיה שצרכנו מאותה תגובה כימית. לכן לכל פונקציה אנו מגדירים פרמטר a שהוא כמות האנרגיה שהיינו צריכים לצרוך מאותה תגובה כימית זאת על מנת לדעת כמה מסה הגבנו מאותו החומר. כאשר לדוגמא חומר x לא שחרר אנרגיה לגוף הפרמטר a שלו יהיה שווה 0 מכיוון שהוא לא סיפק אנרגיה במאזן האנרגיה שלנו וכך הלאה כל תגובה כימית וכמות האנרגיה שהשתחררה ממנה תכנס לפונקציה כדי לדעת כמה מסה פלטנו לסביבה מהתגובה. סך הפרמטרים של כל התגובות שווה לכמות האנרגיה שהיינו צריכים לספק לגוף.

math_22

אם כך על מנת לפתור את מאזן המסה שלנו ולדעת כמה משקל נרד אם בכלל מגרעון קלורי עלינו לדעת כמה אנרגיה קיבלנו מכל חומר אורגני שהגיב. למשל כמה אנרגיה משומן וכמה אנרגיה מגלוקוז ומשאר החומרים. כך נוכל לפתור את המאזן, אבל איך נוכל לכמת כמה אנרגיה השתחררה מכל תגובה?

מאזן מסה מלא

מאזן המסה שתואר בחלק הקודם הוא איבר אחד במשוואה של מאזן המסה הכללי. מאזן מסה כללי נראה כך:

math_04

האיבר אותו תיארנו במשוואות הקודמות הוא הmass consumed, כמה מסה נצרכה במערכת אבל כמו שאפשר לראות נותר לנו להגדיר עוד 3 איברים כדי לדעת מה הוא השינוי האמיתי של המסה של אותו חומר x עליו אנו מדברים. לצורך העניין ולמען הדוגמא נתאר מאזן מסה על רקמת השומן. האיבר mass in הוא שומן שנכנס לנו באוכל. האיבר mass out הוא מה שיוצא לנו מהגוף בצורת שומן ומכיוון שהספיגה של שומן במעי גבוהה אפשר להזניח את האיבר הזה ולהגיד שהוא ~0, אין שומן שיוצא מהגוף כשומן. האיבר שעדיין לא דיברנו עליו הוא mass regenerate שהוא בעיקר פונקציה של de novo lipogenesis שזהו התהליך של יצירת שומן בגוף (בקיצור נקרא לתהליך DNL). מאזן המסה החדש על רקמת השומן שלנו יראה כך:

math_19

  • צריכת השומן שלנו הוא איבר פשוט, כמה שומן הכנסו לגוף מהאוכל.
  • האיבר הבא DNL הוא פונקציה של n משתנים המתארים את ייצור השומן שגוף. זה יכול להיות גורמים הורמונליים, אנרגטיים, גנטיים ועוד. בהמשך אפרט יותר על האיבר הזה.
  • הפונקציה f עליה דיבנרנו ממקודם תלויה כמה שומן צרכנו בהתאם לכמות האנרגיה שדרשנו משומן אבל כמות האנרגיה שאנו דורשים משומן היא פונקציה של n משתנים נוספים כמו מצב הורמונלי, גנטיקה, דרישות נוספות של הגוף ועוד. בהמשך אפרט גם על איבר זה.

כל עוד מאזן המסה על רקמת השומן חיובי אנחנו נצבור מסת שומן וכל עוד היא שלילית אנו נוריד במסת השומן, זאת השורה התחתונה והחשובה במשוואה הקושרת בין ירידה או עלייה במסת השומן

על מנת שנוכל לתאר את הפונקציה DNL, הפונקציה ואת הפרמטרים שהשולטים בערכים שלהם עלינו לחזור לתחילת הפוסט ולחוק הראשון של התרמודינמיקה.

מאזן אנרגיה והחוק הראשון של התרמודינמיקה

מתוך הנחת חוק שימור אנרגיה נוצר החוק הראשון של התרמודינמיקה שאומר שסך האנרגיה במערכת תמיד יישאר זהה אבל מה ששוכחים כשמדברים על החוק הראשון זה שאנרגיה יכולה להחליף צורה. ישנם 2 צורות אנרגיה במערכת אשר יכולות להחליף צורה ביניהן, חום ועבודה. החוק הראשון בצורתו הכללית מנוסח כך:

math_06

האיבר U מסמן את האנרגיה הפנימית של המערכת כאשר הסימון עם דלתא אומר השינוי באנרגיית המערכת. Q מסמן חום וW עבודה. היחס ביניהם יכול להשתנות אבל סך שינוי האנרגיה במערכת תמיד יהיה הסכום של שתי הגדלים האלה בצורה זאת באה לידי ביטוי חוק שימור האנרגיה כך שאנרגיה אינה נוצרת או נעלמת. האיבר Q מבוטא לרוב על ידי טמפרטורה ואנתרופיה. האיבר W מבוטא לרוב על ידי שינוי בלחץ ונפח או על ידי פוטנציאל כימי . לדוגמא העלאת טמפרטורה דורשת חום וניפוח בלון דורש השקעת אנרגיה (קוראים לזה במדע עבודה). כל אלה שינויים פיזיקליים במערכת אך במידה ויש לנו גם תגובות כימיות עלינו להתחשב באנרגיה המושקעת בפוטנציאל הכימי ולכן החוק הראשון של התרמודינמיקה בצורתו הכללית והדיפרנציאלית נראה כך:

math_07

השינוי באנרגיה הפנימית של מערכת תלוי בטמפרטורה שלה כפול השינוי באנתרופיה פחות הלחץ כפול השינוי בנפח ועוד סך הפוטנציאליים הכימיים שלה. נשמע מסובך? זה באמת מסובך ורק מדגים למה כשזורקים לאוויר טיעון כמו “על פי החוק הראשון של התרמונידמיקה…” הוא הרבה יותר מורכב ממה שנראה זאת משום שכדי לדעת איזה צורה קיבלה האנרגיה במערכת שלנו עלינו לפתור משוואות מסובכות שמתארות את המערכת. יש מחלקות הנדסה שלמות שעוסקות כיצד בשינוי אנרגיה של מערכת אפשר לקבל יותר עבודה ופחות חום, למשל מהנדסי מנועים שרוצים מנוע יותר יעיל.

הנקודה החשובה כאן זה שהחוק הראשון של התרמודינימקה לא אומר לנו איך מתפלגת האנרגיה במערכת ומה היעילות שלה.

נסתכל על הגוף שלנו כמערכת עם אנרגיה פנימית U ונגדיר לה את המשתנים Q וW. נניח שהאנרגיה הפנימית שלנו ירדה ב500 קלוריות, לצורך העניין גרעון קלורי של 500 קלוריות אני עדיין לא יודע איך האנרגיה מתחלקת בין חום לעבודה. כמה הלך על חום וכמה על עבודה? לצורך האנלוגיה שרפתם 5 ליטר דלק באוטו שלכם האם אתם יכולים לדעת לאיזה צורה הפכה האנרגיה? אם הייתם כל הזמן על הברקס חזק בזבתם הרבה אנרגיה על חום, האוטו לא זז לשום מקום. אם האוטו נסע עשיתם עבודה והמרתם חלק מהאנרגיה לאנרגיה קינטית. מה שחשוב כאן להבין זה שמעצם העבודה שאמרתי לכם ששרפתי 5 דלק ליטר באוטו זה לא אומר לכם כמעט כלום על כמה הוא זז.

מהחוק הראשון של התרמודינמיקה אני יודע שהאנרגיה שלי הלכה או על חום או על עבודה כאשר עבודה יכולה להיות תגובות כימיות למיניהן כמו de novo lipogenesis למשל או סינתזת חלבונים לשריר ועוד תגובות שונות. ניתן לראות מצבי קיצון בהם הרבה מן האנרגיה הולכת לחום כמו שעושה הסם DNP. מה שהסם הזה עושה הוא להמיר אנרגיה פוטניצאלית כימית לחום על ידי זה שהאנרגיה שמשתחררת במיטוכונדריה הולכת על חום במקום על ייצור ATP.  כמו שהסם DNP משפיע באופן קיצוני על היחס בין חום לעבודה בגוף כך גם חומרים כימיים אחרים כמו הורמונים שולטים על היחס הזה ואף יותר מזה כמו לאיזה מולקולה תלך העבודה שאנו משקיעים כדי לייצר מולקולות.

כאשר נתאר באופן כללי את פונקציה של הDNL כפי שרצינו לעשות היא תלויה בכמות האנרגיה לעבודה שאנו משקיעים בייצור ובקינטיקה של התגובה. כרגע נתאר אותה רק בעזרת כמות העבודה שהשקענו בה. כמות העבודה הזאת תלויה בפרופיל ההורמונלי שמווסת את היחס בין חום ועבודה והיחס בין עבודה לבניית למולקולה אחת לבניית מולקולה שנייה. לכן ניתן לתאר את פונקציית הDNL כך:

math_08

הפונקציה DNL תלויה בכמות האנרגיה שהשקענו בה שהיא בתורה תלויה בפרופיל ההורמונלי שלנו. אתן לכך דוגמא כשאפרט על קינטיקה של תגובות. כעת מאזן המסה המפושט יותר שלנו נראה כך:

math_17

כעת יש לנו לטפל בפונקציה f שהיא תלויה בכמות האנרגיה הנדרשת משומן. כמה מהאנרגיה של הגוף תגיע משומן? גם עניין זה הוא הורמונלי וההורמון שהכי משפיע על היחס הזה הוא אינסולין.

קינטיקה של תגובות כימיות

תגובות כימיות מתרחשות בקצבים שונים כפונקציה של הסביבה שלהם. למשל קורוזיה תתרחש בקצב שונה בסביבה מימית או בסביבה יבשה. חלק מהתגובות ובעיקר בביולוגיה מצריכות אנזימים כדי להתניע את התגובה.

Activation_energy.

אנרגיית ההפעלה של התגובה Ea היא כמות האנרגיה המינימלית שיש לספק למערכת על מנת להתחיל תגובה כימית ניתן לראות שהיא יורדת כאשר מוסיפים אנזים לתגובה. כמו שאפשר לראות בדיאגרמה כאשר אין קטליזט האנרגיה הדרושה על מנת להתחיל את התגובה יותר גבוהה מאשר בנוכחות שלה (קו אדום) המשמעות של כך היא שכאשר יש קטליזט ההסתברות שתיהיה לנו מספיק אנרגיה להתחיל את התגובה יותר גבוהה ולכן גם הסיכוי שהתגובה תתרחש יותר גבוהה. לדוגמא עבור רקמת השומן עלינו אנו מדברים כאשר שומן נשרף בתא הוא הופך לAcetyl-CoA בנוכחות פרופיל הורמונלי מסויים יש לו מסלול ביוכימי שונה שהוא יכול לעבור כתלות באנזימים ובזרזים שיש סביבו. Acetyl-CoA יכול להפוך לMalonyl-CoA על ידי תגובה שמקוטלזת על ידי האנזים Acetyl-CoA carboxylase ומשם לשומן. התגובה תלויה קינטית בריכוז Acetyl-CoA ובריכוז Acetyl-CoA carboxylase.

math_10

בנוכחות גלוקגון ריכוז Acetyl-CoA carboxylase בכבד יורד ב55% ומשם אפשר לראות לפי התגובה שריכוז הMalonyl-CoA יורד ולכן יצירת השומן יורדת (אני מפרט יותר על התהליך הזה בפוסט רגולציה של שריפת שומן בתא). לכן עבור הדוגמא שלנו הפונקציה DNL שמתארת כמה שומן נוצר בגוף שאמרנו שהיא תלויה בפרופיל ההורמונלי תלויה בין היתר בריכוז הגלוקגון שלנו. כמות האנרגיה (העבודה) שהגוף ישקיע כדי לקטלז את התגובה הכימית לייצור שומן תלויה גם בגלוקגון וגם בהורמונים ומולקולות נוספות לכן הפונקציה המעודכנת של DNL תראה כך:

הפונקציה הזאת מראה שבהנתן פרופיל הורמונלי מסויים אני אוכל לדעת כמה אנרגיה מושקעת לעבודה עבור יצירת שומן ומכאן כמה שומן אני מייצר בגוף.

כעת נתאר קינטית מה משפיע על כמה מהאנרגיה שהגוף צורך יגיע משומן. פונקציה זאת תלויה במידת השחרור של חומצות שומן מתאי השומן שלנו. הגורם המרכזי שמקטלז את התגובה הזאת הוא אינסולין. הפונקציה הזאת תלויה אקספוננציאלית בריכוז האינסולין משמע שינוי קטן בריכוז האינסולין יגרור שינוי גדול בליפוליזה.

insulin-fat-breakdown

מבחינה מטמטית נוכל לתאר זאת בקירוב באמצעות אקספוננט דועך.

math_12

הנקודה המרכזית שחשוב להבין בדוגמאות על קינטיקה היא שהן פונקצויות חזקות של ההורמונים והאנזימים בגוף שלנו. כל פרופיל הורמונלי שונה בגוף ייגרום לשינוי בספיקת המסה מתגובות אלו.

לרדת בשומן, לא במשקל

כעת מאזן המסה על רקמת השומן נראה כך:

math_18

אם אנחנו רוצים שריפת שומן מקסימלית זאת אומרת שהפונקציה של השינוי במסת השומן תיהיה כמה שיותר שלילית איך נגרום לזה? כדי שהפונקציה f תיהיה כמה שיותר גדולה אנחנו צריכים את האינסולין כמה שיותר נמוך. כדי שהDNL שלנו יהיה כמה שיותר נמוך אנחנו צריכים גלוקגון כמה שיותר גבוה וכדי להוריד את כניסת השומן לגוף צריך לאכול פחות שומן. מצב כזה מזכיר תפריט חיטוב קלאסי של מפתחי גוף שזה בעצם סוג של דיאטת חלבון. דל פחמימה, דל שומן וגבוה בחלבון. זה לא בגלל הקלוריות שהם מרזים זה בגלל שהם במאזן מסה שלילי על רקמת השומן. אם לצורך העניין נעלה את האינסולין מאד גבוה כך שהאיבר השלילי היחיד שהיה לנו במשוואה שלנו יהיה 0 זאת אומרת שמאזן המסה שלנו ייראה כך:

math_24

 לא תיהיה ירידה במסת השומן ממצב מטבולי כזה כי הוא תמיד גדול שווה ל0

אם כך מאיפה תגיע הדרישה האנרגטית של הגוף אם הפונקציה שאחראית על היחס של שומן כמקור אנרגיה לא קיימת? המאזן שפיתחנו על רקמת השומן הוא מאזן אחד מבין שאר החומרים שיכולים לשמש כמקור אנרגיה בגוף כמו שפירטתי בהתחלה.

math_20

אם מאזן המסה של רקמת השומן חיובי ויש לנו ירידה במשקל זאת אומרת שיש מאזן מסה אחר בגוף שהוא שלילי. אם נבצע מאזן מסה על השרירים למשל ייתכן שנראה שהם במאזן שלילי. האם מצב זה קיים? כמובן, זה אנשים שהם skinny fat. אנשים שיורדים במשקל אבל לא יורדים באחוזי השומן, הם מאבדים מסת שריר ולא מסת שומן. כאשר אנו רוצים לרדת במשקל זאת טענה כללית ולא מדוייקת מספיק הטענה הנכונה היא שאנו רוצים לרדת במסת השומן סצפיפית. כדי להבין איך למקסם את הפונקציה של המאזן מסה על השומן שלנו עלינו להבין מטבוליזם ולהפסיק לחשוב קלוריות ובמקום זאת להתחיל להבין מה שולט במאזני המסה בגוף שלנו.

לעיתים יש בלבול בין קורלוציה לסיבתיות כאשר מדברים על ירידה במשקל וקלוריות. ישנם הרבה אנשים שטוענים שרק כאשר הם קיצצו בקלוריות הם התחילו לרדת במשקל. אבל האם הקיצוץ בקלוריות זה הגורם הסיבתי לירידה במשקל? האם ירדו במסת השומן? האם יש דרך אחרת לשמור על מאזן קלורי זהה אבל ירידה גדולה יותר בשומן? מה היה מאזן המסה על רקמת השומן שלהם? הורדה בכמות הקלוריות יכול לבוא לידי ביטוי בירידה בכמות השומן שצורכים, בעלייה בליפוליזה, בירידה בDNL או כל שילוב אחר שלהם. מה שחשוב כדי לרדת בשומן זה מאזן המסה ולא הקלוריות. בהחלט יכול להיות מקרה פרטי שהורדתם קלוריות וגם הייתם במאזן מסה שלילי על רקמת השומן אבל זה לא בהכרח וממש לא מחייב.

תיאוריית האינסולין לירידה במשקל

הויכוח סביב האם תיאוריית האינסולין לירידה במשקל נכונה הוא לא מפספס גם כן את הנקודה שמה שחשוב זה המאזן מסה. כן, אפשר להיות במאזן מסה חיובי על רקמת השומן עם אינסולין נמוך, אפשר לראות את זה מהמשוואה של המאזן מסה, זה לא מסובך לראות את זה. העניין עם תיאוריית האינסולין זה שאצל הרבה אנשים האיבר הבעייתי במשוואת מאזן המסה הוא הפונקציה f האיבר שאחראי על הליפוליזה והאיבר של הDNL. צריכת השומן של אנשים “רגילים” אולי נמוכה אבל זה רק איבר אחד מתוך המשוואה הכללית של מאזן המסה. אם צריכת השומן נמוכה, הDNL גבוה והליפוליזה נמוכה מאזן המסה על השומן יהיה חיובי ותעלו במסת השומן. כאשר עוברים לתזונה קטוגנית או דל פחמימה בהם מורידים את ריכוז האינסולין, מעלים את הגלוקגון ומעלים את צריכת השומן בסך הכל יוצא אצל הרבה אנשים שמאזן המסה על השומן שלילי. מבחינה מטמטית אפשר גם להבין לראות את זה דרך התלות האקספוננציאלית של הליפוליזה באינסולין.

math_12

איבריים אקספוננציאליים הם בעלי משקל יותר גבוה מאיבריים לינארים ולכן מה שמהנדסים עושים זה מזניחים איברים לינאריים ביחס לאיבריים אקספוננציאליים. לצורך העניין מיליון ועוד 1 זה פחות או יותר מיליון, אפשר להזניח את ה1 ולכן מה שמתקבל זה מאזן מסה מהצורה הבאה:

math_15

צורה זו היא קירוב למאזן הכללי שפיתחנו ממקודם שבהרבה מאד מקרים מתגלה כקירוב טוב אך יש מקרים בהם זה קירוב לא טוב. במקרים בהם הקירוב הזה לא טוב או שרוצים לרדת במסת השומן מעבר למה שהצלחנו למקסם עם הקירוב של תיאוריית האינסולין צריך לעבור ולטפל בשאר האיברים במאזן המסה כמו למשל להוריד בצריכת השומן או להוריד את הDNL.

הדרך הטובה ביותר לשמור על האינסולין נמוך זה להוריד את כמות הפחמימות שצורכים למינימום זה למה דיאטות דלות פחמימה עוזרות למרבית האנשים לרדת במשקל, זה לא עניין של קלוריות זה עניין של מאזן מסה. ישנם גם אנשים שאוכלים הרבה פחמימות ויורדים במשקל למה? שוב צריך להסתכל על מאזן המסה. תאכל הרבה פחמימות ומעט שומן ייתכן שתיהיה במאזן מסה שלילי על רקמת השומן ושוב אין כאן קשר לקלוריות אלא למסה. אני מתאר מקרים כאלה בעלי קלוריות זהות אך הרכב גוף שונה כאן, כאן וכאן.

לחשוב מטבוליזם ולא קלוריות

כמו שראינו מאזני המסה שלנו תלויים בסביבה הכימית שלהם, לא בקלוריות. הגוף לא מרגיש קלוריות, הוא מרגיש כימיה. ההקבלה הפיזיולוגית לגרעון קלורי יהיה יחס ATP/ADP נמוך בתא מצב זה מראה על סטטוס אנרגטי נמוך בתא. גם יחס זה כשלעצמו אינו גורם לשינוי במסת הגוף אלא מפעיל מסלולים מטבוליים כאלה ואחרים כדי להעלות את הATP שאפשר לבטא אותם בתור משתנים של הפונקציות במאזן המסה. למשל כשעושים ספורט.

ניתן לקחת כל מאזן מסה בגוף אם זה על שומן, שריר, עצמות או כל רקמה אחרת ולפתח אותה ממאזן המסה הכללי.

math_04

לכל מאזן מסה יש פונקציות שונות שהן תלויות בהן. קלוריה בצורת חום או עבודה תקבל משמעות שונה לגמרי בגוף ולכם חשוב להבין שצריך לחשוב מטבוליזם ולא קלוריות.

חלבון ומסת שריר

אחת הדוגמאות הטובות איך צריכת מאקרו שונה מובילה למאזן מסה שונה ללא קשר למאזן האנרגטי היא צריכה של חלבון. במחקר [1] בדקו 25 אנשים בריאים אשר חולקו ל3 קבוצות אכילה על פי התנאים הבאים חלבון\פחמימה\שומן:
דל חלבון – 6%\42%\52%
בינוני בחלבון – 15%\41%\44%
גבוה בחלבון – 26%\41%\33%
הנבדקים הוכנסו לחדר מטבולי (חדר מבוקר שאפשר למדוד את ההוצאה אנרגטי תשל מי ששוהה בו) שם שהו שבועיים לצורך יישור קו ומדידת ההוצאה האנרגטית שלהם. הרכב הגוף נמדד על ידי DEXA ולאחר מכן הם אכלו לפי התפריט שהוכן לכל אחד מראש עם פלוס קלורי של 40% למשך 8 שבועות. כל האוכל נעשה על ידי החוקרים ונמדד כימית במעבדה לגבי ההרכב שלו כך שהרכב האוכל הנמדד הוא מדוייק ולא נעשה על ידי שאלוני אכילה (בהם משתמשים בהרבה מחקרי תזונה) שהם אינם מדויקים מספיק.

קבוצת הדל חלבון עלתה ב3.16 ק”ג בסך הכל, הבינוני 6.05 ק”ג והגבוהה ב6.51 ק”ג.
כל הקבוצות עלו פחות או יותר באותה כמות השומן 3.5~ ק”ג.
קבוצת הדל חלבון הורידה 0.7 מסת שריר רזה. הבינוני העלתה ב2.87 והגבוהה ב3.18.

הגרף השמאל התחתון מראה קורלציה יפה בין צריכת החלבון למסה הרזה (המקרא נמצא בגרף השאמלי העליון). ישנו קשר ברור בין כמה חלבון אוכלים לכמה מסת שריר יש.  בגרף השמאלי העליון רואים את השינוי במסה הרזה ביחס לצריכה האנרגטית גם שם יש קורלציה אך חלשה יותר מאשר לצריכת החלבון. ניתן לשים לב שמתחת לצריכת חלבון מסויימת יש רק ירידה במסה הרזה ללא קשר כמה קלוריות אוכלים כאשר מדובר כאן על עודף קלורי של 40%(!) מה שעוד יותר מראה את חשיבות החלבון למאזן המסה של מסת השריר.

הגרף העליון הימני מראה את קשר בין קלוריות, למסת השומן וצריכת חלבון ישנו טרנד חיובי אך שימו לב שהקולציה אינה טובה כל כך לכמות החלבון שאוכלים.

 

protein_lean_mass

בנוסף למחקר שהראה את הקשר בין חלבון למסת שריר כולנו מכירים את “השיטה” של ביצוע אימוני התנגדות כדי להעלות מסת שריר. על ידי אימון אנו יוצרים אדפציה כימית בשרירים כדי להגדיל את המסת השריר. על אותה כמות קלוריות עם הרכב מאקרו זהה בן אדם עם אימון ובלי אימון יקבל הרכב גוף שונה. גם מי שחושב שרק קלוריות חשובות לירידה במשקל עדיין מכיר בעובדה שאימונים נחוצים כדי להעלות מסת שריר בצורה אופטימילית מה שעומד בסתירה לטענה שהכל זה רק קלוריות. הרי בזמן אימון אנו עושים שינוים הורמונליים המאפשרים גדילת שריר יש כאלה שאפילו לוקחים סטרואידים בצורת טסטוסטרון כדי להעלות למסת שריר. כמו שלהורמונים השפעה חזקה על מסת השריר יש להם גם השפעה חזקה על מסת השומן.

להיות בגרעון קלורי ולהעלות במסת השריר

במחקר [2] 25~ גברים צעירים ופעילים ספורטיבים היו בכל קבוצה כאשר קבוצה אחת קיבלה 200 מ”ג טסטוסטרון לשבוע והקבוצה השנייה פלסבו. בחלק הראשון של המחקר נעשה מעקב כדי לראות שאין שינוי במשקל שלהם ולעקוב אחרי ההוצאה הקלורית שלהם.
בשלב השני הם חולקו רנדומלית ובצורה עיוורת לחוקרים לכאלה שיקבל טסטוסטרון ואלה שלא. הם שהו במתקן תחת השגחה כאשר הם היו בגרעון קלורי של 55%(!) בשילוב פעילות גופנית של בין 40%-85% מצריכת חמצן מקסימלית הכוללת הדמייה של פעילות צבאית כמו הליכה עם תיק במשקל 30% ממשקל גוף ועוד.
האוכל שלהם סופק ישירות על ידי המפעילים והיה מורכב מ1.6 גרם חלבון לקילו משקל גוף, 30% שומן והשאר פחמימה. לא היה הבדל בין הקבוצות בצריכה וזה מה שהם אכלו בתקופת המעקב הראשונה (ככה הנחו אותם).
בשלב השלישי הם הם עשו מה שבא להם בחוץ וחזרו אחרי תקופה למעקב.
המחקר נעשה ברמה גבוהה מאד ומתואר כך (יותר קל באנגלית):
The 3-phase, proof-of-concept, single centre, randomised, doubleblind,placebo-controlled.

 

בתוצאות לא היה הבדל בגרעון הקלורי של הנבדקים אבל הקבוצה עם הטסטוסטרון המוגבר עלתה במסת שריר. הקבוצה השנייה לא עלתה במסת שריר אבל גם כמעט ולא ירדה במסת שריר. לעומת זאת מבחינת שמן שתי הקבוצות ירדו בדיוק אותו הדבר.
“During Phase 2, Placebo lost more body weight than Testosterone (P b .0001, Fig. 3A). Fat mass decreased similarly in both treatment groups (Fig. 3B, Table 3). Bone mineral content did not differ between treatment groups (Table 3). Lean body mass increased in Testosterone, whereas lean body mass remained stable in Placebo, such that lean body mass significantly differed between groups at the end of Phase 2 [2.5 kg (3.3, 1.6); P b .0001]. The change in total testosterone was positively associated with change in lean body mass (r=0.71, r2=0.50, P b .0001; Supplementary Fig. 1). Similarly, free testosterone was associated with the change in lean body mass (r= 0.69, r2 = 0.48, P b .001).”
מבחינת ביצועי הכוח הירידה בביצועים הייתה זהה לשתי הקבוצות. החוקרים מציינים את זה בדיון שיש כאן כביכול בעיה. איך יש שוני במסת שריר בין הקבוצות אבל הביצועים לא שונים ביניהם. הם מנסים להסביר את זה דרך טעות במדידה של DXA עם מים בשרירים (תמיד מציינים את זה בlimiation בכל מחקר עם DXA). מצד שני הם מסתייגים ואומרים שההבדל במשקל גדול מדי כדי להסביר שזה רק מים.
מהשורות סיכום האחרונות של המחקר:
“The primary findings from this study provide rationale for further exploration of practical pharmacologic interventions to mitigate losses of lean body mass experienced by military personnel during periods of unavoidable, severe energy deficit, particularly those that may enhance muscle  function.”
ניתן לראות בגרף של המחקר שמphase 2 (יום 14) עד סוף תקופת הגרעון הקלורי (יום 42) הקבוצה עם הגרעון הקלורי ותיסוף טסטוסטרון ירדה במסת השומן אבל עלתה במסת שריר. זה נובע כפי שהוסבר משום שטסטוסטרון משפיע על מאזן המסה של השרירים בגוף ולכן תיסוף שלו משנה את מסת השריר למרות שהגרעון הקלורי נשאר זהה ביחס לקבוצת הביקורת.
testosterone_mass

להיות בגרעון קלורי ולהעלות בשומן

במחקר [3] עכברים חולקו ל2 קבוצות. קבוצה אחת אוכלת חופשי והשנייה בגרעון קלורי של 5%. ההוצאה האנרגטית, כמות האוכל, הרכב ומשקל הגוף נמדדו במשך 3 שבועות. העכברים שהיו בגרעון הקלורי היו עם יותר שומן ופחות שריר מחבירהם באכילה החופשית. בעוד שחבריהם באכילה החופשית נשארו אותו הדבר. ההוצאה הקלורית של העכברים בגרעון הקלורי ירדה משמעותית עקב ירידה בשריר ועקב ירידה בפעילות. ההוצאה וההכנסה הקלורית של העכברים נמדדו באופן רציף כך שה5% גרעון קלורי מדוד ולא מוערך על ידי שיטות פחות מדוייקות.

“At the end of both experiments, CR (calories restriction) mice had greater fat mass (P < 0.01) and less lean mass (P < 0.01) compared with AL mice. Total energy expenditure (P < 0.05) and resting energy expenditure (P < 0.05) were significantly decreased in CR mice compared with AL mice over 3 week”
בגרף הבא אפשר לראות את הנקודות השחורות המייצגות עכברים בגרעון קלורי של 5% כך שמסת השומן שלהם עולה עם הזמן ומסת השריר יורדת. למרות הגרעון הקלורי יש עלייה במסת השומן. כפי שהוסבר זה נובע ממאזן מסה בנפרד על מסת השומן כאשר יש גורמים הורמונולים וכימיים נוספים המווסתים מאזן זה.
CR_fat_mass

בסיכום של המחקר נכתב כך:

Mild CR altered body composition, energy expenditure, and meal patterns in female C57BL/6J mice. The increase in fat and decrease in lean mass may be a stress response to uncertain food availability.

הגוף משנה את מאזני המסה בגוף כתגובה לגרעון קלורי, במקרה זה של גרעון נמוך הגוף צובר שומן ומפרק שריר. תגובת הדחק של הגוף יכולה להתפרש בכך שמחסור במזון עלול להוביל למוות בעתיד ולכן עדיף לחסוך ולצבור שומן להמשך ולוותר על שריר שהוא “יקר” אנרגטית.

נקודות מרכזיות

  • מאזן אנרגיה הוא לא מאזן מסה.
  • מה שקובע אם נרד במשקלשל רקמה מסויימת זה מאזן המסה הפרטי שלה.
  • מאזן המסה תלוי בסביבה הכימית של הגוף ובצרכים האנרגטיים שלו.
  • ניתן להעלאות במאזן מסה אחד ולרדת באחר.
  • קלוריה היא לא קלוריה משום שיש לה צורות שונות. קלוריה שהולכת לחום היא לא זהה לקלוריה שהולכת לעבודה.
  • הבנה המרכיבים המשפיעים על מאזן מסה חשובה יותר מלספור קלוריות.

מקורות

[1] – Effect of Dietary Protein Content on Weight Gain, Energy Expenditure, and Body Composition During Overeating, George A. Bray, 2012. link.

[2] – Effects of testosterone supplementation on body composition and lower-body muscle function during severe exercise- and diet-induced energy deficit: A proof-of-concept, single centre, randomised, double-blind, controlled trial, Stefan M.Pasiakos, 2019. link.

[3] – Mild calorie restriction induces fat accumulation in female C57BL/6J mice, Xingsheng Li, 2010. link.

Facebook Comments

One thought on “לחשוב מטבוליזם לא קלוריות”

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.