Резюме

Принципът „калория е калория“, че промяната на теглото при хипокалоричните диети не зависи от състава на макроелементите, широко се разпространява в популярната и техническа литература и често се оправдава с апелиране към законите на термодинамиката. Тук ще разгледаме някои аспекти на термодинамиката, които влияят върху загубата на тегло и ефекта от състава на макроелементите. Фокусът е върху така нареченото метаболитно предимство при нисковъглехидратните диети - по-голяма загуба на тегло в сравнение с изокалоричните диети с различен състав. Два закона на термодинамиката са от значение за системите, разглеждани в храненето и, докато първият закон е закон за запазване (на енергията), вторият е закон за разсейване: нещо (отрицателна ентропия) е загубено и следователно не се очаква баланс в диетични интервенции. Тук предлагаме, че неразбирането на втория закон отразява противоречието относно ролята на макронутриентния ефект върху загубата на тегло и ние правим преглед на някои аспекти на елементарната термодинамика. Използваме данни от литературата, за да покажем, че термогенезата е достатъчна, за да се предскаже метаболитно предимство. Докато хомеостазата осигурява баланс при много условия, като общ принцип „калорията е калория“ нарушава втория закон на термодинамиката.

калория

Преглед

Неотдавнашното осъзнаване на епидемия от затлъстяване съвпада и може да е допринесло за драстично нарастване на популярността на различни диети с ниско съдържание на въглехидрати. Тази бърза смяна на хранителните навици на значителна част от населението и виртуалната революция в хранително-вкусовата промишленост са необичайни с това, че стоят в пряка опозиция на дългогодишните препоръки на по-голямата част от хранителните и медицинските заведения (напр. [1, 2]). Въпреки изолирани примери, като неотдавнашна статия на Уолтър Уилет, посочваща необходимостта от разбиране на диетите с ниско съдържание на въглехидрати [3], все още има малко реално приемане от специалисти по хранене или здравни организации. Един от аспектите на тези диети, който е особено противоречив, е така нареченото метаболитно предимство - идеята, че може да се загубят повече тегло калории за калории в сравнение с диети с по-високо съдържание на въглехидрати.

В предишния ни преглед на метаболитните предимства [4] показахме, че всъщност няма теоретично нарушение на законите на термодинамиката и предоставихме правдоподобен механизъм. Като цяло пътищата за глюконеогенеза, които са необходими, за да се достави задължителна глюкоза (напр. В мозъка и ЦНС), в комбинация с повишен белтъчен оборот, могат да обяснят липсващата енергия. Тук ние опростяваме термодинамичния аргумент и разглеждаме някои от съответните принципи. Освен това показваме, че добре установените данни в традиционната хранителна литература предсказват метаболитно предимство и никой не трябва да бъде изненадан. Ироничното заключение е, че принципът, че наддаването на тегло при изокалорични диети трябва винаги независимо от състава на макроелементите би нарушил втория закон на термодинамиката.

Какво имаме предвид под „калория е калория?“

Термодинамика

Идеята, че „калорията е калория“ идва от неразбирането на законите на термодинамиката. Има два закона на термодинамиката. (Нулевият закон, който установява концепцията за температурата, и третият закон, който описва абсолютната нула, не са от значение тук). Когато говорим за „законас на термодинамиката "важно е да сме сигурни, че единият включва втория закон. Първият закон е много различен по характер от втория закон [9, 11, 12]. Първият закон е закон за опазване: той казва, че формата на енергията може да се промени, но общото винаги се запазва. Вторият закон е a разсейване закон: той определя количество, ентропията, S, което традиционно идентифицираме с разстройство или голяма вероятност. Вторият закон казва, че при всеки (реален) необратим процес ентропията трябва да се увеличи (ΔS> 0); балансът е не очакван. Ентропията всъщност може да се идентифицира с необратимост.

Важно е да се разбере, че вторият закон е двигателят на химическите реакции. Първият закон е закон за счетоводството и ни казва, че общата енергия, приписвана на работата, топлината и промените в химичния състав, ще бъде постоянна. Не ни казва дали такава реакция ще възникне, или ако се случи, какви ще бъдат относителните разпределения на енергийните форми. За да предскажем тенденцията на реакцията да се появи, трябва да използваме втория закон, който казва, че ентропията трябва да се увеличи. При химична реакция, при постоянна температура и налягане, ентропичните и енергийните ефекти се комбинират в промяната в свободната енергия на Гибс, ΔG, чийто знак предсказва посоката на реакцията и чиято величина показва максималното количество работа, осъществима от реакцията.

Приложение на ΔG '

За да се разберат последиците от „калорията е калория“, енергийният добив може да бъде независим от пътя и еднакъв за всички диети, считайте, че това означава, че въглехидратите и протеините са еквивалентни горива, както е показано на фигура 1. Диаграмата показва това, тъй като това е променлива на състоянието, свободната енергия (ΔG ') за път 1 трябва да бъде равна на тази за път 2 + 3. Ако стойностите ΔG' за път 1 и път 2 се приемат за техните калориметрични стойности, те ще бъдат приблизително равен (

4 kcal/g, път 1 коригиран за уреагенеза). Това означава, че ΔG 'за път 3, превръщането на протеина във въглехидрати (също коригирано) трябва да бъде около нула. Съществува поне едно условие, когато това не е вярно, стандартното състояние; обикновено се счита, че глюконеогенезата от един мол аланин изисква около 6 АТФ [13, 14]. Разбира се, свободните енергии зависят от концентрацията, така че in vivo стойностите ще се различават от стандартните стойности на състоянието, но те са непрекъснати функции на концентрациите и ще има множество условия, при които ΔG 'не е нула. С други думи, ако приемем, че протеините и въглехидратите са енергийно еквивалентни, това води до противоречие.