Храносмилането е твърде разхвърлян процес, за да се предаде точно в чисти числа. Броят на етикетите на храните може да се различава диво от калориите, които всъщност извличате, по много причини

разкрива

Накратко

  • Почти всяка опакована храна днес съдържа броя на калориите в етикета си. Повечето от тези преброявания са неточни, защото се основават на система от средни стойности, която игнорира сложността на храносмилането.
  • Последните изследвания разкриват, че колко калории извличаме от храната зависи от това кои видове ядем, как подготвяме храната си, кои бактерии са в червата ни и колко енергия изразходваме за смилане на различни храни.
  • Текущият брой калории не отчита нито един от тези фактори. Храносмилането е толкова сложно, че дори ако се опитаме да подобрим броя на калориите, вероятно никога няма да ги направим напълно точни.

Регистрирайте се за безплатни бюлетини на Scientific American.

"data-newsletterpromo_article-image =" https://static.sciachingamerican.com/sciam/cache/file/CF54EB21-65FD-4978-9EEF80245C772996_source.jpg "data-newsletterpromo_article-button-text =" Регистрация "data-newsletterpromo_art button-link = "https://www.sciachingamerican.com/page/newsletter-sign-up/?origincode=2018_sciam_ArticlePromo_NewsletterSignUp" name = "articleBody" itemprop = "articleBody">

В един особено странен момент от кариерата си се озовах да пребирам гигантски конични купчини тор, произведени от emus - онези глупави австралийски роднини до щрауса. Опитвах се да разбера колко често семената преминават през целия храносмилателен апарат на ему, достатъчно непокътнати, за да покълнат. С моите колеги засадихме хиляди събрани семена и зачакахме. В крайна сметка малки джунгли израснаха.

Ясно е, че растенията, които ядат имуните, имат еволюирали семена, които могат да оцелеят при храносмилането относително невредими. Докато птиците искат да получат колкото се може повече калории от плодовете - включително от семената - растенията се инвестират в защита на своето потомство. Въпреки че не ми беше хрумнало по това време, по-късно разбрах, че и хората участват в някакво преместване на въже с храната, която ядем, битка, в която измерваме плячката - калории - всичко грешно.

Храната е енергия за тялото. Храносмилателните ензими в устата, стомаха и червата разбиват сложните хранителни молекули на по-прости структури, като захари и аминокиселини, които преминават през кръвообращението до всички наши тъкани. Нашите клетки използват енергията, съхранявана в химическите връзки на тези по-прости молекули, за да продължат да работят както обикновено. Изчисляваме наличната енергия във всички храни с единица, известна като хранителна калория или килокалория - количеството енергия, необходимо за нагряване на един килограм вода с един градус по Целзий. Мазнините осигуряват приблизително девет калории на грам, докато въглехидратите и протеините доставят само четири. Фибрите предлагат зарадващи две калории, тъй като ензимите в човешкия храносмилателен тракт изпитват големи затруднения да ги нарязват на по-малки молекули.

Всяко броене на калории на всеки етикет на храни, което някога сте виждали, се основава на тези оценки или на техните скромни производни. И все пак тези приближения предполагат, че лабораторните експерименти от 19-ти век, на които се основават, точно отразяват колко енергия различните хора с различни тела получават от много различни видове храни. Ново изследване разкри, че това предположение е в най-добрия случай твърде опростено. За да изчислите точно общите калории, които някой получава от дадена храна, трябва да вземете предвид замайващ набор от фактори, включително дали тази храна се е развила, за да оцелее при храносмилането; как варенето, печенето, микровълновото или фламбиране на храната променя нейната структура и химия; колко енергия изразходва тялото за разграждане на различни видове храна; и до каква степен милиардите бактерии в червата подпомагат човешкото храносмилане и обратно, крадат някои калории за себе си.

Хранителните учени започват да се учат достатъчно, за да подобрят хипотетично етикетите на калориите, но храносмилането се оказва толкова фантастично сложна и разхвърляна афера, че вероятно никога няма да изведем формула за безпогрешен брой калории.

Твърд орех за разбиване
Недостатъците в съвременния брой калории възникват през 19-ти век, когато американският химик Уилбър Олин Атуотър разработва система, използвана и до днес, за изчисляване на средния брой калории в един грам мазнини, протеини и въглехидрати. Atwater даваше всичко от себе си, но никоя храна не е средна. Всяка храна се усвоява по свой начин.

Помислете как зеленчуците се различават по смилаемостта си. Ние ядем стъблата, листата и корените на стотици различни растения. Стените на растителните клетки в стъблата и листата на някои видове са много по-здрави от тези на други видове. Дори в рамките на едно растение трайността на клетъчните стени може да се различава. По-старите листа имат по-здрави клетъчни стени от младите. Най-общо казано, колкото по-слаби или по-деградирали са клетъчните стени в растителния материал, който ядем, толкова повече калории получаваме от него. Готвенето лесно разкъсва клетки в, да речем, спанак и тиквички, но маниока (Manihot esculenta) или китайски воден кестен (Eleocharis dulcis) е много по-устойчив. Когато клетъчните стени са здрави, храните натрупват своите ценни калории и преминават през нашето тяло непокътнати (помислете за царевица).

Някои части на растенията са се адаптирали или за да станат по-апетитни към животните, или изобщо да избегнат храносмилането. Плодовете и ядките се развиват за първи път в Креда (между 145 и 65 милиона години), малко след като бозайниците започват да тичат между краката на динозаврите. Еволюцията благоприятства плодовете, които са едновременно вкусни и лесно смилаеми, за да привлекат по-добре животни, които могат да помогнат на растенията да разпръснат семена. Той също така благоприятства ядките и семената, които трудно се смилат. В крайна сметка семената и ядките трябва да оцелеят в червата на птиците, прилепите, гризачите и маймуните, за да разпространят гените, които съдържат.

Проучванията показват, че фъстъците, шам-фъстъците и бадемите се усвояват по-малко от другите храни със сходни нива на протеини, въглехидрати и мазнини, което означава, че те се отказват от по-малко калории, отколкото се очаква. Ново проучване на Джанет А. Новотни и нейните колеги от Министерството на земеделието на САЩ установи, че когато хората ядат бадеми, те получават само 129 калории на порция, вместо 170 калории, посочени на етикета. Те стигнаха до това заключение, като помолиха хората да спазват същите диети - с изключение на количеството бадеми, които са изяли - и измерваха неизползваните калории в изпражненията и урината си.

Дори храни, които не са еволюирали, за да оцелеят в храносмилането, се различават значително по смилаемостта си. Протеините може да изискват до пет пъти повече енергия за смилане като мазнини, защото нашите ензими трябва да разгадаят плътно навитите струни аминокиселини, от които са изградени протеините. И все пак етикетите на храните не отчитат тези разходи. Някои храни като мед се използват толкова лесно, че храносмилателната ни система едва ли е използвана. Те се разграждат в стомаха ни и бързо се плъзгат по стените на червата в кръвта: играта свършва.

И накрая, някои храни подтикват имунната система да идентифицира и да се справи с всички патогени на стоп. Никой не е оценил сериозно колко калории включва този процес, но вероятно е доста. Донякъде сурово парче месо може да съдържа много потенциално опасни микроби. Дори имунната ни система да не атакува нито един от патогените в храната ни, тя все още изразходва енергия, за да направи първата стъпка за разграничаване на приятел от враг. Това не говори за потенциално огромна загуба на калории, ако патоген в сурово месо води до диария.

Какво готви?
Може би най-големият проблем на съвременните етикети за калории е, че те не отчитат ежедневна дейност, която драстично променя колко енергия получаваме от храната: начина, по който къкрим, цвърчим, сотираме и по друг начин обработваме това, което ядем. При изучаването на хранителното поведение на дивите шимпанзета, биологът Ричард Вранхам, сега от Харвардския университет, се опита да яде това, което ядат шимпанзетата. Огладнял и накрая отстъпил да яде човешка храна. Той е повярвал, че да се научиш да преработваш храна - да я готвиш с огън и да я удряш с камъни - е било крайъгълен камък в човешката еволюция. Емус не обработва храна; нито в каквато и да е реална степен, нито една от маймуните. И все пак всяка човешка култура в света има технология за модифициране на храната си. Мелим, загряваме, ферментираме. Когато хората се научат да готвят храна - особено месо - те биха увеличили драстично броя на калориите, които извличат от тази храна. Wrangham предлага, че получаването на повече енергия от храната позволява на хората да развиват и подхранват изключително големи мозъци спрямо размера на тялото. Но в контролиран експеримент никой не беше изследвал точно как обработката на храната променя енергията, която тя осигурява - досега.

Рейчъл Н. Кармоди, бивша студентка в лабораторията на Врангам, и нейните сътрудници хранеха възрастни мъжки мишки или със сладки картофи, или с постно говеждо месо. Тя сервира тези храни сурови и цели, сурови и натрошени, варени и цели, или варени и натрошени и позволява на мишките да ядат колкото искат в продължение на четири дни. Мишките отслабнаха около четири грама на сурови сладки картофи, но наддадоха на сварени картофи, натрошени и цели. По същия начин мишките задържат един грам повече телесна маса, когато консумират варено месо, а не сурово месо. Тази реакция има биологичен смисъл. Топлината ускорява разплитането и по този начин смилаемостта на протеините, както и убиването на бактерии, вероятно намалявайки енергията, която имунната система трябва да изразходва за борба с патогени.

Констатациите на Carmody се отнасят и за промишлената преработка. В проучване от 2010 г. хората, които са яли 600- или 800-калорични порции пълнозърнест хляб със слънчогледови семки, ядки от зърно и сирене чедър, са изразходвали двойно повече енергия за смилане на тази храна, отколкото хората, консумирали същото количество бял хляб и „Продукт от преработено сирене.“ Следователно хората, които закусват с пълнозърнести храни, получават 10 процента по-малко калории.

Дори ако двама души ядат един и същ сладък картоф или парче месо, приготвени по един и същи начин, те няма да получат еднакъв брой калории от него. Кармоди и нейните колеги са изследвали самородни мишки с много сходна генетика. И все пак мишките все още варираха по отношение на това колко са нараснали или се свили на дадена диета. Хората се различават по почти всички черти, включително незабележимите черти, като размера на червата. Измерването на дебелото черво на хората не е популярно от години, но когато беше лудостта сред европейските учени в началото на 1900 г., проучвания разкриха, че някои руски популации имат дебели черва, които са с около 57 сантиметра по-дълги средно от тези на определени полски популации. Тъй като последните етапи на усвояване на хранителните вещества се случват в дебелото черво, руснакът, който яде същото количество храна като поляка, вероятно ще получи повече калории от него. Хората също се различават в конкретните ензими, които произвеждат. По някои мерки повечето възрастни не произвеждат ензима лактаза, който е необходим за разграждането на лактозната захар в млякото. В резултат на това висококалоричното лате на един човек е нискокалоричен случай на бяганията.

Хората се различават изключително много и по това, което учените смятат за допълнителен орган на човешкото тяло - общността на бактериите, живеещи в червата. При хората два вида бактерии, Bacteroidetes и Firmicutes, доминират в червата. Изследователите са установили, че хората със затлъстяване имат повече твърдост в червата си и са предложили, че някои хора са със затлъстяване, отчасти, защото допълнителните бактерии ги правят по-ефективни при метаболизма на храната: така че вместо да се губят като отпадъци, повече хранителни вещества си проникват циркулацията и ако останат неизползвани, се съхраняват като мазнини. Други микроби се появяват само при определени народи. Някои японски индивиди например имат в червата си микроб, който е особено добър при разграждането на водораслите. Оказва се, че тази чревна бактерия е откраднала гените за смилане на морски водорасли от морска бактерия, която се е задържала върху салати от сурови водорасли.

Тъй като много съвременни диети съдържат толкова много лесно смилаеми преработени храни, те може би намаляват популациите на чревни микроби, които са се развили, за да усвоят по-влакнестия материал, който нашите собствени ензими не могат. Ако продължим да правим червата си по-малко приятелска среда за такива бактерии, може да получим по-малко калории от твърди храни като целина.

Малко хора са се опитвали да подобрят броя на калориите върху етикетите на храните въз основа на нашето сегашно разбиране за човешкото храносмилане. Бихме могли да променим системата Atwater, за да отчетем специалните храносмилателни предизвикателства, породени от ядките. Дори бихме могли да го направим ядка по ядка или, по-общо, храна по храна. Такива промени (които не е изненадващо подкрепено от Калифорнийския съвет на бадемите, група за застъпничество) обаче ще изискват от учените да изследват всяка храна по същия начин, по който Новотни и нейните колеги са изследвали бадеми, една торба с изпражнения и буркан с урина на време. Съдейки по разпоредбите на fda, ​​агенцията едва ли ще попречи на продавачите на храни да коригират броя на калориите въз основа на такива нови проучвания. По-голямото предизвикателство е модифицирането на етикети въз основа на начина на обработка на артикулите; изглежда никой не е предприел никакви усилия да направи тази по-голяма промяна.

Дори и да преработим изцяло броя на калориите, обаче, те никога не биха били точно точни, защото количеството калории, които извличаме от храната, зависи от такова сложно взаимодействие между храната и човешкото тяло и многобройните му микроби. В крайна сметка всички искаме да знаем как да направим най-интелигентния избор в супермаркета. Само броенето на калории въз основа на етикетите на храните е прекалено опростен подход към здравословното хранене - такова, което не е задължително да подобри здравето ни, дори ако ни помага да отслабнем. Вместо това трябва да помислим по-внимателно за енергията, която получаваме от храната си в контекста на човешката биология. Преработените храни се усвояват толкова лесно в стомаха и червата, че ни дават много енергия за много малко работа. За разлика от тях, зеленчуците, ядките и пълнозърнестите храни ни карат да се потим за калориите си, обикновено предлагаме много повече витамини и хранителни вещества, отколкото преработените продукти, и поддържат нашите чревни бактерии щастливи. Така че би било логично хората, които искат да се хранят по-здравословно и да намалят калориите, да предпочитат цели и сурови храни пред силно преработените храни. Може да го наречете начина на ему.

Тази статия първоначално е публикувана със заглавие „Всичко, което знаете за калориите, е грешно“ в Scientific American 309, 3, 56-59 (септември 2013 г.)

ПОВЕЧЕ ЗА ИЗСЛЕДВАНЕ

Постпрандиални енергийни разходи при пълнозърнести и преработени храни: последици за дневните енергийни разходи. Sadie B. Barr и Jonathan C. Wright в Хранителни и хранителни изследвания, Кн. 54; 2010 г.

Несъответствие между прогнозирания фактор на водната фаза и емпирично измерените енергийни стойности на бадемите в диетата на човека. Джанет А. Новотни, Сара К. Гебауер и Дейвид Дж. Баер в Американски вестник за клинично хранене, Кн. 96, No 2, стр. 296–301; 1 август 2012 г.

НАУЧЕН АМЕРИКАНСКИ ОНЛАЙН
За да гледате видеоклип на Instand Egghead за това защо традиционното броене на калории е неточно, посетете ScientificAmerican.com/sep2013/calories

ЗА АВТОРА (А)

Роб Дън е биолог от държавния университет в Северна Каролина и писател, чиито статии са публикувани в Естествена история, Смитсониън и National Geographic, наред с други публикации. Най-новата му книга е Дивият живот на нашите тела (Харпър, 2011).