Помогает ли спорт сжигать калории: что на самом деле влияет на наш вес
Каждую секунду наши клетки затрачивают энергию. Она необходима для обеспечения работы внутренних органов, поддержания температуры тела, перекачки крови, производства необходимых веществ и многого другого. Это базовый метаболизм, то есть количество расходуемых калорий в состоянии полного физического покоя, которое составляет 50-70% от наших общих затрат энергии. За последние полвека исследований он был достаточно хорошо изучен, в отличие от энергозатрат на физическую активность. Онлайн-калькуляторы и фитнес-браслеты якобы учитывают это, однако их данные больше основаны на допущениях и догадках и весьма приближенно отражают наши ежедневно сжигаемые калории.
И, по сути, до недавнего времени систематизированных сведений о реальных энергозатратах, полученных на основании объективных, надежных методов, просто не существовало. Хотя еще в середине XX века был разработан золотой стандарт их оценки — метод двойной маркировки воды. В ней атомы водорода и кислорода заменены на их изотопы — дейтерий и кислород-18. На основании анализа их выведения из организма и формируются объективные, а не предполагаемые данные об энергетических тратах организма. Причина, по которой эта методика так долго не имела широкого применения, как всегда, банальна: высокая стоимость исследований.
С совершенствованием технологий появилась возможность провести уже более масштабные исследования. В частности, метод двойной маркировки воды стал инструментом для изучения энергетических затрат в полевых условиях, и на его основе удалось собрать более надежные данные о расходах энергии у человека в процессе его обычной ежедневной активности. К 2021 году, с учетом результатов множества таких наблюдений, была создана «метаболическая карта», которая позволяет отслеживать изменения в энергетических затратах человека на протяжении всей жизни.
Метаболическая карта организма
В 2021 году интернациональная группа из 83 ученых, представляющих 63 научных центра из 13 стран, в журнале Science опубликовала результаты многолетних исследований, которые позволили создать карту энергетических затрат человека на протяжении всего периода его жизни. В этом масштабном проекте приняло участие более 6400 людей в возрасте от 8 дней до 95 лет.
Как и ожидалось, скорость метаболизма увеличивается с размером тела — более крупные люди сжигают больше калорий. Однако это верно, если исключить из расчетов жировую ткань. Жировые клетки энергетически малоактивны, и их вклад в общие ежедневные затраты энергии крайне мал. Поэтому при составлении метаболических карт расчет проводился с корректировкой по общему размеру тела и без учета массы жировых отложений.
Первым сюрпризом стало то, что скорость метаболизма новорожденных детей не отличается от взрослых, их развитие в первые недели отражает энергетический бюджет матери. Затем энергозатраты возрастают с огромной скоростью и достигают максимума к 1 году. Именно на этой временной отсечке метаболическая активность оказывается максимальной и на 50% превосходит энергозатраты во взрослом возрасте.
После первого года жизни скорость метаболизма плавно снижается и устанавливается на стабильной величине к 20 годам. У юношей это падение происходит несколько медленнее, чем у девушек, что неудивительно: девушки развиваются быстрее. Однако никакого скачка ни в базовом метаболизме, ни в общих затратах энергии в период полового созревания у подростков не наблюдается. Это распространенное утверждение оказалось ошибочным.
Еще одной, пожалуй, самой большой неожиданностью стала стабильность метаболизма в возрасте от 20 до 60 лет. И теперь распространенный феномен набора веса после 40 лет уже никак нельзя объяснить снижением обмена веществ. Причем никаких различий в скорости метаболизма между мужчинами и женщинами при пересчете на массу тела без жировой ткани не существует. Суточные энергозатраты женщин ниже лишь потому, что их тела содержат больший, чем у мужчин, процент жировой ткани. При учете этого фактора и сравнении мужчин и женщин с одинаковой массой тела разница в метаболизме между полами исчезает.
После поправки на прирост массы тела не было обнаружено никакого скачка ни в базовом метаболизме, ни в общих ежедневных затратах энергии во время беременности и в послеродовом периоде. Это также стало сюрпризом. Скорость обмена веществ остается неизменной и при менопаузе, что развеивает очередной распространенный миф.
И только после достижения 60 лет метаболизм начинает ежегодно снижаться примерно на 0,7%. Люди старше 90 имеют энергозатраты примерно на 25% ниже, чем в 20-60 лет. Этот феномен ученые объясняют возрастной потерей мышечной массы.
Полученные данные разрушают целый ряд сложившихся как среди медицинских специалистов, так и в сознании обычных людей мифов и клише о метаболизме человека. Использование объективного метода исследования, в основе которого лежат биофизические механизмы и строгие математические расчеты, опровергло заблуждения, кочующие годами в специализированных и популярных изданиях.
Потери калорий не зависят от физической нагрузки и активности
В возникновении ожирения наряду с перееданием и увеличением в рационе питания доли ультрапереработанных продуктов значительную роль отводили гиподинамии. И это оказалось еще одним широко распространенным заблуждением, бытующим даже среди специалистов здравоохранения. Научная группа под руководством Германа Понцера в 2016 году изучила ежедневные затраты энергии и уровень физической активности в племени хадза (охотников-собирателей, проживающих в саванно-лесной области Северной Танзании) и сравнила их с энергозатратами людей из городских популяций современного общества. Ежедневно пройденные расстояния мужчин и женщин хадза составили 11,4 и 5,8 км соответственно, что значительно превышало объем пеших прогулок населения США и Европы. Неудивительно, что процент жира в их организме был на нижней границе нормы здорового человека. Однако, вопреки всем ожиданиям, общие ежедневные энергозатраты среди взрослых хадза были аналогичны показателям городских жителей западных стран. В верхнем диапазоне физической активности общие энергетические затраты вышли на плато и не возрастали при дальнейшем увеличении физических нагрузок.
Результаты этого исследования оспаривают постулаты о том, что урбанистический образ жизни приводит к аномально низкой потере калорий и снижение расхода энергии является основной причиной ожирения в развитых странах. В своем анализе специалисты учитывали и возраст, и пол, и влияние размеров тела, и процент жировых отложений — в итоге никаких различий в ежедневных затратах энергии выявлено не было. Мужчины хадза тратили примерно 2600 калорий в день, женщины хадза — 1900, столько же, сколько и люди, живущие в США и Европе, несмотря на значительную разницу в физической активности.
И на самом деле эти результаты не стали первооткрытием. Несколькими годами ранее было проведено сравнение ежедневных энергетических затрат сельских женщин Нигерии и афроамериканок, проживающих в США в городе Чикаго. Распространенность ожирения среди нигериек и американок составила 7% и 50% соответственно. После корректировки по размеру тела не наблюдалось никаких различий в среднем расходе энергии или уровне физической активности между ними. Также, вопреки всем ожиданиям, оказалось, что эти одинаковые ежедневные энергозатраты не различаются в группах с низкой и высокой распространенностью ожирения.
Затем для подтверждения или опровержения полученных результатов было проанализировано 98 ранее проведенных исследований по всему миру. И снова общий расход энергии с поправкой на вес и возраст существенно не различался между развивающимися и промышленно развитыми странами.
Этот же феномен был обнаружен уже не при сравнении разных групп, а в индивидуальных наблюдениях. Команда ученых фиксировала физическую активность 322 добровольцев, которые круглосуточно носили фитнес-браслеты. Демонстрируемые ими энергозатраты сравнивались с данными, полученными с помощью метода двойной маркировки воды. Оказалось, что физическая активность, определяемая браслетом, очень отдаленно отражает реальные суточные энергозатраты. На самом деле при малоподвижном образе жизни расходуется всего лишь на 200 килокалорий меньше, чем при умеренной физической активности. Когда же интенсивность нагрузки увеличивалась с умеренной до выраженной, объем энергозатрат вообще переставал расти и останавливался на одном уровне, то есть люди с выраженной физической активностью сжигали то же самое количество калорий, что и с умеренной.
Энергетическая эволюция
Человек — это не единственный биологический вид, у которого суточные расходы калорий фиксированы и не зависят от физической нагрузки. Обезьяны в лабораториях и зоопарках тратят такое же количество калорий, как и их сородичи в дикой природе, несмотря на кардинальные различия в двигательной активности. При сравнении популяций диких и живущих в неволе кенгуру и панд обнаружили схожие уровни затрат энергии.
Люди более физически активный вид, их энергетические бюджеты выше, чем у шимпанзе, примерно на 400 ккал. Ленивые гориллы и орангутанги сжигают калорий еще меньше, однако количество жира в их организме находится в интервале 14-23%, а у шимпанзе этот показатель вообще оказался ниже 10%. Среди людей такими параметрами могут похвастать только профессиональные спортсмены.
Несмотря на малоподвижный образ жизни и, кстати, высокий уровень холестерина, шимпанзе остаются поджарыми и здоровыми. Они не страдают атеросклерозом, их артериальное давление не повышается с возрастом, а сахарный диабет встречается крайне редко. У человека подобная гиподинамия вызвала бы серьезные проблемы со здоровьем — развитие сердечно-сосудистых и метаболических заболеваний.
Исследование среди шотландцев показало, что у людей, ежедневно смотрящих телевизор более двух часов в день, риск возникновения инфаркта или инсульта увеличен на 125%. А австралийские ученые рассчитали, что каждый час просмотра телевизора сокращает жизнь на 22 минуты. С другой стороны, исследование работников почты в той же Шотландии показало, что сотрудники, которые проходили 15 000 шагов или проводили свой рабочий день на ногах, обладали лучшими показателями работы сердечно-сосудистой системы, и у них отсутствовали нарушения обмена веществ.
В отличие от обезьян люди получили зависимость от физической активности, она стала необходимой для поддержания здоровья и выживания. В процессе эволюции постоянно что-то приобретается и что-то теряется. К примеру, миллионы лет назад у животных появился многоступенчатый процесс синтеза аскорбиновой кислоты, но это вещество в изобилии содержалось в их фруктовой пище, и приматы утратили способность самостоятельно его синтезировать. Поэтому для обезьян и людей витамин С требуется постоянно получать из продуктов питания. (Витамином считается вещество, которое не способно самостоятельно синтезироваться в организме. — Forbes Life). При его отсутствии в рационе они заболевают цингой и умирают. А вот для наших домашних питомцев — кошек и собак — дополнительный прием аскорбиновой кислоты не нужен: они сохранили способность к ее самостоятельному синтезу.
Возможно, именно увеличение физической активности в процессе эволюции дало возможность человеку приобрести свои уникальные черты. По одной из гипотез, как раз повышенная скорость метаболизма, наряду с изменениями в распределении энергии, произвела метаболическую революцию, которая обеспечила увеличение объема мозга до величин, свойственных человеку. И как тут не вспомнить утверждение Энгельса о том, что труд сделал человека из обезьяны. Спустя почти полтора века после выхода его работы «Роль труда в процессе превращения обезьяны в человека» были получены доказательства высвобождения при динамической нагрузке нейротрофических молекул, которые способствуют образованию нейронных связей и развитию мозга. Сегодня также установлено, что физические упражнения улучшают память и стимулируют познавательную деятельность, способствуют снижению умственной усталости и повышению настроения.
Парадокс упражнений
Энергия не появляется ниоткуда и не может исчезать в никуда. Как же объяснить, почему при высокой интенсивности физической активности расходуется такое же количество калорий, что и при умеренных нагрузках?
Вероятно, физически активные люди незаметно для себя меняют поведенческие привычки, которые позволяют экономить энергию. К примеру, не делают лишних движений, выбирают кратчайшую оптимальную траекторию движения, сидят, а не стоят, и более крепко спят. Однако этого вряд ли достаточно для энергосбережения, которое было установлено в исследованиях. Значительная экономия энергии, по мнению Понцера, достигается за счет перераспределения калорий, затрачиваемых на поддержание физиологических процессов внутри организма.
Представим, что человек лежит в постели и почти не двигается — обычно в таком случае его тело должно тратить минимальное количество калорий, только на поддержание основных функций, таких как дыхание и работа сердца. И теоретически, по расчетам, такие люди должны тратить только немного больше, чем их базовый метаболизм (то есть чуть больше 1,1 раза от тех калорий, которые тратятся в покое). Но на практике оказывается, что даже лежачие пациенты тратят немного больше энергии — в пределах 1,2-1,3 от базового уровня. Это происходит потому, что в организме все равно происходит перераспределение энергии, например на поддержание внутренних процессов, таких как работа иммунной системы и других органов.
Стресс, гиподинамия и ожирение связаны с постоянным, системным, вялотекущем воспалением в организме. При регулярных динамических нагрузках происходит перераспределение энергии — вместо поддержания тлеющих воспалительных процессов и пагубной гиперактивности иммунной системы она начинает тратиться на физическую активность. То есть, когда мы начинаем регулярно заниматься физкультурой, калории, которые раньше использовались для избыточного производства иммунных клеток и синтеза стимулирующих воспаление молекул, теперь сжигаются в мышцах, а воспалительные очаги в тканях постепенно затухают и прекращают свое существование.
Регулярная физическая активность помимо противовоспалительного эффекта за счет прекращения энергообеспечения патологических очагов активирует целый ряд оздоровительных физиологических механизмов. Работающие мышцы синтезируют и высвобождают сотни биологически активных регуляторных молекул. И ученые только начинают разбираться в их важности для поддержания здоровья организма. Однако уже сегодня мы понимаем, что физические нагрузки на регулярной основе обеспечивают устойчивость обмена веществ, защиту от хронических метаболических и сердечно-сосудистых заболеваний.
Физическая активность снижает уровень стероидных гормонов в состоянии покоя, это одна из известных причин уменьшения частоты случаев рака репродуктивной системы у людей, активно занимающихся спортом. Регулярные физические упражнения обеспечивают сглаживание утреннего подъема кортизола, гормона стресса. Это в свою очередь приводит к снижению инсулинорезистентности, механизма, лежащего в основе развития сахарного диабета. И, конечно, они являются крайне эффективными средствами для повышения КПД иммунной системы, помогая ей быстрее справляться с инфекцией или вообще не допускать развития заболеваний.
У пожилых людей физическая активность способна замедлить инволюционные изменения мышечной ткани, что позволяет поддерживать молодой, более быстрый метаболизм. Это служит защитой от заболеваний, ассоциированных со старением, в том числе сердечно-сосудистой патологии и деменции.
Полученные в современных исследованиях данные кардинально изменяют сложившиеся десятилетиями представления о метаболизме. К сожалению, многие из них пока остаются не замеченными не только широкой общественностью и большим количеством популяризаторов в области оздоровления и похудения, но и среди врачей, занимающихся составлением рекомендаций для потери веса и планированием индивидуальных оздоровительных программ. Новые факты о метаболизме свидетельствуют о том, что лучше всего рассматривать диету и упражнения как разные инструменты с разными возможностями. А на животрепещущий для многих вопрос, что делать, чтобы сбросить лишний вес — заниматься спортом или сесть на диету, — ответ наконец получен. Для похудения следует ограничить и оптимизировать рацион питания, а заниматься физкультурой необходимо, чтобы оставаться здоровыми и энергичными.
Однако не следует расценивать выводы этой группы ученых как прямое руководство к действию. Тем более что они рассматривали метаболизм больше с точки зрения физики — накопления и потери энергии, а не медицины, предполагающей гораздо более комплексный подход. В последние десятилетия была открыта группа миокинов, биологически активных веществ, выделяющихся в мышцах при физической нагрузке, подавляющее большинство эффектов которых остаются неизвестными. Возможно, как раз часть из них и обеспечивает регуляцию метаболизма и приводит к сжиганию жировых отложений.
К тому же, каждый человек индивидуален, обладает уникальным набором генов и анатомо-физиологических характеристик, ведет свойственный только ему образ жизни. Поэтому и причины, и комплекс механизмов, лежащих в основе появления избыточной массы тела, также индивидуальны. К этому могут приводить нарушения гормонального профиля — и тогда необходима помощь эндокринолога, а с расстройством пищевого поведения поможет разобраться психолог. Быстрому набору веса может способствовать прием некоторых лекарственных препаратов, что потребует пересмотра их дозировок или замены на аналоги. Главное, это вовремя заметить проблему, не отрицать ее наличие, обратиться к квалифицированному специалисту и пройти необходимое обследование. И ни в коем случае не заниматься голоданием, которое может привести к тяжелым и необратимым для здоровья последствиям.