Енергетичний баланс та регуляція маси тіла

Енергетичний баланс — це співвідношення між енергією, яку людина отримує з їжею та напоями, та енергією, яку вона витрачає на метаболізм і фізичну активність. З часом баланс між надходженням та витратою визначає, чи збільшуються, зменшуються чи залишаються стабільними запаси енергії в організмі, переважно жирова маса, що робить цю сферу фізіологічною основою для розуміння маси тіла та її регуляції.

Definition

Енергетичний баланс та регуляція маси тіла — це вивчення того, як надходження та витрати енергії узгоджуються в часі, і як фізіологічні системи відчувають та підтримують запаси енергії організму, причому дисбаланс призводить до змін маси та складу тіла.

Scope

Цей розділ знайомить читача з компонентами загальних добових витрат енергії людини, термічним ефектом їжі, гомеостатичними та нейроендокринними системами, що підтримують масу тіла, а також метаболічними змінами, що супроводжують навмисне обмеження енергії. Він представляє ці теми як довідкові матеріали з фізіології та науки про харчування, об'єднуючи чотири детальні теми, а не пропонуючи індивідуальні поради щодо контролю ваги.

Sub-topics

• Basal Metabolic Rate and Total Daily Energy Expenditure
• Dietary Thermogenesis and Adaptive Thermogenesis
• Energy Balance Homeostasis and Regulation
• Metabolic Adaptation to Caloric Restriction

Core questions

• Які компоненти загальних добових витрат енергії та як вони вимірюються?
• Як організм відчуває свої запаси енергії та сигналізує про них мозку?
• Чому організм прагне підтримувати певну вагу, і які механізми протидіють як набору, так і втраті ваги?
• Які метаболічні зміни супроводжують тривале обмеження калорій та втрату ваги?

Key concepts

• Надходження енергії та витрати енергії
• Загальні добові витрати енергії
• Базальна та спокійна швидкість метаболізму
• Термічний ефект їжі
• Адаптивний термогенез
• Енергетичний гомеостаз та сигнали адипозності
• Метаболічна адаптація до втрати ваги

Key theories

Моделі «заданої точки» / «точки осідання» маси тіла

Маса тіла активно регулюється, а не пасивно визначається: сигнали зворотного зв'язку, пропорційні запасам жиру, діють на центральні контури для підтримки певного діапазону ваги, так що відхилення викликають компенсаторні зміни у надходженні та витраті. Варіанти моделі «точки осідання» наголошують на тому, що рівень підтримки формується як середовищем, так і біологією.

Mechanisms

Загальні добові витрати енергії є сумою базального/спокійного метаболізму, термічного ефекту їжі та енергетичної вартості фізичної активності. Запаси енергії сигналізуються мозку гормонами, такими як лептин та інсулін, концентрації яких відстежують адипозність; гіпоталамічні контури інтегрують ці сигнали з короткостроковими сигналами насичення для регулювання споживання їжі та витрат енергії (Schwartz, 2000). При зменшенні ваги витрати падають більше, ніж передбачалося лише втратою тканин, — компенсаторна реакція, що називається адаптивним термогенезом, яка схиляє систему до відновлення втраченої ваги (Leibel, 1995; Rosenbaum, 2010).

Clinical relevance

Розуміння енергетичного балансу лежить в основі інтерпретації змін ваги, недоїдання та ожиріння в медичних науках, а також пояснює, чому стійка втрата ваги є фізіологічно складною. Матеріал тут є описовим довідковим контентом про нормальну та змінену енергетичну фізіологію і не є протоколом для діагностики чи лікування ваги будь-якої особи.

Epidemiology

Добові витрати енергії варіюються протягом життя: зростають у ранньому дитинстві, залишаються відносно стабільними протягом значної частини дорослого життя при коригуванні на розмір тіла та знижуються в старшому віці (Pontzer, 2021). Довгострокове спостереження за людьми після значної втрати ваги показує, що знижені витрати енергії можуть зберігатися роками (Fothergill, 2016), що є спостереженням на рівні популяції, релевантним для високих показників відновлення ваги після дієт.

History

Кількісне вивчення енергетичного метаболізму людини виросло з калориметрії дев'ятнадцятого та початку двадцятого століть, яка встановила, що надходження та витрати енергії підпорядковуються закону збереження енергії. Протягом двадцятого століття непряма калориметрія, а пізніше метод подвійно мічених води дозволили вимірювати витрати у людей, що живуть вільно, тоді як клонування лептина у 1994 році та подальші дослідження гіпоталамічних контурів переосмислили масу тіла як центрально регульовану, гормонально сигналізовану величину, а не пасивний баланс калорій.

Key figures

• Rudolph Leibel
• Michael Rosenbaum
• Michael W. Schwartz
• Kevin D. Hall
• Herman Pontzer

Seminal works

• leibel-1995
• schwartz-2000
• rosenbaum-2010

Frequently asked questions

Що означає перебувати в енергетичному балансі?

Людина перебуває в енергетичному балансі, коли енергія, яку вона отримує з їжею та напоями, дорівнює енергії, яку вона витрачає на метаболізм та активність, так що запаси енергії в організмі залишаються приблизно постійними з часом. Стійкий надлишок зберігається переважно як жир, а стійкий дефіцит використовує ці запаси.

Якщо енергетичний баланс — це просто калорії, що надходять, проти калорій, що витрачаються, чому вагу важко змінити?

Тому що обидві сторони рівняння регулюються. Надходження та витрати не є фіксованими числами, а коригуються гормональними та нейронними зворотними зв'язками, які підтримують існуючі запаси енергії, тому організм частково компенсує навмисні зміни в харчуванні чи активності.