Что такое калория кто первый
Правдивая история про калории. | KATETSPORT
Сейчас очень популярны высказывания — «не все калории одинаковы» или «…считать калории не имеет никакого смысла, т.к. каждый человек индивидуален, человеческий организм устроен слишком сложно и его нельзя сравнивать с калориметром.» и т.д. Поэтому в этой статье я постараюсь рассказать историю калорий, как появилась эта единица измерения, что она означает и разумно ли использовать метод подсчета калорий для контроля веса.
Калория. Или все началось с…
В 1824 году французский химик Николя Клеман-Дезорм вводит научный термин и определение «калории». Калория (от лат. “calor“ – тепло) — количество теплоты, необходимое для нагревания 1 грамма воды на 1 градус Цельсия.
Калориметр.
Первый прибор для измерения количества теплоты, выделяющейся или поглощающейся в каком-либо физическом, химическом или биологическом процессе, изобрел Джозеф Блэк (первый кто обнаружил различие между количеством теплоты и её температурой, так появилось понятие теплоемкости вещества), и в 1759-1763 годах появился первый калориметр. В дальнейшем калориметр использовали французские ученые Антуан Лоран Лавуазье и Пьер Симон Лаплас. В 1780 году они начали серию калориметрических экспериментов, которые позволили измерить тепловую энергию в различных физических, химических, биологических процессах. Например, они помещали мышь в калориметр, который представлял собой полую камеру, стенки которой были покрыты коркой льда (при этом лед был изолирован от внешней среды воздушной прослойкой, чтобы плавление происходило исключительно под воздействием объекта, помещённого внутрь камеры калориметра), лед таял под воздействием тепла от помещенного внутрь объекта, а ученые измеряли количество талой воды.
Калориметр и Лавуазье
Тогда Лавуазье высказал следующую мысль – «дыхание подобно горению свечи». Лавуазье первым приравнял явления жизни к действиям химических и физических сил. Он говорил о дыхании как о медленном окислении, происходящем внутри организма, причем кислород, соединяясь с элементами тканей, дает воду и углекислоту.
Конечно с 1780 года точность калориметрических методов, приборов значительно увеличилась, было проведено много опытов и экспериментов, в XIX веке немецкий химик Юстус фон Либих, который соглашался с идеями Лавуазье о том, что пища — это топливо для организма, как дрова для печки, составил первые в мире таблицы калорийности продуктов питания. Либих впервые предложил «делить» пищевые продукты на 3 составные части: белки, жиры и углеводы.
…чуть-чуть о БЖУ.
Белки.
В XIX веке голландский химик Геррит Мульдер выдвинул теорию о том, что все белки состоят из минимальных структурных единиц, такие единицы он назвал «протеином» (от греч. protos —первичный). Мульдер исследовал продукты разрушения белков — аминокислоты. К концу XIX века открыли большинство аминокислот, а в начале XX века немецкий химик Эмиль Фишер экспериментально доказал, что белки состоят из аминокислотных остатков, соединённых пептидными связями.
Углеводы.
Первые углеводы описывались формулой соединениями углерода и воды, поэтому название класса соединений и происходит от слов «гидраты углерода», оно было впервые предложено К. Шмидтом в 1844 году. Все углеводы состоят из отдельных «единиц», которыми являются сахариды. Первое масштабное исследование углеводов, определение состава и структуры, а также синтез виноградного и фруктового сахара, провел немецкий химик Э. Фишер в конце XIX века (тот же, который потом экспериментально доказал состав белков и получил Нобелевскую премию по химии).
Жиры.
Состав жиров определили французские ученые М. Шеврель и М. Бертло. В 1811 году М. Шеврель установил, что при нагревании смеси жира с водой в щелочной среде образуются глицерин и карбоновые кислоты (стеариновая и олеиновая). В 1854 году химик М. Бертло осуществил обратную реакцию и впервые синтезировал жир, нагревая смесь глицерина и карбоновых кислот.
Вот так все значимые открытия в области биохимии произошли в XIX веке. А теперь вернемся к диетологии.
Калорийность БЖУ.
Отцом-основателем современной диетологии и основоположников изучения обмена веществ и энергии в организме человека, является американский химик Уилбур Олин Этуотер. Этуотер последователь Юстуса фон Либиха (который придумал таблицы калорийности продуктов и разделение на БЖУ). Этуотер провел в Германии три года (с 1869 по 1871 г.), изучая опыт европейских коллег-химиков.
Уилбур Олин Этуотер
Конечно на тот момент не было данных ни про энергетическую, ни про пищевую ценность продуктов. Самое сложное было экстрагировать отдельные компоненты (белки, жиры, углеводы) из продуктов. Как же Этуотер получил эти значения? Жиры он экстрагировал эфиром из измельченного кусочка пищи, количество белка определялось по количеству азота (содержания азота в белке около 16%, используя метод Кьельдаля, который появился в 1883 году, можно определить количество азота в органических веществах), а углеводы получались вычитанием из массы пищи массы жиров, белков и пепла (неорганических веществ). Потом он сжигал белки, жиры, углеводы в калориметре и измерял количество выделяемого тепла.
Камера калориметра, оборудованная устройствами и приборами, позволяющими определять количество тепла, выделенного находящимся в ней человеком
Известные всем значения калорийности для белков (4 ккал/грамм), жиров (9 ккал/грамм) и углеводов (4 ккал/грамм) впервые экспериментально получил Этуотер. Конечно биохимия не стоит на месте и в XX веке были получены более точные значения, например, белок яйца — 4,36 ккал/грамм, белок коричневого риса — 3,41 ккал/грамм, добавили калорийность спирта 7 ккал/грамм, пищевые волокна/клетчатка – 1,9 ккал/грамм и т.д. Однако с точки зрения диетологи, изучения контроля веса, эффект от подобных уточнений незначителен, так как во всей этой системе Этуотера существуют более серьезные проблемы. Вот некоторые аргументы противников «теории подсчета калорийности»:
1. «Неучтенный» фактор затрат энергии на пищеварение и усвоение пищи.
Когда мы говорим про «подсчет калорийности рациона», то подразумеваем систему подсчетов, которая сводится к простому уравнению «Энергобаланса».
Баланс энергии = Количество потребляемых – количество затрачиваемых калорий
Думаю, всем понятно, что просто назвать 2 000 ккал – «подходящий рацион для женщин» (даже уточнив возраст, рост, вес) это как играть в дартс с закрытыми глазами, верным будет только направление, но попасть никак не удастся (если только случайность). Поэтому очень важно правильно оценить количество затрачиваемых калорий. Формула для расчета обмена веществ выглядит следующим образом:
METABOLISM = BMR + TEA + NEAT + TEF
Что это за набор букв?! Подробнее можно прочитать в моей статье «7 причин почему Вы еще не теряете вес при дефиците калорий?!». Если коротко, то это основные составляющие обмена веществ – метаболизм в состоянии покоя, термический эффект активности, нетренировочная активность, термический эффект пищи.
Так вот, TEF или «Thermic Effect of Food» или термический эффект пищи – это калории, затрачиваемые на переваривание (и запасание) пищи. Причем затраты различаются при приеме разных продуктов:
жир — 0-3%;
углеводы — 5-10%;
белки — 20-30%.
В среднем, затраты на TEF составляет около 10% от общего приема пищи.
* Иногда TEF называют «dietary-induced thermogenesis (DIT)» или «specific dynamic action (SDA)», но общий смысл в том же.
И ссылочка на исследование (таких исследований много, но одно на всякий случай, что я не беру эти проценты «из головы»): Institute of Physiology, University of Lausanne, Switzerland. Pathways to obesity.
Помимо этого существуют и частично неусвояемая пища (какая-то часть нутриентов уходит с фекалиями), об этом знал и Этуотер, он исследовал фекалии людей, чей рацион был заранее известен, и выяснил, что не вся пища усваивается организмом (к сожалению, в его работе FOODS: NUTRITIVE VALUE AND COST точных цифр по затрачиваемым калориям на переваривание и усвоение, запасание пищи я не нашла, там есть раздел THE DIGESTIBILITY OF FOOD, только он без цифр, но на этот счет существует много других, более современных исследований и еще кое что… но об этом далее).
Вот его цитата:
“We live not upon what we eat, but upon what we digest”
«Мы живем не на том, что мы едим, а на том, что мы перевариваем» Этуотер.
Нужно сказать, что не только Этуотер изучал калорийность продуктов. В то же время немецкий физиолог Макс Рубнер используя калориметрическую бомбу первым получил значение калорийности для белков 4,1 ккал/гр., углеводов 4,1 ккал/гр., жиров 9,3 ккал/гр., но нужно сказать, что эти значения не учитывают поправку на неполную усвояемость продуктов, в отличие от данных Этуотера.
Вот данные по калорийности БЖУ, которые впервые получил Макс Рубнер (1 и 2 столбец, скорректирован белок, та как тело не может усвоить азот и он выводится организмом с мочой) и откорректированные значения Этуотера (3 столбец, скорректирован на неусвояемые организмом калории).
2. Причем тут вообще термодинамика, каким образом она работает в человеческом организме?
Для многих сложно отождествлять процессы горения пищи в калориметре, выделения тепловой энергии (хотя тепло это лишь способ передачи энергии, так что термин «тепловая энергия» не совсем корректен) и тех процессов, что происходят внутри организма.
Первый закон термодинамики – это закон сохранения энергии. Энергия может переходить из одного вида в другой (передаваться), но не может быть ни создана из ничего, ни уничтожена. То есть энергия, которая поступает к нам с пищей, не может исчезнуть, она либо тратится на выполнение работы, либо запасается при синтезе новых тканей, либо покидает организм. В общем, это то самое уравнение «энергетического баланса».
Вот пример перехода энергии. Калорический эквивалент работы, выполненной против силы тяжести. Масса 427 кг, падающая на 1 м, повысила бы температуру 1 литра воды на 1 градус Цельсия.
3. Зачем считать калории, можно же есть больше белка и овощей, чтобы похудеть?
В 1964 году в Окленде, штат Калифорния, был проведен эксперимент. Группа людей, страдающих ожирением, в течение 10 недель получала разные по составу нутриентов (БЖУ), но фиксированные по количеству калорий коктейли. Все пациенты теряли вес с одинаковой скоростью, вне зависимости от изменения состава нутриентов (БЖУ).
Ссылка на исследование: Calories Do Count, Laurance W.Kinsell et al, 1964
Официальная позиция «Международного сообщества спортивного питания» по диетам – потеря жира достигается путем дефицита калорий и любая (кетогенная, низкоуглеводная, высокобелковая, интервальная…) диета работает при условии дефицита калорий.
Ссылка на источник: International society of sports nutrition position stand: diets and body composition 2017.
Так что, превышение поступления энергии приводит к увеличению веса тела (чаще всего за счет жировой ткани, но возможны еще варианты: например, запасание углеводов в виде гликогена, или белков в новых мышечных структурах, но тут уже нужны дополнительные факторы, помимо питания), независимо от типа диеты. А вот снижение поступления энергии приводит ровно к обратному — сокращению жировой ткани в тех же пропорциях. Главное в контроле веса — калорийность рациона, а не его состав.
4. Слишком сложные расчеты, много погрешностей.
Да, действительно, в условиях обычной жизни вести подсчеты калорийности рациона, даже с использованием специальных программ-счетчиков калорий, достаточно сложно (вес порции, состав готового блюда, постоянный учет даже «крошечных» перекусов и т.д.), не говоря уже о правильных расчетах энергозатрат. Но! На практике происходит следующее:
— Даже примерно рассчитав калорийность своего рациона (не на глаз, а взвешивая, используя программы счетчики) и энергозатраты (про это уже писала), мы уже получим определенную точку отсчета, допустим 2 100 ккал.
— Если мы хотим похудеть, то нужно создать дефицит в 10% от нормы (именно от нормы, потому что многие люди считаю, что, если хочешь похудеть, то нужно не есть после шести или исключать определенные продукты, или вообще практически голодать, что может привести к обратному эффекту, либо навредить здоровью), т.е. урезать рацион до 1 890 ккал. А дальше наблюдаем за изменениями веса, если он не уходит, то еще чуть-чуть увеличиваем дефицит, сокращаем рацион до 1 800 ккал.
— Самое главное в этой системе «нащупать баланс», правильные подсчеты, пусть с определенной долей погрешности, уберегут Вас от чрезмерного перегиба в ту или иную сторону (слишком большой дефицит/профицит, питание ниже базового обмена веществ, сбой гормонального цикла у женщин, прочих проблем со здоровьем). Подробнее писала в статье «Сколько калорий тратит мозг, мышцы и прочие ткани и органы?»
Вообще тема «Правильного подсчета калорий» это отдельная статья, со своими методами, хитростями, примерами и практикой, практикой, практикой (там только по началу кажется все слишком запутанным и сложным).
Таким образом, при всех недостатках, «метод подсчета калорий» является самым эффективным методом контроля веса на сегодняшний момент, в основе которого лежит научная база, а не методы интуитивного питания и вера в эффективность какого-то одного продукта для похудения или набора.
P.S. Пока писала статью нашла очень много интересных источников, не все упомянула в статье, поэтому вот еще пару ссылок:
- The American Journal of Clinical Nutrition. Is a calorie a calorie? 2004
- History of the Calorie in Nutrition
- physiqonomics.com Yes. It’s Not as Simple as Calories in Calories out but Calories Still Count. Here’s Why.
- остальное смотрите по тексту ????
Источник
Калория и ее история…
Термин «калория» (от латинского calor — тепло) ввел в научный оборот французский химик Николя Клеман ещё в 1824 году. И сегодня любой школьник знает, что калория это количество тепла, которое необходимо, чтобы нагреть один грамм воды на один градус. Но каким же был исторический путь калории, прежде чем она вошла в наш повседневный обиход?
Калория и калориметр
Ещё задолго до появления термина — калория, были сконструированы первые приборы для измерения теплоты. Одно из подобных устройств, которое впоследствии начали называть калориметром, французские учёные Лавуазье и Лаплас использовали, чтобы измерять количество теплоты, выделяющееся в различных физических, химических и биологических процессах. В то время еще не было точных термометров, поэтому для измерения теплоты приходилось идти на ухищрения.
Первый калориметр был ледяным. Внутренняя полая камера, куда помещали объект, излучающий тепло (например, мышку), была окружена рубашкой, заполненной льдом или снегом. А ледяная рубашка, в свою очередь, была окружена воздушной, чтобы лед не плавился под действием внешнего нагрева. Тепло от объекта внутри калориметра нагревало и плавило лед. Взвешивая талую воду, стекавшую из рубашки в специальный сосуд, исследователи определяли теплоту, выделенную объектом.
Далее последовали и другие эксперименты, и многие из них имели огромное значение для физиологии. Именно тогда Лавуазье высказал мысль, что дыхание животного подобно горению свечи, за счет которого в организме поддерживается необходимый запас тепла. Он также впервые связал три важнейшие функции живого организма: дыхание, питание и транспирацию (испарение воды). Видимо, с тех пор и заговорили о том, что пища сгорает в нашем организме.
В тридцатых годах XIX века аналогичные опыты с пищей проводил знаменитый немецкий химик Юстус фон Либих, который разделял идеи Лавуазье о том, что еда — это топливо для организма. Причем Либих впервые начал выделять в этом топливе белки, жиры и углеводы.
В своих экспериментах он сжигал навески пищи в калориметре и измерял выделившееся тепло. Затем, на основании результатов этих опытов Либих вместе со своим коллегой Юлиусом фон Майером составил первые в мире таблицы калорийности продуктов питания и на их основе попытался рассчитать научно обоснованный рацион для прусских солдат.
Знаменитым последователем Юстуса фон Либиха стал американский агрохимик Уилбур Олин Этуотер. Он первым додумался измерять энергоемкость компонентов пищи и придумал схему подсчета калорийности любых продуктов питания. Ему не пришлось начинать с нуля. Три года (1869—1871) Этуотер провел в Германии, где изучал опыт европейских коллег-агрохимиков. Здесь он не только вдохновился идеями физиологической калориметрии, посеянными Либихом, но и освоил некоторые методики эксперимента.
Сегодня Этуотера называют отцом диетологии. И действительно, ведь именно он впервые экспериментально получилстоль хорошо знакомые нам значения калорийности углеводов (4 ккал/г), белков (4 ккал/г) и жиров (9 ккал/г). И теперь, даже спустя сто двадцать лет, диетологи используют эти цифры при подсчете энергетической ценности продуктов питания.
Основные факторы Этуотера
Этуотер мечтал устроить так, чтобы бедняки могли на свои скромные средства покупать достаточно еды, обеспечивая себя необходимой энергией. Для этого надо было понять, сколько калорий содержится в разных продуктах и сколько их нужно человеку, чтобы обеспечить энергией его жизнь. В то время наши сведения о составе продуктов были скудноваты. В 70-х годах XIX века еще не знали о витаминах, микроэлементах, антиоксидантах и их важности для организма. Значение кальция и фосфора признавали, но не понимали, какова их роль. Впрочем, Этуотер решал «энергетические» проблемы, а в то время уже точно знали, что энергию организму дают три основных компонента пищи: белки, жиры и углеводы. Здесь-то Этуотеру и понадобилась калориметрическая бомба. В ней он измерял, сколько тепла выделяется при полном сгорании точной навески типичных белков, жиров и углеводов. Конечно, есть различные белки, как, впрочем, жиры и углеводы. Но их теплотворная способность внутри каждой группы различалась не сильно.
Однако одной теплоты сгорания недостаточно. Необходимо знать, сколько каждого из этих компонентов содержится в продуктах. Решение было найдено сугубо химическое. С помощью эфира Этуотер экстрагировал жир из измельченного кусочка пищи, вес которого ему был точно известен. А затем определял вес вещества (жира), перешедшего в эфир. Так можно было подсчитать содержание липидов в продукте. Кстати, этот же несложный метод применяют и в наши дни.
С белками пришлось повозиться, поскольку нет анализа, позволяющего определить общее количество белков в том или ином продукте. Однако Этуотер знал, что в среднем около 16% массы белка приходится на азот. Он придумал, как определять количество азота в пище, и через него рассчитывал содержание белка.
С углеводами похожая проблема: определять их общее содержание в пище тогда не умели. Здесь выручила арифметика. Этуотер сжигал навеску пищи и определял количество образовавшегося пепла, содержащего только неорганические вещества. Теперь не составляло труда определить общее содержание органики (исходный вес пищи минус пепел). Вычитая из этого значения массу жира и белка, Этуотер получал содержание углеводов.
Однако не вся съедаемая пища усваивается нашим организмом. Сколько же проскакивает вхолостую? Это важно было знать и учитывать при оценке энергетической ценности продукта. Чтобы ответить на этот вопрос, Этуотеру пришлось обследовать фекалии людей, чей рацион питания был точно известен. По его расчетам оказалось, что в среднем доля неусвоенной пищи составляет не более 10%.
В результате всех этих экспериментов и расчетов, которые заняли не один год, Этуотер наконец провозгласил: энергетическая ценность белков и углеводов, съедаемых человеком, составляет 4 ккал/г, а жиров — 9 ккал/г. Эти магические цифры назвали факторами Этуотера, его подход — системой Этуотера.
Система Этуотера оказалась на редкость универсальной и живучей. Достаточно сказать, что общие факторы и по сей день остаются неизменными. Но при этом система гибкая и открытая для разных дополнений и уточнений. В ХХ веке биохимия питания развивалась чрезвычайно активно, позволяя исследователям получать все новые данные. Уже во второй половине прошлого столетия в систему внесли новые факторы для пищевых волокон (некрахмалистых полисахаридов). Известно, что эта группа веществ усваивается намного хуже углеводов, поэтому их энергетическая ценность была заметно ниже — 2 ккал/г. Удалось даже учесть энергию, которую расходует организм на производство мочи и газов.
А сколько человеку нужно калорий?
На этот вопрос, который поставил перед собой Этуотер в самом начале своих исследований, он смог дать исчерпывающий ответ. Вместе со своими коллегами по Веслеанскому колледжу Эдвардом Росой и Френсисом Бенедиктом он сконструировал специальную вентилируемую камеру-калориметр, в которой мог находиться человек, работать и отдыхать. Выделяемое им тепло определяли по разности температур воды, которая протекала через систему трубок, проложенных в камере, — на входе и на выходе. С ее помощью в 1896 году он начал исследовать, сколько энергии человек тратит в состоянии покоя, бодрствования и при разного рода деятельности, сколько потребляет кислорода и сколько производит углекислого газа.
Объектами исследования в первую очередь становились его студенты. А на основании результатов этих измерений Этуотер впервые подсчитал баланс между энергией, поступающей в организм с пищей и расходуемой человеком. Он подтвердил, что и в человеческом организме работает закон сохранения энергии: она никуда не исчезает, а переходит из одной формы в другую. Интересно, что до Этуотера в научных кругах бытовало мнение, будто первый закон термодинамики применим к животным, но никак не к человеку, поскольку человек уникален. Этуотер не только опроверг это заблуждение, но и впервые доказал: если человек не использует полностью энергию, поступающую в его организм с пищей, то она запасается в виде избыточных килограммов.
Неучтенные факторы
Основной недостаток системы Этуотера заключается в том, что в ней не учитывается расход энергии на пищеварение. Люди тратят на пищеварение, конечно, значительно меньше энергии, чем, скажем, змеи и рыбы. Но тем не менее эти траты заметны. За переваривание пищи нам приходится расплачиваться энергией. Легче всего переваривается жир, затем углеводы, хуже всего — белки. Чем больше доля белка в пище, тем выше расходы на пищеварение.
Однако значение имеет не только химический состав продукта, но и его физическое состояние. Очевидно, что организм будет тратить больше энергии на переваривание сырой пищи, а не вареной, жесткой, а не мягкой, состоящей из крупных частиц, а не из мелких, холодной, а не горячей. Получается, что калорийность пищи многократно обработанной, измельченной, пропаренной-проваренной и максимально размягченной выше, чем у приготовленной из тех же продуктов, но обработанной менее интенсивно.
Хорошая иллюстрация к сказанному — известное исследование, выполненное японским ученым Киоко Ока с соавторами («Food texture Differences Affect Energy Metabolism in Rats», «Journal of Dental Research», 2003). Исследователи содержали 20 крыс в разных режимах питания: половине давали обычный гранулированный корм, над которым надо было потрудиться, чтобы его разгрызть, вторую половину животных кормили теми же гранулами, только вздутыми, как хлопья для завтрака. Условия содержания животных и их нагрузки были одинаковыми.
Казалось бы, как может повлиять способ приготовления пищи на рост животных Оказывается может! Крысы перешли на рацион с разными гранулами в возрасте четырех недель. И уже через четыре месяца различия стали заметны невооруженным глазом.
Крысы, питавшиеся мягкой пищей, в среднем весили примерно на 6% больше тех, кого кормили твердыми гранулами, а жира у них было больше в среднем на 30%. От мягкой, сильно переработанной пищи крысы толстели, потому что тратили значительно меньше энергии на пищеварение.
Физическое состояние пищи — это ловушка для системы Этуотера. Ведь он полагал, и это заложено в его системе в качестве одного из основных факторов, что в организме не переваривается 10% пищи, которая выводится с фекалиями. Однако, на самом деле, эта величина непостоянная и зависит от консистенции пищи и скорости перистальтики кишечника.
Помимо этого у системы Этуотера есть еще один подводный камень, который можно назвать «биоразнообразием». Все мы очень разные, разные генетически, а значит — биохимически и метаболически. Сколько раз нам доводилось удивляться волчьему аппетиту худых людей, которые, несмотря на большие объемы поглощаемой пищи, не толстеют. А дело в том, что худые люди в норме затрачивают на пищеварение больше энергии, чем полные. Поэтому, съев пищу той же калорийности, полный человек прибавит в весе больше, чем худой.
Итак, в системе Этуотера не учтен весомый вклад, который вносят в калорийность пищи ее физические свойства и способы приготовления, а также метаболический портрет каждого из нас. Это значит, мы не можем оценить с помощью этой системы точную питательную ценность собственного рациона.
Можно ли все эти дополнительные, но столь важные факторы учесть в системе Этуотера? Оказывается, чрезвычайно трудно, если вообще возможно. Методически это невероятно сложная задача. Ведь потребуется провести гигантское количество экспериментов, чтобы получить реальные значения питательной ценности конкретных продуктов, учитывающие их консистенцию, способ приготовления, сочетания с другими продуктами и нашу биохимическую индивидуальность.
Поэтому, конечно же, система Этуотера дает лишь грубые оценки. Однако именно благодаря ней мы можем количественно выражать химический состав и питательную ценность продуктов, а также энергетические потребности нашего организма. Ну и, в конечном итоге, эти знания дают нам возможность наиболее эффективным образом организовывать питание и планировать свой рацион.
Источник
Источник