Niezwykła kaloria – dlaczego żywność ma kalorie – jak spalić kalorie.

Energia reprezentuje zdolność do pracy. Ukończenie zajęć z aerobiku, treningu siłowego lub lekcji jogi to przykłady działań, w których żywność zamieniana jest na energię chemiczną w komórkach mięśniowych, a następnie przekształcana w energię mechaniczną do ćwiczeń fizycznych. Na całym świecie  najczęstszym terminem używanym do wyrażenia energii jest kaloria.

Liczba kalorii jest podana na etykiecie każdego pobranego paska energii. Brokuły mają kalorie, chociaż nie ma etykiety z informacją, ile. Gdzieś wzdłuż linii większość ludzi nauczyła się, że kalorie są wykorzystywane przez organizm na energię, a jeśli zjesz ich zbyt dużo, przytyjesz, a jeśli nie jesz, w końcu umrzesz z głodu. Ale czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, co to jest kaloria, jak dostała się do twojego jedzenia i jak twoje ciało używa jej? W tym artykule zostaną omówione te aspekty niezwykłej kalorii.

Czym właściwie jest kaloria?

Kaloria jest miarą energii. Jest to energia cieplna wymagana do podniesienia temperatury jednego grama wody o jeden stopień Celsjusza. Jest również definiowany jako 4.184 dżula, gdzie jeden dżul to energia cieplna oddawana, gdy amper przepływa przez rezystancję jednego omu na sekundę (Stedmana). Energia wykorzystywana do aktywności fizycznej i energia zmagazynowana w żywności jest faktycznie podawana w kilokaloriach (energia cieplna wymagana do podniesienia temperatury jednego kilograma wody o jeden stopień Celsjusza).

Często kilokalorie są określane jako kcals lub duże kalorie lub jako kalorie, gdzie duża litera „C” oznacza kilokalorie. Ponieważ jednak kaloria jest tak małą jednostką energii, słowo „kaloria” w celu zdefiniowania małej kalorii jest używane głównie w literaturze naukowej. Przez większość czasu „kaloria” pisana z małym „c” faktycznie odnosi się do kilokalorii dostarczanych w jedzeniu i używanych podczas ćwiczeń. W tym artykule postępujemy zgodnie ze wspólnym zwyczajem i używamy kalorii w odniesieniu do kilokalorii.

Dlaczego żywność ma kalorie?

Żywność ma kalorie, ponieważ żywność pochodzi z roślin lub od zwierząt, które zjadły rośliny. W rzeczywistości to rośliny wytwarzają podstawowe cząsteczki w żywności, które zawierają energię wyrażoną jako kalorie (Taiz i Zeiger). Zielone rośliny wytwarzają te cząsteczki z dwutlenku węgla i wody, wychwytując energię słoneczną w procesie zwanym fotosyntezą. Chlorofil zielony pigment roślinny pochłania energię promieniowania słonecznego, która jest następnie przekształcana w energię chemiczną w wiązaniach łączących węgiel z dwutlenku węgla (CO2) z wodą (H2O), tworząc węglowodany, (CH2O) n lub hydraty węgla i uwalniając tlen (O2) do atmosfery.

Z węglowodanów rośliny mogą tworzyć inne cząsteczki, które zawierają przechwyconą energię; są to tłuszcze i białka. Ludzie mogą używać węglowodanów do syntezy większości kwasów tłuszczowych, tłuszczów, nieistotnych aminokwasów i białek, podobnie jak rośliny. Jednak podstawowym źródłem wszystkich kalorii są węglowodany wytwarzane przez rośliny z dwutlenku węgla i wody poprzez wychwytywanie energii słonecznej.

Dlaczego żywność ma różne poziomy kalorii?

Istnieje sześć klas składników odżywczych w żywności: węglowodany, tłuszcze, białka, witaminy, minerały i woda. Tylko węglowodany, tłuszcze i białka mogą zapewnić energię. Ponieważ te trzy klasy są spożywane w dużych ilościach w zakresie od 50 do 500 gramów dziennie, nazywane są makroskładnikami odżywczymi. Natomiast klasy mikroelementów witamin i minerałów należy spożywać w bardzo małych ilościach od 1 do 100 miligramów dziennie. Witaminy, minerały i woda nie dostarczają kalorii, ale są niezbędne w naszej zdolności do wykorzystania kalorii zgromadzonych w makroskładnikach/

Jak działają systemy energetyczne w ciele, aby spalać kalorie?

Chociaż możesz po prostu myśleć o zapotrzebowaniu na energię kaloryczną w kontekście ćwiczeń, ważne jest, aby zdawać sobie sprawę, że każdy ruch, który wykonujesz w życiu codziennym, wymaga rozkładu ATP. Dlatego, aby podtrzymać życie, ATP jest konsekwentnie stosowane i odnawiane. Ponieważ istnieje tak ograniczona podaż ATP i PC przechowywana w ciele, być może trwająca do 30 sekund, ciało zależy od przechowywanego węglowodanu, tłuszczu, a czasem białka jako zapasowych zapasów do syntezy ATP. Ta zdolność do przechowywania tych artykułów spożywczych do produkcji energii pozwala na pomyślne zakończenie licznych aktywności fizycznych, takich jak ukończenie 10-kilometrowego wyścigu i maratonu.

Wysokoenergetyczny i szybko dostarczający system ATP-PC (określany jako system fosfagenowy) zapewnia bardzo krótkie zapasy energii, do wykorzystania w aktywności fizycznej, np. W ćwiczeniach wytrzymałościowych lub sprintach. Ciągłe ćwiczenia mięśni wymagają zastosowania glikolitycznego i tlenowego systemu energetycznego.

Układ glikolityczny zapewnia energię z częściowego rozpadu glukozy (znajdującej się we krwi) i glikogenu (zmagazynowane cząsteczki glukozy w wątrobie i mięśniach). Glukoza wykorzystywana przez aktywne mięśnie jest niecałkowicie rozkładana na pirogronian poprzez szereg enzymatycznych etapów zwanych glikolizą. Glikoliza zachodzi w płynie wewnątrzkomórkowym komórki lub cytoplazmie. Glikoliza jest czasami określana jako glikoliza beztlenowa, ponieważ proces ten zachodzi bez potrzeby podawania tlenu w którymkolwiek z etapów metabolicznych. Jednak na każdym etapie metabolicznym potrzebne są wyspecjalizowane enzymy, aby przyspieszyć reakcje. Działania trwające od 30 sekund do 3 minut, takie jak bieganie na 400 i 800 metrów, w dużym stopniu zależą od glikolizy. Podsumowując, glikoliza wykorzystuje tylko węglowodany w postaci glukozy, aby uzyskać ATP, co dzieje się bez obecności tlenu.

Metabolizm tlenowy jest trzecim i najdłużej działającym układem energetycznym organizmu. Nazywa się to oddychaniem mitochondrialnym, ponieważ reakcje tego układu zachodzą w wyspecjalizowanych organellach komórek zwanych mitochondriami. Termin oddychanie jest używany, ponieważ produkty rozpadu węglowodanów w obecności tlenu można teraz całkowicie rozbić na dwutlenek węgla (CO2), wodę (H2O) i energię do syntezy ATP. Mitochondria są bogato rozproszone w komórkach mięśniowych, aby dostarczać ATP do aktywnych mięśni. Wszystkie aktywności fizyczne trwające 3 minuty lub dłużej zależą przede wszystkim od oddychania mitochondriami w celu syntezy ATP.

Do tego momentu dyskusja koncentrowała się na rozkładzie węglowodanów w organizmie w celu uzyskania ATP w nieobecności lub obecności tlenu. Jednak tłuszcze, które uwalniają ATP, mogą być metabolizowane tylko w obecności tlenu. Kwasy tłuszczowe z trójglicerydów w tłuszczu z diety można rozbić na związki dwuwęglowe, przygotowując je do wejścia do mitochondrialnego układu oddechowego. Białka odgrywają bardzo niewielką rolę w produkcji ATP w spoczynku i mogą dostarczać tylko do 10% zapotrzebowania organizmu na energię podczas ćwiczeń.

W jaki sposób ćwiczenia aerobowe poprawiają spalanie kalorii?

Jest zrozumiałe, że czas trwania i intensywność każdej sesji aerobowej przyczyni się bezpośrednio do ilości kalorii spalonych przez organizm podczas tego ćwiczenia. W tej części omówiona zostanie pewna liczba adaptacji metabolicznych w mięśniach, które zwiększają spalanie kalorii podczas regularnych ćwiczeń aerobowych.

Aktywności aerobowe polegają przede wszystkim na wolno-kurczliwych mięśniach. W odpowiedzi na trening aerobowy badania wykazały, że rozmiar włókien wolno spowalniających wzrasta o 7–22% (Wilmore i Costill, 1999). Kapilary to naczynia krwionośne, które tworzą złożone sieci w tkance mięśniowej w celu wymiany tlenu, dwutlenku węgla, wody i innych produktów komórkowych. Wykazano, że ćwiczenia wytrzymałościowe zwiększają liczbę naczyń włosowatych otaczających włókna mięśniowe z 5% do 15%. Tlen wchodzący do mięśnia wiąże się z mioglobiną, która jest cząsteczką podobną do hemoglobiny. Mioglobina transportuje tlen w komórce do mitochondriów w celu oddychania mitochondriami. Wykazano, że trening aerobowy zwiększa zawartość mioglobiny o 75% do 80% (Wilmore and Costill, 1999).

Mitochondria również zwiększają swój rozmiar (35%), liczbę (15%) i wydajność po regularnych ćwiczeniach wytrzymałościowych (Wilmore i Costill, 1999). Wreszcie ćwiczenia aerobowe zwiększają wydajność mitochondrialnych enzymów oksydacyjnych, które ułatwiają reakcje rozkładu składników odżywczych. Badania wykazały, że utlenianie wolnych kwasów tłuszczowych jest o 30% wyższe u mężczyzn trenujących cykl w porównaniu z ich statusem przedtreningowym (Wilmore i Costill, 1999). Wszystkie te zmiany metaboliczne w znacznym stopniu przyczyniają się do poprawy zdolności organizmu do bardziej efektywnego spalania kalorii podczas ćwiczeń aerobowych.

W jaki sposób ćwiczenia siłowe poprawiają spalanie kalorii?

Największym składnikiem całkowitego zużycia kalorii w organizmie jest energia potrzebna do utrzymania spoczynkowego metabolizmu (RMR). RMR reprezentuje kalorie potrzebne ciału w spoczynku, aby utrzymać równowagę wszystkich ważnych procesów i układów, takich jak układ nerwowy, sercowo-naczyniowy, oddechowy, trawienny i hormonalny. Różne czynniki, takie jak wiek, płeć, aktywność tarczycy, leki i dieta wpływają na RMR. Tkanka mięśniowa jest jedną z najbardziej aktywnych metabolicznie tkanek, które przyczyniają się do RMR. Dobrze zaprojektowane i znaczące badanie Campbella i współpracowników (1994) wykazało 7% wzrost RMR u starszych (56 – 80 lat) mężczyzn i kobiet po 12 tygodniach ćwiczeń siłowych. Dokładne mechanizmy, które przyczyniają się do wzrostu RMR są złożone, ale mogą obejmować wzrost obrotu białkami, zwiększoną aktywność różnych reakcji enzymatycznych, uzupełnienie zapasów glikogenu, naprawę tkanki mięśniowej i zwiększone stężenie hormonów metabolicznych (Campbell i in.).

Końcowe przemyślenia.

Optymalnym sposobem na zwiększenie spalania kalorii jest regularne stosowanie z odpowiednio zaprojektowanymi i przepisanymi programami treningu sercowo-naczyniowego i treningu z obciazeniem. Mam nadzieję, że ten artykuł pozwolił ci docenić i lepiej zrozumieć ważne koncepcje dotyczące rozwoju tych programów, a także zrozumieć obecne kontrowersje dotyczące stosowania suplementów spalających kalorie i pochodzenia niezwykłej kalorii na bazie żywności.

Bibliografia:
Betz J.M., Gay M.L., Mossoba M.M., Adams S. i Portz B.S. Chiralne chromatograficzne oznaczanie alkaloidów efedrynowych w suplementach diety zawierających Ma Huang. Journal of Association of Analytical Communities International, 80 (2): 303-315, 1997.

Boozer C.N., Daly P.A., Homel P., Solomon J.L., Blanchard D., Nasser J.A., Strauss R. i Meredith T.Herhedra efedra / kofeina na odchudzanie: 6-miesięczne randomizowane badanie bezpieczeństwa i skuteczności. International Journal of Obesity Related Metabolic Disorders, 26 (5): 593-604, 2002.

Campbell, W.W., Crim, M. C., Young, V.R. & Evans, W.J. Zwiększone zapotrzebowanie na energię i zmiany w składzie ciała podczas treningu oporowego u osób starszych. American Journal of Clinical Nutrition, 60: 167-175, 1994.

Dulloo A.G. Efedryna, ksantyny i inhibitory prostaglandyn: działania i interakcje w stymulacji termogenezy. International Journal of Obesity Related Metabolic Disorders, 17: S35-40, 1993.

Evans M., Brown J. i McIntosh M. Specyficzne dla izomeru działanie sprzężonego kwasu linolowego (CLA) na otyłość i metabolizm lipidów. Journal of Nutritional Biochemisty, 13: 508-516, 2002.

Foster S. i Tyler V.E. Tyler’s Honest Herbal, wydanie 4. Haworth Herbal Press, Nowy Jork, 1999.

Greenway F.L. Bezpieczeństwo i skuteczność farmaceutycznego i ziołowego kofeiny i efedryny jako środka odchudzającego. Obesity Review, 2 (3): 199-211, 2001.

Greenway F.L., Raum W.J. i DeLany J.P. Wpływ ziołowego suplementu diety zawierającego efedrynę i kofeinę na zużycie tlenu u ludzi. Journal of Alternative Complementary Medicine, 6 (6): 553-5, 2000.

Groff J.L. & Gropper S.S. Advanced Nutrition and Human Metabolism. Wadsworth / Thomson Learning, Belmont, Kalifornia, 2000.