В данном уроке рассматриваются вопросы энергорасхода человека. Расход энергии в диетологии измеряется в тех-же единицах энергии, что и в физике, но по традиции принято измерять расход энергии в уже не употребляемых физиками единицах – килокалориях. Килокалория – это 1000 более мелких единиц – калорий, которыми не имеет смысла пользоваться ввиду их малости.

Энергия человеку нужна для следующих целей:

1. Обеспечение жизнедеятельности. Это т.н. уровень основного обмена – энергия, затрачиваемая человеком за сутки, при этом он 8 часов спит и 16 часов находится в лежачем положении. Температура в помещении должна составлять 18-20 °С, поскольку при понижении температуры воздуха затраты энергии повышаются, а при повышении – понижаются.

2. Затраты энергии на физическую деятельность. Любая наша физическая деятельность – ходьба, вставание со стула или подъем по лестнице, колка дров или занятия в фитнес-классе, приводит к дополнительным затратам энергии.

3. Расход энергии на основной обмен и физическую деятельность необходимо просуммировать для нахождения общего расхода энергии. Этот расход должен быть компенсирован поступлением энергии с пищей. Но пищеварение – тоже работа, требующая затрат энергии. Затрачиваемая на переваривание пищи энергия называется обусловленной специфически-динамическим действием пищи (СДДП) или еще затратами на термогенез. Затраты на термогенез должны опять-таки возмещаться пищей.

Для управления процессом похудения или поддержания веса нам прежде всего необходимо определить расходуемую нами энергию. Поскольку лабораторные методы измерения энергозатрат (измерение теплоотдачи в специальной камере или анализ выдыхаемого воздуха) для нас недоступны, прибегнем к рассчетному методу по формулам.

Уровень основного обмена (УОО). Его еще называют базальным метаболизмом. Базальный метаболизм – другое название обмена.

В процессе жизнедеятельности человек рассеивает тепловую энергию в окружающую среду. Количество рассеиваемой энергии определяется разностью температур среды и объекта и площадью поверхности объекта, в нашем случае человека. О влиянии на основной обмен температуры в помещении мы говорили выше, теперь мы знаем, что если у человека лихорадка (повышение температуры), то уровень основного обмена также повышается. Это учитывается в лечебных учреждениях (стационарах) назначением больным усиленного питания. Усиленное питание также необходимо при лактации (кормлении грудью) и в процессе заживления ран и травм.

Уровень основного обмена также зависит от гормонального фона человека (может меняться при заболеваниях гормональной сферы) и психологических факторов (эмоционального состояния). На уровень основного обмена также влияет прием гормональных препаратов и психотропных средств (наркотиков, тонизирующих средств, кофе, чая). В частности, у половозрелых женщин УОО меняется в сторону увеличения во второй половине менструального цикла вследствие выброса в кровеносную систему гормона прогестерона. Это ведет к повышению температуры тела на 0,5-0,7 °С, и в результате к ускорению обмена веществ.

Нас сейчас интересует УОО здорового человека в нормальных условиях. Зависит он в основном от площади поверхности тела. Измерить площадь поверхности тела напрямую невозможно, но ее можно оценить, зная объем тела и рост, а объем тела, в свою очередь, очень тесно связан с весом человека. Итак, зная измеряемые напрямую характеристики, рост и вес, можно определить УОО человека. УОО также зависит от возраста человека. С возрастом УОО снижается, что ведет, в частности, к понижению температуры тела у пожилых людей. Вечерняя температура тела человека обычно также выше утренней на 0,3-0,5 °С. У женщин УОО обычно также ниже, чем у мужчин.

Существует много формул для оценки УОО. Самые известные из них – это формула Харриса-Бенедикта (1918 год) и Миффлина-СанЖеора (1990 год). В этих формулах УОО определяется по росту, весу и возрасту с учетом пола. Существуют также формулы УОО, рекомендованные ВОЗ (Всемирной организацией здравоохранения), формулы расчета УОО по безжировой массе тела (каковую мы знать не можем, поскольку не знаем количество жира в организме человека), и совсем простенькие формулы оценки УОО только по весу человека.

Все вышеупомянутые формулы были выведены путем прямого измерения УОО у группы здоровых людей с различающимся ростом, весом, возрастом, полом и степенью ожирения, путем подбора коэффициентов при росте, весе и возрасте, уменьшающих возможную ошибку формулы. Поскольку в любом случае необходимо учитывать СДДП (термогенез), мы включили его в основной обмен, что дало формулу оценки уровня основного обмена: УОО_м = 6(Р – В) + 13М (ккал), где Р – рост (в см), В – возраст (в годах), М – вес тела (в кг). Эта формула справедлива для мужчин. Для женщин от полученного значения необходимо отнять 200 ккал: УОО_ж = 6(Р – В) + 13М – 200 (ккал).

Случайное равенство коэффициентов при росте и возрасте позволило упростить формулу, вычитая из роста возраст.

Затраты энергии на физическую деятельность наиболее тяжело учесть, поскольку они сильно разнятся от человека к человеку и определяются его родом деятельности и образом жизни. Мы исходим из того, что физический труд сейчас широко не распространен, и человек, для которого мы определяем затраты энергии, занят на работе, не связанной с тяжелым физическим трудом. Тогда затраты энергии на физическую деятельность можно считать пропорциональными весу тела: ФД = 7М (ккал). В этой зависимости термогенез также уже учтен. Тогда общие затраты энергии для мужчин определяются формулой ЗЭ_м = 6(Р – В) + 20М (ккал), а для женщин ЗЭ_ж = 6(Р – В) + 20М – 200 (ккал).

Считается, что УОО здорового человека в норме может отклоняться от вычисленного по формуле на 10%. При эндокринных заболеваниях, связанных с нарушениями метаболизма, отклонение обычно больше и достигает 30%. Для нас вычисленное по формуле значение УОО представляет интерес в первые две недели следования системе "Минус фунт". В дальнейшем это значение нас перестает интересовать, поскольку система начинает самостоятельно оценивать уровень энергозатрат и вносить коррекцию в наше поведение, как по потреблению пищи, так и по физической активности.

Пример 1: Рассчитаем энергозатраты мужчины в возрасте 28 лет, ростом 182 см и весом 97 кг. ЗЭ_м = 6(Р – В) + 20М = 6(182 – 28) + 20 × 97 = 2864 (ккал).

Пример 2: Рассчитаем энергозатраты женщины в возрасте 42 лет, ростом 168 см и весом 63 кг. ЗЭ_ж = 6(Р – В) + 20М – 200 = 6(168 – 42) + 20 × 63 – 200 = 1816 (ккал).

Вышеприведенные формулы для расчета энергозатрат позволяют легко рассматривать и объяснять некоторые связанные с набором веса и похудением закономерности. Должен ли изменяться вес человека с возрастом? Правильный ответ будет: нет. Вес человека, стабилизировавшийся к его 25-летию, должен поддерживаться в течение всей жизни. При условии, конечно, что он и в 25 лет не был избыточным.

Иногда в таблицах т.н. "нормального" веса приводятся цифры, скорректированные на возраст, т.е. "разрешающие" прибавку в весе с возрастом. На самом деле эти цифры отражают лишь фактическое состояние дел – с возрастом средний вес людей увеличивается, и этот средний вес не имеет никакого отношения к идеальному весу, который следует поддерживать.

Об определении идеального веса поговорим в другом уроке, а сейчас взглянем еще раз на формулу расчета энергозатрат и попытаемся уяснить возможную причину набора веса с возрастом: ЗЭ_м = 6(Р – В) + 20М. Как видно по первому слагаемому формулы, с каждым прожитым годом ежедневные энергозатраты уменьшаются на 6 ккал. Чтобы поддерживать прежний вес, необходимо либо уменьшить на 6 ккал приход энергии с пищей, либо увеличить на 6 ккал расход энергии за счет большей двигательной активности. Если не сделать ни того, ни другого, расход энергии увеличится самопроизвольно за счет увеличения веса на значение, способствующее увеличению расхода энергии на 6 ккал. Поскольку при весе в вышеприведенной формуле стоит коэффициент 20 (т.е. каждый лишний килограмм веса способствует повышению расхода энергии на 20 ккал в день), вес увеличится за год на 0,3 кг. За 40 лет это даст 12 кг нежелательной прибавки веса, причем 60% прибавки придется на жир. В итоге каждый год запас жиров в организме будет увеличиваться на 0,3 × 0,6 = 0,18 (кг), что при весе в 60 кг составляет 0,3%. За 40 лет перспектива увеличения процента жира в организме с нормальных 17% для мужчин и 23% для женщин до соответственно 29% и 35% вполне реальны. А подобный уровень жира в организме, свидетельствующий о клиническом ожирении – это фактор риска для многих заболеваний, среди которых такие, как сахарный диабет, гипертония и сердечно-сосудистые заболевания.

При всей приблизительности приведенных прикидочных расчетов они поясняют необходимость уменьшения потребления пищи с возрастом вследствие уменьшения уровня обмена (а зачастую и двигательной активности).

Задание: Рассчитайте ежедневные энергозатраты женщины в возрасте 35 лет, с ростом 165 см и весом 62 кг.

Как видно из вышеприведенной формулы, в процессе похудения уменьшение веса будет сопровождаться уменьшением энергозатрат из расчета 20 ккал на каждый сброшенный килограмм веса, из них 13 ккал – за счет уменьшения площади поверхности тела (меньший теплообмен со средой) и 7 ккал – за счет уменьшения затрат энергии при перемещении своего собственного веса. Эти 20 ккал необходимо компенсировать ежедневной дополнительной физической активностью (физической культурой).

Рассмотрим возможности по дополнительным энергозатратам.

1. Ходьба. Наиболее безопасно начинать приобщение к физической культуре именно с ходьбы. В отличие от бега, когда человек некоторое время не касается земли ни одной из ног, при ходьбе одна из ног (или обе одновременно) всегда касаются земли. Всю массу тела человека можно считать сосредоточенной в его центре тяжести (ЦТ). Ходьба относится к циклическим видам работы – ЦТ человека ритмично, с каждым шагом, поднимается вверх и опускается вниз. При движении ЦТ вверх совершается работа (затрачивается энергия), при движении ЦТ вниз накопленная энергия бесполезно рассеивается. Расход энергии на километр пути при ходьбе мало зависит от скорости ходьбы и определяется в основном весом человека, а также его коэффициентом полезного действия (КПД) как механизма, преобразующего тепловую энергию пищи в механическую энергию, необходимую для совершения движений. КПД человека лежит в пределах от 10% до 25%, поэтому все приводимые в источниках данные по затратам энергии на определенные виды деятельности приблизительны и ориентированы на некоего "среднего" человека. Мы будем считать, что человек весом 70 кг затрачивает на каждый километр пути 40 ккал полученной из пищи или внутренних запасов энергии.

2. Бег. При беге затраты энергии также определяются поднятием ЦТ человека на каждом цикле. Дополнительно при высокой скорости бега начинает сказываться сопротивление воздуха. Мы будем считать, что любитель физкультуры бегает трусцой на невысоких скоростях, и затрачивает 55 ккал на каждый километр дистанции (при собственном весе 70 кг).

3. Тренажер "Беговая дорожка". На дорожке тренажера бежать легче, чем по настоящей беговой дорожке стадиона, вследствие отсутствия сопротивления воздуха. Но мы уже выяснили, что при небольшой скорости движения отличие невелико. Не следует лишь при беге на тренажере держаться за поручни – это слишком облегчает задачу и вносит путаницу в расчеты. Если бежать тяжело, необходимо уменьшить скорость дорожки. Некоторые тренажеры "Беговая дорожка" позволяют регулировать угол наклона дорожки, вручную или автоматически по программе. С ростом угла наклона дорожки затраты энергии при той-же скорости возрастают. Лучше всего подобрать безопасный для себя режим движения совместно с инструктором фитнес-центра. Все тренажеры снабжены счетчиком калорий, что позволяет сходить с дорожки по достижению наперед заданного расхода энергии. Только не забывайте, для точности показаний, задавать предварительно тренажеру свой фактический вес.

4. Велотренажеры. При вращении педалей велотренажера энергия затрачивается за счет преодоления сопротивления педалей вращению, которое регулируется в зависимости от требуемой нагрузки. При работе на велотренажере нагрузка измеряется в единицах мощности – ваттах (Вт). Относительно безопасной для вас нагрузки, рекомендуемой скорости вращения педалей (измеряемой в оборотах в минуту, или пересчитываемой в скорость движения, измеряемую в км/час) и времени вращения необходимо проконсультироваться с инструктором фитнес-центра. Велотренажеры также снабжены счетчиком калорий. По достижении заданного расхода энергии необходимо прекратить работу на велотренажере.

5. Другие виды физической деятельности. Учет расхода энергии при иных видах деятельности, кроме как ходьба, бег и занятия на тренажерах со счетчиком калорий, затруднен. Существуют таблицы, где указан подобный расход энергии для разных видов деятельности, но данные этих таблиц могут служить лишь ориентирами. Так, при прыжках через скакалку в минуту расходуется около 10 ккал, а за час занятий аэробикой можно израсходовать около 300 ккал, и т.п. Мы советуем вам прибегнуть для дополнительного расхода энергии из расчета 20 ккал ежедневно на каждый сброшенный килограмм к традиционным видам физической нагрузки – ходьбе и бегу, а также занятиям на тренажерах со счетчиком калорий. Занятия аэробикой в фитнес-центре, плаванием в бассейне, йогой или пилатесом самостоятельно учитывать нет необходимости, они учтутся автоматически системой "Минус фунт" путем внесения коррекции в калорийность ежедневного рациона питания.

6. Силовые виды физической культуры, гимнастические упражнения. При занятиях силовыми видами физической культуры (поднятие тяжестей, занятия на силовых тренажерах), расход энергии непрофессионалом, как правило, меньше по сравнению с расходом энергии при беге и занятиях на велотренажере. Это связано с необходимостью перерывов в занятиях между отдельными упражнениями и подходами. Как таковые, занятия силовыми видами физической культуры с похудением напрямую не связаны и прибегать к ним только для целей похудения не следует. А если же подобные занятия встроены в режим жизни, система "Минус фунт" учтет их автоматически.

7. Учет затрат энергии по пульсу и допустимые пределы изменения пульса. При физической работе клетки и ткани организма снабжаются необходимыми питательными веществами и кислородом с током крови. При постоянстве концентрации питательных веществ в крови с повышением нагрузки, а тем самым и потребности в питательных веществах и кислороде, необходимо учащение пульса, что осуществляется организмом автоматически, вне сознания человека. Тем самым появляется возможность оценки энергозатрат по частоте пульса.

Затраты энергии за 1 минуту можно вычислить по формуле: Э = 0,014 × М × (0,12 × П - 7) (ккал).

Пример 3: При занятиях аэробикой в течение часа (60 минут) средний пульс девушки с массой 55 кг составил 115 ударов в минуту. Общие затраты энергии находим по формуле: Э = 60 × 0,014 × М × (0,12 × П - 7) = 60 × 0,014 × 55 × (0,12 × 115 – 7) = 314 (ккал).

При занятиях физической культурой с целью жиросжигания необходимо поддерживать пульс в определенных границах. Слишком низкий пульс приведет к низкому общему расходу энергии и неэффективности занятия, а слишком высокий неприемлем ввиду больших недопустимых физических нагрузок. Для расчета оптимального для жиросжигания пульса необходимо вначале измерить пульс в покое П_пок и рассчитать максимальный возрастной пульс П_макс.

Пульс в покое измеряется в положении лежа сразу после утреннего пробуждения. Необходимо измерить количество ударов пульса за 1 минуту. Иногда рекомендуется измерять количество ударов за 10 секунд, а результат умножить на 6. Этот метод для нас неприемлем ввиду большой его погрешности – возможная ошибка в подсчете на 1-2 удара за 10 секунд при пересчете на минуту возрастает шестикратно.

Максимальный возрастной пульс рассчитывается для мужчин по формуле П_макс = 200 – В/2, т.е. от 200 отнимается половина возраста, а для женщин – по формуле П_макс = 220 – В, т.е. от 220 отнимается возраст. Название "максимальный возрастной пульс" вовсе не означает, что при занятиях физической культурой следует добиваться этого значения пульса путем увеличения нагрузки. Подобные высокие значения пульса приемлемы лишь на тренировках или в условиях состязания у спортсменов. Физкультурнику-любителю для определения интервала возрастных тренировочных значений пульса следует произвести следующие вычисления:

1. Найти нижнюю границу тренировочного интервала П_нижн, как среднее арифметическое значений пульса в покое П_пок и максимального возрастного пульса П_макс.

2. Найти верхнюю границу тренировочного интервала П_верхн, как среднее арифметическое нижней границы тренировочного интервала П_нижн и максимального возрастного пульса П_макс.

Для жиросжигания пульс во время тренировок должен лежать в пределах от П_нижн до П_верхн, т.е. не опускаться ниже П_нижн и не подниматься выше П_верхн. При этом на первом этапе тренировочного курса, который длится от 4 до 8 недель, следует держаться ближе к нижней границе тренировочного интервала пульса, и лишь при удовлетворительной переносимости физических нагрузок переходить на следующий этап, с пульсом ближе к верхней границе тренировочного интервала пульса.

Пример 4: У мужчины в возрасте 40 лет пульс в покое оказался равным 70 уд/мин. Найдем интервал изменения тренировочного пульса. Максимальный возрастной пульс П_макс = 200 – В/2 = 200 – 40/2 = 180 (уд/мин). Нижний тренировочный пульс П_нижн = (П_пок + П_макс)/2 =(70 + 180)/2 = 125 (уд/мин). Верхний тренировочный пульс П_верхн = (П_нижн + П_макс)/2 = (125 + 180)/2 = 152,5 (уд/мин). Разумеется, последнее значение следует округлить и полагать равным 150-155 ударам в минуту.

В результате расчетов мы узнали, что у данного мужчины наиболее оптимальные значения тренировочного пульса лежат в пределах от 125 до 150 ударов в минуту.

Спортивные тренажеры (беговые дорожки, велотренажеры и пр.), как правило, снабжены счетчиком пульса. Для измерения пульса достаточно взяться за электроды пульсомера, встроенные в ручки, и дождаться показаний. При ходьбе или беге можно воспользоваться специальным индивидуальным пульсомером, действуя в соответствии с инструкцией к нему, или измерить пульс вручную. Целесообразнее всего посчитать количество ударов пульса за 30 секунд и умножить измеренное количество ударов на 2 для пересчета к минуте.

А теперь итоговое задание по уроку № 2 – тест.

Тест к уроку № 2.

1. При измерении уровня основного обмена человека температура в помещении должна составлять: