Gdzie traci się tłuszcz podczas odchudzania?

Wyjaśnimy, dlaczego odpowiedź na to pytanie może nie być zgodna z oczekiwaniami.

Streszczenie

Biorąc pod uwagę wskaźniki nadwagi i otyłości oraz duże zainteresowanie tematem, wśród ogółu społeczeństwa i pracowników służby zdrowia panuje zaskakująca ignorancja dotycząca procesu odchudzania. Spotkaliśmy się z różnymi błędnymi przekonaniami na temat tego, jak ludzie tracą tłuszcz wśród lekarzy ogólnych, dietetyków i trenerów osobistych (rysunek 1).

Większość osób uważała, że tłuszcz jest przekształcany w energię lub ciepło, co narusza prawo zachowania masy. Uważamy, że to błędne przekonanie zostało rozszerzone przez mantrę "otrzymanej/wydanej energii" i skupienie się na biochemii uniwersyteckiej, która koncentruje się na produkcji energii.

Innym błędem jest to, że metabolity tłuszczu są wydalane z kałem lub przekształcane w mięśnie. Przedstawimy nietypową kalkulację tego, jak "tracimy na wadze".

Rys. 1 Odpowiedzi wybranych lekarzy, dietetyków i trenerów personalnych na pytanie: "Kiedy ktoś traci na wadze, co dzieje się z tą utraconą wagą?" (Prawidłowa odpowiedź to CO2)

Waga, którą chcemy stracić

Nadmiar węglowodanów lub białek w diecie jest przekształcany w trójglicerydy i magazynowany w komórkach tłuszczowych. Nadmiar tłuszczu w diecie nie wymaga konwersji innej niż lipoliza i reestryfikacja.

Ludzie, którzy chcą schudnąć przy jednoczesnym zachowaniu beztłuszczowej masy ciała, z biochemicznego punktu widzenia próbują metabolizować trójglicerydy przechowywane w komórkach tłuszczowych.

Wzór chemiczny przeciętnej cząsteczki trójglicerydów można wywnioskować z badań składu kwasów tłuszczowych. W 1960 roku Hirsch i wsp. opublikowali dane, które dały początek "przeciętnemu kwasowi tłuszczowemu" o wzorze C17.4H33.1O2.1

Ten 50-letni wynik jest uderzająco zgodny z nowszymi danymi.2 Trzy "średnie kwasy tłuszczowe" zestryfikowane do szkieletu glicerolu (+3C, +6H) dają nam "średni trójgliceryd" o wzorze C54.8H104.4O6. Trzy najczęstsze kwasy tłuszczowe przechowywane w ludzkiej tkance tłuszczowej to oleinowy (C18H34O2), palmitynowy (C16H32O2) i linolowy (C18H32O2),1, 2 które estryfikują dając C55H104O6.

Całkowite utlenienie pojedynczej cząsteczki trójglicerydu obejmuje wiele enzymów i etapów biochemicznych, ale cały proces można podsumować jako:

C55H104O6 + 78O2 → 55CO2 + 52H2O + energia

Stechiometria pokazuje, że całkowite utlenienie 10 kg ludzkiego tłuszczu wymaga 29 kg wdychanego tlenu, który wytwarza 28 kg CO2 i 11 kg H2O.

Pokazuje nam to metaboliczny los tłuszczu, ale nie mówi nic o proporcjach masy zmagazynowanej w tych 10 kg tłuszczu, która jest odrzucana jako dwutlenek węgla lub woda podczas utraty wagi. Aby uzyskać te wartości, prześledziliśmy drogę każdego atomu poza ciałem. Atomy węgla i wodoru oczywiście opuszczają ciało odpowiednio jako CO2 i H2O.

Los sześciu atomów tlenu w trójglicerydach jest zagadką rozwiązaną w 1949 roku przez Lifsona i wsp.3 Użyli oni znakowanego ciężkiego tlenu (O18), aby pokazać, że atomy tlenu w wodzie ustrojowej i dwutlenku węgla w układzie oddechowym są szybko wymieniane poprzez tworzenie kwasu węglowego (H2CO3).

Sześć atomów tlenu zostanie zatem podzielonych między CO2 i H2O w takim samym stosunku, 2:1, w jakim tlen występuje we wszystkich substancjach. Innymi słowy, cztery zostaną wydychane, a dwa utworzą wodę.

Niezwykłe obliczenie

Ułamek masy cząsteczkowej trójglicerydu wydychanego w CO2 jest ułamkiem jego masy cząsteczkowej (daltonów) wniesionej przez 55 atomów węgla i cztery atomy tlenu:

(661 Da (C55)+64 Da (O4))/(861 Da (C55H104O6))×100=84%

Ułamek materii, która staje się wodą wynosi:

(105 Da (H104)+32 Da (O2))/(861 Da (C55H104O6))×100=16%

Wyniki te pokazują, że płuca są głównym narządem wydalniczym w przypadku utraty masy ciała (rysunek 2). Wytworzona woda może być wydalana z moczem, kałem, potem, oddechem, łzami lub innymi płynami ustrojowymi.

Rys. 2 Gdy ktoś traci 10 kg tłuszczu (trójglicerydów), 8,4 jest wydychane w postaci CO2. Reszta z 28 kg wyprodukowanego CO2 pochodzi z wdychanego tlenu. Płuca są zatem głównym narządem wydalniczym w przypadku utraty masy ciała. (Obliczenia te pomijają tłuszcz, który w odpowiednich warunkach (pato)fizjologicznych może być wydalany w postaci ciał ketonowych, lub niewielkie ilości czystej masy mięśniowej, z której azot może być wydalany w postaci mocznika).

Wykrywanie utraty tkanki tłuszczowej

W spoczynku przeciętna osoba o masie ciała 70 kg spożywająca dietę mieszaną (iloraz oddechowy 0,8) wydycha około 200 ml CO2 w 12 oddechach na minutę.4 Każdy z tych oddechów wydala zatem 33 mg CO2, z czego 8,9 mg to węgiel.

W ciągu dnia spędzonego na spaniu i wykonywaniu lekkich czynności, które podwajają spoczynkową przemianę materii, osoba ta wdycha 0,74 kg CO2 co 8 godzin, usuwając z organizmu 203 g węgla. Dla porównania, 500 g sacharozy dostarczy 8400 kJ (2000 kcal) i zawiera 210 g węgla.

Zastąpienie godziny odpoczynku treningiem, który może zwiększyć tempo metabolizmu nawet siedmiokrotnie w porównaniu do odpoczynku, takim jak jogging, usuwa dodatkowe 39 g węgla z organizmu, zwiększając całkowitą ilość o około 20% do 240 g. Dla porównania, pojedyncza muffinka o wadze 100 g stanowi około 20% całkowitego dziennego zapotrzebowania energetycznego przeciętnej osoby.

Aktywność fizyczna w celu utraty wagi jest zatem stosunkowo łatwa do zrównoważenia nadmiarem jedzenia.

Nasze obliczenia pokazują, że głównym organem wydalniczym dla utraty tłuszczu są płuca. Utrata masy ciała wymaga uwolnienia węgla zmagazynowanego w komórkach tłuszczowych, co sprowadza nas z powrotem do zmęczonej piosenki o tym, by więcej się ruszać i mniej jeść.

Zalecamy włączenie tych koncepcji do programu nauczania w szkolnictwie wyższym, aby skorygować powszechne błędne przekonania na temat utraty tkanki tłuszczowej.

Źródła:
1. Hirsch J, Farquhar JW, Ahrens EH, Jr, Peterson ML, Stoffel W. Studies of adipose tissue in man. A microtechnique for sampling and analysis. Am J Clin Nutr 1960;8:499-511.
2. Hodson L, Skeaff CM, Fielding BA. Fatty acid composition of adipose tissue and blood in humans and its use as a biomarker of dietary intake. Prog Lipid Res2008;47:348-80.
3. Lifson N, Gordon GB, Visscher MB, Nier AO. The fate of utilized molecular oxygen and the source of the oxygen of respiratory carbon dioxide, studied with the aid of heavy oxygen. J Biol Chem1949;180:803-11.
4. Ainsworth BE, Haskell WL, Herrmann SD, Meckes N, Bassett DR, Jr, Tudor-Locke C, et al. 2011 Compendium of physical activities: a second update of codes and MET values. Med Sci Sports Exerc2011;43:1575-81.