Chào mừng đến với Thế giới hạt – Hgnuts, nơi mang đến cho bạn những sản phẩm hạt ngũ cốc tươi ngon và bổ dưỡng nhất. Trong chuyên mục Đếm Calories, chúng tôi sẽ khám phá cùng bạn về khoa học đằng sau việc đếm calo và tác động của chúng đối với sức khỏe và cân nặng của bạn. Hãy cùng đồng hành với Hgnuts để hiểu rõ hơn về những yếu tố ảnh hưởng đến calo, cũng như cách tiếp cận một chế độ ăn lành mạnh và cân đối.
Nhà vật lý hạt nhân Ernest Rutherford đã nói rằng mọi khoa học đều là vật lý hoặc là sưu tập tem. Ở đây, tôi sẽ không liệt kê như “10 Sự thật dinh dưỡng hàng đầu” hoặc “3 Thực phẩm kỳ diệu để giảm cân”, cũng không lặp lại những điều sáo rỗng như “ăn ít hơn, tập thể dục nhiều hơn”. Thay vào đó, chúng ta sẽ đào sâu vào khoa học của calo, khám phá những tinh tế vật lý, hóa học và đo lường của chúng. Chúng ta sẽ xem xét cách cơ thể chúng ta biến đổi thức ăn thành calo, con đường chuyển hóa sang mỡ cơ thể, và thực sự chúng ta mất gì khi giảm cân. Với cấu trúc khoa học này để suy nghĩ về chế độ ăn kiêng, tôi sẽ đưa ra một câu trả lời không thiên vị cho câu hỏi “chúng ta có nên đếm calo không?”
1. Calo? Calo Là Gì
Hãy bắt đầu với điều nghĩa là gì trong vật lý. Một calo là lượng năng lượng cần thiết để tăng nhiệt độ của 1 gram nước từ 14,5 độ C lên 15,5 độ C.
Đó là một chút nhiều hơn bạn quen thuộc, phải không? Nhiệt độ đặc biệt của nước dựa trên điều kiện của nó. Trong điều kiện cố định áp suất (isobaric), điều kiện thông thường của chúng ta, nhiệt độ đặc biệt của nước ở pha lỏng cao hơn cả ở 0 độ C và ở 100 độ C, và hạ thấp một chút ở 15 độ C. Trong điều kiện cố định thể tích (isochoric), đồ thị nhiệt độ đặc biệt so với nhiệt độ là một đường nghiêng nhẹ từ 0 đến 100 độ C.
Khi chúng ta nói về lượng năng lượng trong thực phẩm, quan trọng là hiểu rằng năng lượng có thể có các dạng khác nhau. Ví dụ, hãy nghĩ về một củ cà rốt. Đặt lên đỉnh một tòa nhà chọc trời, nó có năng lượng tiềm năng và, nếu được thả ra, có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho vỉa hè. Một củ cà rốt mới nướng đầy nhiệt năng và có thể gây cháy bạn. Nếu chúng ta bắt đầu một phản ứng hạt nhân với cà rốt và thành công chuyển hóa toàn bộ cặn bã của nó thành năng lượng, theo phương trình nổi tiếng E=MC² từ lý thuyết về tương đối đặc biệt, một củ cà rốt lớn có thể cung cấp năng lượng cho toàn bộ thế giới trong nửa ngày.
Vậy câu hỏi thực sự chúng ta nên hỏi là: cơ thể chúng ta thu hoạch năng lượng từ thực phẩm như thế nào? Điều đó xảy ra thông qua một loạt các phản ứng hóa học được gọi chung là chuyển hóa, mà chúng ta sẽ đi vào chi tiết hơn sau. Trong lúc này, đủ để biết rằng những phản ứng này bắt đầu bằng thực phẩm và oxy và kết thúc bằng carbon dioxide, nước, chất thải không tiêu hóa và năng lượng. Nếu chúng ta coi thức ăn như là nhiên liệu, và chất thải không tiêu hóa như tro, điều đó nghe có vẻ giống như đốt cháy. Trên thực tế, một calorimeter là công cụ khoa học thông thường được sử dụng để đo lượng năng lượng sản sinh ra từ thực phẩm sau khi nó đốt cháy. Nó bao gồm một cái bọc được tạo áp suất có thức ăn và oxy tinh khiết bên trong, được bao quanh bởi nước. Bạn đốt cháy thực phẩm. Sau khi tất cả nội dung đã cháy hết, bạn đo xem nhiệt độ của nước thay đổi bao nhiêu để tính toán xem đã có bao nhiêu năng lượng được giải phóng. Trung bình, theo calorimeter, carbohydrate giải phóng 4.2 kcal mỗi gram, chất béo giải phóng 9.5 kcal mỗi gram và protein cung cấp 5.65 kcal mỗi gram.
Tuy nhiên, nếu bạn tra cứu lượng calo cho các loại thực phẩm khác nhau trong cơ sở dữ liệu của USDA (Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ), bạn sẽ thấy họ sử dụng một thứ gọi là các Hệ số Tổng quát Atwater: 4 kcal cho mỗi gram carbohydrate, 9 kcal cho mỗi gram chất béo và 4 kcal cho mỗi gram protein. Sự không nhất quán giữa những con số này và những con số được lấy từ phép đo calorimetry không phải là do chính phủ sử dụng một nhóm người ưu tú tưởng rằng công chúng không thể xử lý được các chữ số thập phân, mà là do sự tiếp cận tỉ mỉ và chu đáo của ông Atwater trong các cuộc điều tra của ông.
Hãy xem xét cách năng lượng hóa học được giải phóng khác nhau trong cơ thể so với trong một calorimeter. Trước hết, cơ thể chúng ta không tiêu hóa hết mọi thứ chúng ta ăn. Một số thứ rời khỏi cơ thể chúng ta với phân và năng lượng trong chúng đã mất. Thứ hai, trong khi một calorimeter thí nghiệm có thể đốt cháy hết nitrogen trong protein, chúng ta không thể làm điều đó. Lượng Nitrogen dư thừa được chuyển đổi thành ure và rời khỏi cơ thể qua nước tiểu. Thứ ba, quá trình tiêu hóa chính nó cũng tiêu tốn năng lượng. Wilbur Atwater, người đặt nền móng cho hệ thống Atwater và là người điều tra dinh dưỡng đầu tiên tại USDA, đã đưa ra những con số tròn (4, 9, 4) sau các cuộc thí nghiệm được thiết kế, tiến hành và ghi chép một cách nghiêm túc. Atwater cũng xác định giá trị năng lượng của cồn là 7 kcal mỗi gram. Điều này đã gây rắc rối với đơn vị công tác của ông, Đại học Wesleyan, dưới sự bảo trợ của nhà thờ Methodist. Điều này xảy ra không lâu trước thời kỳ cấm rượu. Nhà thờ đang quảng cáo rằng rượu là một chất độc. Lập luận phản bác của Atwater đã làm lộ ra những mâu thuẫn bản chất của các tôn giáo tổ chức: Chúa không muốn sự giáo dục đạo đức được dựa trên sự không thật.
Nhưng những sai khác giữa năng lượng có sẵn trong thức ăn và giá trị đo được trong lò đo nhiệt không dừng lại ở đó. Vào những năm 1950, các nhà khoa học của USDA kết luận rằng các yếu tố chung của Atwater cần được raffiné thêm vì: 1. Có 20 axit amin khác nhau, là các khối xây dựng của protein. Mỗi cái có cấu trúc hóa học riêng của nó. Điều này có nghĩa là lượng nitơ có thể thay đổi tùy thuộc vào các loại protein trong thức ăn. 2. Quá trình tiêu hóa thức ăn bị ảnh hưởng bởi sự pha trộn thành phần của chúng, dẫn đến các tỷ lệ hấp thụ khác nhau. Các nhà khoa học phân tích dữ liệu và xây dựng một bảng lớn cho một danh sách các loại thức ăn. Những cái này được gọi là các giá trị cụ thể của Atwater. Dưới đây là một vài ví dụ:
Bây giờ chúng ta đang thực sự thu thập tem.
Giống như quá trình tiêu hóa, quá trình trao đổi chất chính mình cũng gây ra một chi phí năng lượng, vì vậy chúng ta thực sự không nhận được tất cả năng lượng từ thức ăn đã tiêu hóa. Ngược lại, không phải tất cả năng lượng trong thức ăn mà chúng ta không thể tiêu hóa là một tổn thất hoàn toàn. Vi khuẩn trong ruột lớn lên men một số loại sợi nhất định và tạo ra axit béo tự do, được hấp thụ vào dòng máu. Trong bối cảnh này và các điều kiện khác, nhà khoa học dinh dưỡng Geoffrey Livesey đề xuất khái niệm năng lượng trao đổi net. Các con số của ông là: 3.2 cho protein, 8.9 cho chất béo, 3.8 cho carbs có sẵn, và 1.9 cho carbs lên men.
Hình 1 là một tóm tắt ngắn gọn về những gì chúng ta đã học cho đến nay.
Bây giờ, như Raymond Carver có thể đã nói: chúng ta nói về điều gì khi nói về việc tính calo? Đáng tiếc, chúng ta chưa xem xét tất cả các điều chỉnh cần thiết để tính calo một cách chính xác. Ví dụ, hạt hạnh nhân có hàm lượng chất béo khá cao, nhưng chất béo đó bị khóa bên trong thành tế bào mà cơ thể chúng ta không thể phá vỡ. Kích thước của những tế bào nhỏ này khoảng 35 micromet. Sau khi nhai, chỉ có khoảng 10% những tế bào này bị phá vỡ. Các nghiên cứu cho thấy có 30% calo ít hấp thụ từ hạt hạnh nhân nguyên vị so với số lượng calo có sẵn. Cùng một loại hạt hạnh nhân, nếu được tiêu thụ dưới dạng lát, hoặc nếu bạn cho chúng vào máy xay và làm bơ hạnh nhân, sẽ có nhiều tế bào bị phá vỡ hơn và do đó, giải phóng ra nhiều chất béo hơn vào cơ thể của bạn. Đối với thức ăn nấu, việc này còn phức tạp hơn nữa, như đã thảo luận ở đây.
Tôi sẽ kết thúc cuộc thảo luận này với một ít tin vui cho những người đếm calo: thực tế, sự khác biệt không quan trọng. Ngay cả trong các nghiên cứu được kiểm soát cẩn thận nhất, sai số trong việc cân nặng thực phẩm hiếm khi dưới 5%. Như tôi đã đề cập ở đây, cách thức chuẩn bị thức ăn có thể làm thay đổi đáng kể lượng calo trong đó. Bất kỳ sai lệch nào trong yếu tố Atwater cũng bị áp đảo bởi những biến số thế giới thực này. Điều này không chỉ là ý kiến cá nhân của tôi. Vào năm 2002, Tổ chức Nông nghiệp và Lương thực Liên Hiệp Quốc (FAO) đã tổ chức một cuộc họp của các chuyên gia quốc tế, bao gồm cả Livesey, để xem xét xem có lý nếu sử dụng năng lượng trao đổi net thay vì yếu tố chung của Atwater. Kết luận? Không cần phải quan tâm.
Chúng ta vẫn chưa trả lời được một câu hỏi cơ bản: làm thế nào để chứng minh rằng cơ thể của chúng ta nhận năng lượng từ thức ăn bằng cách đốt cháy nó, giống như một loại đốt cháy chậm? Để làm điều đó, chúng ta cần đo lường lượng năng lượng chúng ta thực sự nhận được sau khi ăn. Một cách trực tiếp là xây dựng một bộ đo nhiệt độ cỡ người, nhưng thay vì đốt cháy thức ăn, chúng ta để cơ thể làm việc của nó và sau đó đo lường nhiệt đó ra. Đó chính là những gì những nhà khoa học sớm, bao gồm cả Atwater, đã làm.
Bộ đo nhiệt độ toàn thân sớm nhất là một buồng kép vách ngăn lớn. Khoảng cách giữa vách nội và vách ngoài được lấp đầy bằng đá. Đối tượng nghiên cứu bị hạn chế bên trong buồng và tiến hành hoạt động hàng ngày của mình (luôn là một người đàn ông, dường như vậy) càng bình thường càng tốt. Bằng cách đo lường lượng đá tan ra, các nhà khoa học có thể tính toán được lượng nhiệt mà anh ấy tạo ra. Phân và nước tiểu của đối tượng cũng được thu thập để có thể phân tích nội dung năng lượng.
Ông Atwater đã xây dựng một trong những bộ đo đó tại Đại học Wesleyan. Buồng của ông không chỉ đo lường nhiệt độ, mà còn đo lường lượng oxy tiêu thụ và lượng carbon dioxide tiết ra, do đó gián tiếp đo lường năng lượng được sản xuất từ quá trình oxi hóa. Điều này hoạt động bởi vì khi bạn “đốt cháy” thức ăn trong cơ thể, bạn cần oxy cho phản ứng đó, và một trong những sản phẩm của phản ứng đó là carbon dioxide. Đây là các phương trình hóa học của một số loại đốt cháy khác nhau:
Phương trình 1: Đốt cháy than.
C + O₂-> CO₂
Phương trình 2: Đốt cháy khí nấu ăn.
CH₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2H₂O
Phương trình 3: Đốt cháy Glucose.
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ -> 6CO₂ + 6H₂O + 673 calo
Phương trình 4: Đốt cháy axit béo thường gặp – axit Palmitic.
C₁₆H₂₂O₂ + 23O₂ -> 16CO₂ + 16H₂O + 2392 calo
Phương trình 3 và 4 không hoàn toàn phản ánh cách trao đổi chất diễn ra, chúng chỉ giống như các xấp xỉ bỏ qua một số bước trung gian. Mặc dù đơn giản hóa, chúng vẫn chính xác chỉ ra tỷ lệ giữa calo và lượng oxy tiêu thụ. Tỷ lệ này được gọi là hệ số hít thở (RQ).
Kể từ thời của Atwater, bộ đo nhiệt độ hít thở di động đã được phát triển. Tuy nhiên, những thiết bị này vẫn có những hạn chế khi cản trở các hoạt động bình thường. Vào những năm 1960, một phương pháp ít xâm lấn hơn và chính xác hơn để đo lường RQ đã được phát triển. Đó là phương pháp nước đánh dấu kép.
Phân tử nước bao gồm hai nguyên tử hydrogen và một nguyên tử oxy. Thường, nguyên tử hydrogen có một proton và không neutron, trong khi nguyên tử oxy có tám proton và tám neutron. Trong biến thể nước đánh dấu kép, đồng vị hydrogen có một proton và một neutron, và đồng vị oxy có 8 proton và 10 neutron. Ở đầu quá trình đo lường, đối tượng uống một lượng nước đánh dấu kép. Điểm quan trọng ở đây là trong khi nguyên tử hydrogen nặng được tiết ra từ cơ thể chỉ qua nước tiểu và mồ hôi, trong khi nguyên tử oxy nặng có thể rời khỏi cả qua chất lỏng tiết ra và khí carbon dioxide được thở ra. Khi cá nhân tiếp tục tiêu thụ nước và thức ăn thông thường, các đồng vị sẽ bị pha loãng ở các tỷ lệ khác nhau. Vì vậy, thông qua một vài đo lường cẩn thận của mẫu nước tiểu và một số xử lý dữ liệu phức tạp, lượng carbon dioxide được thở ra trong thời gian đo lường có thể được suy luận.
Nhân tiện, điều này giải đáp câu hỏi: khi chúng ta thực sự mất gì khi giảm cân? Khối lượng rời khỏi cơ thể dưới dạng carbon dioxide và nước. Mặc dù một số nước có thể đến từ việc uống của bạn, nhưng carbon dioxide chỉ phát sinh từ thức ăn được trao đổi chất. Trừ khi bạn thở nhanh hơn, bạn không mất thêm cân nặng. Điều này giải thích tại sao việc giảm cân nhanh chóng là không khả thi mà không mất cân nặng từ nước: có một giới hạn về mức độ bạn có thể thở nhanh hơn.
Các phép đo nước nhãn đôi khác nhau cho thấy nam giới trưởng thành thường tiêu hao hơn 3000 calo mỗi ngày. Sự không nhất quán xuất phát từ lượng calo được tự báo cáo của nam giới người Mỹ, theo cuộc khảo sát quy mô lớn “Chúng ta ăn gì ở Mỹ” – một cuộc khảo sát quy mô lớn được tiến hành cùng nhau bởi Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh (CDC) và Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA) – trung bình ở mức 2500 calo. Cuộc khảo sát này bao gồm cuộc phỏng vấn chi tiết và định kỳ của 8500 người về thói quen ăn uống của họ.
Nếu kết quả ngược nhau này khiến bạn ngừng lại suy nghĩ về định luật nhiệt động học thứ nhất, hãy xem xét Cuộc khảo sát Khám sức khỏe và Dinh dưỡng Quốc gia cũng được tổ chức bởi CDC. Chiều cao của 5000 người Mỹ đã được đo, sau đó họ được hỏi chiều cao của họ. Trung bình, nam giới đã đánh giá cao chiều cao của mình thêm một nửa inch. Đó là tất cả những gì bạn cần biết về mức độ có thể tin tưởng vào dữ liệu tự báo cáo.
Trên một mặt khác của 3000, USDA cộng dồn các loại thực phẩm được sản xuất tại Hoa Kỳ, cộng với nhập khẩu và trừ xuất khẩu, tương tự như GDP cho thực phẩm. Số lượng calo trên cá nhân cho người Mỹ là 3900. Đáng chú ý, 12% người Mỹ nói họ thường mua các sản phẩm được ghi nhãn là có dấu chân carbon nhỏ. Nếu bạn thực sự quan tâm đến ảnh hưởng môi trường của thực phẩm, hãy ăn ít hơn và lãng phí ít hơn. Điều này tốt cho cơ thể, ví của bạn và hành tinh của bạn.
2.Theo dõi Lượng calo
Chúng ta thực sự chỉ mới khám phá bề mặt: chúng ta chỉ đã nói về những gì có thể quan sát được về calo từ bên ngoài cơ thể chúng ta. Hãy nói về những gì xảy ra bên trong khi chúng ta ăn uống.
Trước hết, chúng ta cần phải phân biệt hai khái niệm thường bị lẫn lộn: tiêu hóa và trao đổi chất. Tiêu hóa là quá trình mà cơ thể phân hủy thức ăn trong đường ruột (GI) và loại bỏ chất thải. Trao đổi chất đề cập đến các hoạt động tế bào biến đổi thức ăn đã tiêu hóa thành năng lượng. Trong cuộc thảo luận này, tiêu hóa kết thúc khi thức ăn được phân hủy thành các dưỡng chất đơn giản (glucose, axit béo, axit amin, v.v.) và được hấp thụ vào dòng máu của chúng ta. Trao đổi chất là giai đoạn tiếp theo khi cơ thể tổng hợp năng lượng từ các đầu vào này.
Hệ tiêu hóa của chúng ta, từ trên xuống dưới, gồm đại tràng, thực quản, dạ dày, ruột non, ruột già, trực tràng và hậu môn. Hệ tiêu hóa là một hệ thống phức tạp và tinh tế. Ví dụ, pepsin là một enzyme phân giải protein được giải phóng bởi dạ dày. Rất có ý thức, nó chỉ được kích hoạt bởi axit dạ dày. Khi thức ăn di chuyển từ dạ dày đến phần đầu của ruột non, pepsin sẽ bị trung hòa bởi một dòng chất kiềm từ tuyến Brunner. Cơ chế này đảm bảo rằng enzyme phân giải protein này sẽ không gây hại trong phần còn lại của cơ thể chúng ta, nơi mà nhiều bộ phận được tạo thành từ protein.
Nhiều trong số chúng ta thất bại trong việc kiểm soát cân nặng vì chúng ta đơn giản không thể ngừng ăn. Cơ chế mà cơ thể quyết định chúng ta đã ăn đủ là phức tạp và vẫn chưa được hiểu đầy đủ, nhưng nó không đơn giản như chỉ là có bụng no. Ruột của chúng ta là cơ quan tiết nội tiết (tiết ra hormone) lớn nhất trong cơ thể. Khi thức ăn đi qua hệ tiêu hóa của chúng ta, ruột chúng ta tiết ra mọi loại hormone. Các hormone này là một phần của hệ thống thông điệp phức tạp giữa ruột và não. Bằng chứng ủng hộ sự tương tác này được quan sát trong các kết quả của các ca phẫu thuật giảm cân. Bariatric đến từ từ ngữ Hy Lạp có nghĩa là cân nặng: baros. Phẫu thuật bariatric chỉ là một cách phức tạp để nói về phẫu thuật giảm cân. Một loại phẫu thuật bariatric hoạt động như sau: bác sĩ phẫu thuật giảm kích thước dạ dày của bạn xuống cỡ của một quả trứng bằng cách kẹp đóng một phần của dạ dày. Bọt dạ dày mới được tạo ra này sau đó được kết nối trực tiếp với ruột non. Điều này có nghĩa là thức ăn bạn ăn sẽ tránh qua phần còn lại của dạ dày và phần trên của ruột non của bạn.
Hai điều làm ngạc nhiên về phẫu thuật này: Đầu tiên, nó hoạt động cực kỳ hiệu quả. Bệnh nhân giảm cân nhiều, nhanh chóng. Và họ giữ được cân nặng đó. Thứ hai, nó không hoạt động theo cách mà các bác sĩ nghĩ rằng nó sẽ hoạt động. Được nghĩ rằng với một dạ dày nhỏ hơn, chúng ta sẽ cảm thấy no với ít thức ăn hơn. Nhưng dường như dạ dày là có đàn hồi. Không lâu sau phẫu thuật, túi nhỏ mở rộng lại đến kích thước của dạ dày ban đầu. Điều quan trọng thực sự có vẻ là ảnh hưởng đến việc tiết hormone ruột. Sau phẫu thuật, có một sự gia tăng đáng kể trong việc tiết ra các hormone, bao gồm một hormone gọi là GLP-1. Thuốc giảm cân Ozempic hoạt động bằng cách mô phỏng GLP-1. Khi thức ăn được tiêu hóa trong ruột, GLP-1 được tiết ra để báo hiệu tuyến tụy tiết insulin, trong sự chờ đợi của glucose sẽ đi vào dòng máu. Não có thể coi điều này như một dấu hiệu cho rằng chúng ta không cần thêm thức ăn. Vì thức ăn bỏ qua một phần của hệ tiêu hóa sau phẫu thuật, nó trượt xuống phần giữa của ruột non trong tình trạng ít được tiêu hóa hơn. Điều này thay đổi sự pha trộn của các hormone ruột gửi ra, lừa não của bạn thành việc bạn đã ăn nhiều hơn thực sự bạn đã ăn.
Trong ruột non, glucose, axit amin và axit béo đi vào dòng máu của chúng ta. Hình ảnh 2 là một mô tả đơn giản về điều gì xảy ra tiếp theo. Nó trông phức tạp. Nhưng đừng lo, tôi sẽ hướng dẫn bạn:
1: ATP, viết tắt của Adenosine Triphosphate, là nguồn năng lượng cho các tế bào sống. Chúng hoạt động như pin có thể sạc lại. Một phân tử ATP có ba nhóm phosphoryl — vì vậy có tiền tố “tri”. Năng lượng được lưu trữ trong các liên kết hóa học nối kết các nhóm lại với nhau. Khi một tế bào cần năng lượng, ATP phá vỡ một trong những liên kết đó, biến một phân tử tri-phosphate thành một phân tử di-phosphate (Adenosine Diphosphate, gọi là ADP), và năng lượng được giải phóng. ADP có thể được tái tạo năng lượng thành ATP bằng một số cách chúng ta sẽ tìm hiểu. Đáng chú ý, mỗi phân tử ATP được tái chế 1000 đến 1500 lần trong một ngày.
2: Tất cả các hình thái sống trên Trái Đất đều sử dụng ATP làm phương tiện lưu trữ năng lượng của họ. Ở thực vật, quang hợp tạo ra ATP. Ở con người, cơ chế hiệu quả nhất để tạo ra ATP là Chu kỳ axit citric, còn gọi là Chu kỳ Krebs. Hình ảnh 3 cho thấy cách nó hoạt động: các liên kết giữa các nguyên tử cacbon trong Citrate được phá vỡ trong sự hiện diện của oxy, tạo ra khí carbon dioxide, giống như quá trình đốt cháy trong lò đo nhiệt lượng. Chu kỳ Krebs tạo ra electron tự do cùng với năng lượng, tạo ra một điện thế điện áp qua màng nội của vi khuẩn. Năng lượng điện này được sử dụng trong quá trình phosphorylation oxi để gắn một nhóm phosphate vào ADP, do đó tổng hợp ATP. Trong khi đó, ở nửa kia của chu kỳ Krebs, các chuỗi cacbon được rút ngắn được bổ sung thêm vào một thứ gọi là Acetyl-CoA, làm cho chúng dài hơn và sẵn sàng cho vòng lặp tiếp theo.
ATP không phải là sản phẩm duy nhất của chu kỳ Krebs. Ít nhất ba giải Nobel đã được trao cho các đóng góp vào việc hiểu biết của chúng ta về chu kỳ Krebs.
3: Bước đầu tiên của quá trình trao đổi chất glucose là glycolysis. Glycolysis là cách nhanh nhất để tạo ra ATP và quan trọng là nó không cần oxy. Đó là nguồn năng lượng cho các hoạt động không cần oxy. Giống như một máy tính có các thanh ghi, bộ nhớ cache, RAM và ổ cứng, cơ thể con người có các cấp độ lưu trữ năng lượng khác nhau có thể được kích hoạt ở các tốc độ khác nhau (Tôi đánh giá cao việc giải thích này chỉ hoạt động khi khán giả của tôi hiểu về máy tính hơn là sinh lý học. Đừng bắt đầu với tôi về những vấn đề sai lầm trong giáo dục:-). Như được thể hiện trong hình ảnh 4, cho các hành động nhanh như đánh gậy golf, cơ thể của chúng ta sử dụng ATP đã có. Sau 10 giây, cơ thể chúng ta sẽ phải kích hoạt cấp độ lưu trữ tiếp theo: phosphocreatine. Những phân tử này tặng một nhóm phosphate cho ADP, tạo ra ATP mới ngay lập tức. Khi năng lượng đó được sử dụng hết, năng lượng được giải phóng bởi glycolysis sẵn sàng đúng lúc. Tuy nhiên, glycolysis không thể duy trì quá lâu. Số lượng dự trữ glucose trong cơ thể chúng ta là có hạn. Ngoài ra, quá trình không cần oxy biến pyruvate thành axit lactic, là nguyên nhân gây đau đớn cho cơ bắp.
4: Cơ chế cung cấp năng lượng bền bỉ của cơ thể là hệ thống hô hấp năng lượng. Nó mất một chút thời gian vì oxy phải đến tế bào cơ của chúng ta và bắt đầu biến pyruvate thành Acetyl-CoA, được cung cấp vào chu kỳ Krebs, một bước khác cần oxy. Mục đích của việc tăng nhịp tim trong khi tập luyện là để tăng tốc việc cung cấp oxy qua máu. Trong chu kỳ Krebs, thêm 28 ATP được tạo ra, làm cho nó trở thành nguồn năng lượng chính cho các chặng đường dài. Bởi cách đó, không đúng khi nói rằng cơ thể của bạn không đốt cháy chất béo nếu nhịp tim của bạn nằm ngoài “vùng đốt cháy chất béo”. Khi hệ thống hô hấp năng lượng được kích hoạt, cơ thể đốt cháy cả carbohydrate và chất béo để tạo ra năng lượng.
5: Với một lượng năng lượng nhỏ (vài phân tử ATP), pyruvate có thể được chuyển đổi lại thành glucose. Nhưng Acetyl-CoA không thể được chuyển đổi lại thành pyruvate. Điều này quan trọng vì mức độ glucose trong máu được kiểm soát chặt chẽ. Nếu nó quá thấp, gan sẽ phải tạo ra glucose. Nó có thể sử dụng pyruvate nhưng không phải Acetyl-CoA. Điều này có một số hậu quả mà chúng tôi sẽ nói sau.
Mặt khác, nếu mức độ glucose trong máu cao quá, insulin sẽ được phát ra và kích hoạt tế bào hấp thụ glucose và chuyển đổi nó thành chất béo. Trong việc bảo vệ insulin, nó không phải là thủ phạm khiến bạn tăng cân. Nó không tạo ra vật liệu nguồn cho quá trình tổng hợp axit béo từ không khí: bạn đã ăn quá nhiều từ đầu.
6: Cơ thể chúng ta có thể lưu trữ nhiều chất béo. Nó có thể lưu trữ một chút glucose. Nhưng không có cách nào để lưu trữ protein quá mức. Nó sử dụng protein để xây dựng và sửa chữa các bộ phận cơ thể như cơ bắp, các cơ quan và thậm chí là móng tay và tóc của chúng ta. Nó cũng sử dụng protein để tạo ra hormone và enzyme. Nếu có bất kỳ protein nào dư thừa mà cơ thể không cần ngay lập tức, nó sẽ trải qua quá trình deamination, trong đó nhóm amine được loại bỏ và phần còn lại được chuyển đổi thành Acetyl-CoA.
7: Acetyl-CoA là nhiên liệu cho chu kỳ Krebs. Đó là nơi protein, chất béo và carbohydrate hội tụ trong các con đường trao đổi chất. Về mặt của chu kỳ Krebs, không quan trọng Acetyl-CoA đến từ đâu. Nếu có quá nhiều, con đường duy nhất là tổng hợp axit béo.
Đây là cách thức quá nhiều thức ăn biến thành quá nhiều chất béo. Mà không có kiểm soát lượng, không phải chế độ ăn chỉ thịt hoặc chế độ ăn chay tự nhiên làm bạn giảm cân. Chúng đôi khi hoạt động có lẽ bởi vì những người tham gia chỉ mất cảm giác đói do lựa chọn thức ăn bị hạn chế.
8: Axit béo, với chuỗi hydrocarbon dài của chúng, trải qua quá trình oxy hóa beta tương đối dài để trở thành Acetyl-CoA. Một phân tử axit béo điển hình có thể tạo ra 106 ATP khi được trao đổi chất hoàn toàn với Oxygen. Ngược lại, mỗi phân tử glucose chỉ tạo ra 30 ATP. Tính theo cân, chất béo là phương tiện lưu trữ năng lượng hiệu quả nhất của cơ thể.
9: Chất béo được lưu trữ dưới dạng triglyceride trong các tế bào mỡ, hoặc adipocytes. Các tế bào mỡ giống như bóng bay trong khả năng mở rộng của chúng. Khi cơ thể bạn tích luỹ nhiều chất béo hơn, số lượng adipocytes thực sự không tăng lên, chỉ có kích thước của mỗi tế bào. Miễn là chúng vẫn còn khả năng dự trữ, việc có thêm một chút chất béo không nguy hiểm. Mức độ chúng có thể co dãn trước khi trở thành vấn đề thay đổi từ người này sang người khác, chủ yếu là do gen của chúng ta. Ví dụ, adipocytes của các cá nhân thuộc dân tộc da trắng có khả năng mở rộng lớn hơn so với những người gốc Á Đông, do đó cho phép lưu trữ chất béo an toàn lớn hơn.
10: Với mức độ glucose trong máu ổn định, cơ thể lưu trữ glucose dư thừa dưới dạng glycogen trong gan và cơ bắp. Những glycogen này có thể được chuyển đổi lại thành glucose và cung cấp năng lượng cho cơ bắp của chúng ta ngay lập tức.
Thú vị, điều đó có nghĩa là cơ bắp có đủ mọi thứ cần thiết cho phản ứng Maillard: protein và đường. Điều này rõ nhất khi bạn chiên nướng một con sò điệp một mình và có một lớp vỏ nâu đẹp.
Trong cơ bắp có khoảng 400 gram glycogen được lưu trữ và 100 gram trong gan. Nếu chúng ta chỉ sử dụng glycogen cho năng lượng, tất cả chúng sẽ được tiêu hao trong một ngày. Ngược lại, chất béo trong cơ thể của chúng ta có đủ năng lượng để kéo dài cho chúng ta đến ba tháng.
11: Tất cả các protein được xây dựng từ 20 axit amin, giống như tất cả các từ tiếng Anh được xây dựng từ 26 ký tự. Khi chúng ta ăn protein, cơ thể chúng ta phân hủy chúng thành các axit amin thành phần của chúng. Sau đó, nó sử dụng chúng để tạo ra protein mới. Các protein chúng ta ăn được phân hủy thành các khối xây dựng của chúng. Chín trong số 20 axit amin được gọi là axit amin thiết yếu vì chúng không thể được tổng hợp bởi cơ thể của chúng ta. Chúng ta phải lấy chúng từ thức ăn.
12: Rượu, như ông Atwater đã chỉ ra, cũng là một nguồn năng lượng. Cuối cùng, nó được trao đổi thành Acetyl-CoA và cung cấp vào chu kỳ Krebs. Vì vậy, việc có một “bụng bia” thực sự không phải là về việc uống quá nhiều bia cụ thể; nó là về việc ăn hoặc uống quá nhiều calo nói chung. Tuy nhiên, quá nhiều rượu mang lại một nguy cơ đặc biệt: nó ức chế sự oxy hóa axit béo và gây ra bệnh gan béo.
13: Đôi khi chu kỳ Krebs không thể tiếp nhận thêm Acetyl-CoA. Để tìm hiểu tại sao, hãy quay lại hình 3 và xem xét chi tiết của chu kỳ Krebs. Chúng tôi đã đề cập trước đó nếu đường huyết của chúng ta giảm, gan bắt đầu tạo glucose từ pyruvate. Một nguyên liệu tiền của glucose khác là phần glycerol của triglyceride. Triglyceride (chất béo) là ba axit béo gắn vào một glycerol, như được thể hiện trong hình 5. Các chuỗi axit béo không thể được sử dụng để tạo glucose bởi gan, vì vậy cuối cùng gan sẽ cần phải tìm nguồn nguyên liệu khác. Khi cả glycerol và pyruvate đều được sử dụng hết, gan bắt đầu chiếm hữu oxaloacetate cho glucogenesis. Thiếu oxaloacetate đủ, chu kỳ Krebs trong tế bào gan chậm lại. Surplus Acetyl-CoA được chuyển thành Ketone và gửi đi nơi khác.
14: Mức độ glucose thấp trong cơ thể có thể xảy ra vì một số lý do. Đó là một lý do, nhưng những ngày này, nó có khả năng là do chế độ ăn ít carbohydrate. Về mặt sinh lý, chế độ ăn ít carbohydrate mô phỏng một số khía cạnh của đói. Với lượng carbohydrate tối thiểu, cơ thể thích ứng để sử dụng chất béo làm nhiên liệu. Axit béo được phân hủy thành ketone và gửi đến các tế bào. Các cơ chế ketone sau đó được thụ hưởng bởi các vi khuẩn, chuyển đổi ketone trở lại thành Acetal-CoA và cung cấp nó vào chu kỳ Krebs. Gan là cơ quan duy nhất có thể chuyển hóa oxaloacetate thành glucogensis. Các tế bào khác trong cơ thể không gặp vấn đề trong việc trao đổi chất Acetal-CoA và đóng chu kỳ Krebs.
Tình huống chúng ta vừa mô tả được gọi là ketosis, trạng thái mà chế độ keto cố gắng tạo ra. Sự thích nghi này tuy mất thời gian. Trong khi tập luyện cường độ cao, cơ thể của bạn có thể cạn kiệt dự trữ glucose trước khi chuyển sang đốt cháy chất béo để tạo ra năng lượng. Điều này được gọi là “đạt đến bức tường” hoặc “chết”. Đó là lý do tại sao các trạm cứu trợ marathon cung cấp các loại thức ăn giàu carbohydrate, để tránh tình trạng kiệt sức này.
3. Kiểm soát cân nặng, Thực phẩm lành mạnh và Đếm calo
Bây giờ chúng ta đã biết mọi thứ về calo, việc ăn đúng không còn là việc đánh dấu các ô hoặc thu thập danh sách thực phẩm ngẫu nhiên từ web nữa. Đó là về việc sử dụng những hiểu biết khoa học mới của chúng ta để đưa ra những lựa chọn thông minh. Vậy chế độ ăn nào là tốt nhất cho việc kiểm soát cân nặng?
Cân nặng là một đơn vị đo lường của khối lượng cơ thể của bạn. Khối lượng nhập vào cơ thể dưới dạng thức ăn và nước. Một số trong số đó được tiêu hao qua phân. Những thứ khác được giữ lại để tạo ra và sửa chữa các bộ phận của cơ thể. Mọi thứ ngoài ra đều được trao đổi chất để làm nhiên liệu, được đốt cháy để tạo ra năng lượng hoặc được lưu trữ. Cân nặng dư thừa đến từ khối lượng cơ thể dư thừa cho việc lưu trữ năng lượng. Việc giảm cân xảy ra khi cơ thể bạn sử dụng nhiều năng lượng hơn là lượng năng lượng bạn tiêu thụ, và kết quả là bạn thở ra khối lượng dư thừa dưới dạng carbon dioxide và đổ mồ hôi hoặc đi tiểu ra ngoài dưới dạng nước. Không có công thức bí mật hoặc thực phẩm kỳ diệu: bất kỳ chế độ ăn nào dẫn đến thiếu hụt năng lượng đều dẫn đến giảm cân.
Nhưng điều đó không có ích gì như “ăn ít hơn, vận động nhiều hơn”. Nó dễ nói hơn làm, và nó thực sự không cho bạn biết chính xác phải làm gì. Hãy cố gắng trở nên cụ thể và thực tế hơn một chút.
Đầu tiên, chúng ta nên ăn gì thực sự? Chúng ta có nên loại bỏ thịt, chất béo, carbohydrate, hoặc thực phẩm axit? Lịch sử khoa học về chế độ ăn đầy rẫy sự kiêu căng của những người tự tin quá mức, người tuyên bố biết chính xác thành phần của một chế độ ăn lành mạnh. Nhưng trừ khi được bác sĩ kê đơn cho mục đích y tế, bất kỳ chế độ ăn nào hạn chế các loại thực phẩm bạn có thể ăn đều là một ý tưởng tồi. Chúng ta cần nhiều sự đa dạng hơn, không phải ít hơn, trong thực phẩm của chúng ta. Chúng ta tiến hóa để là động vật ăn tạp. Homo sapiens là loài còn sống sót duy nhất của chi Homo có lẽ là do tổ tiên của chúng ta có thể ăn nhiều loại thức ăn hơn.
Nếu chúng ta không ăn thịt, có thể chúng ta sẽ gặp khó khăn trong việc có được lượng đúng đắn của tất cả các axit amin thiết yếu và một số loại vitamin phổ biến trong sản phẩm động vật. Loại bỏ chất béo sẽ làm mất đi axit béo thiết yếu. Chất béo đóng vai trò quan trọng trong khung cảnh sinh lý. Chúng tạo thành màng tế bào và lớp vỏ bảo vệ xung quanh các tế bào thần kinh của chúng ta gọi là myelin. Một số loại vitamin chỉ tan trong chất béo. Vì vậy, nếu thiếu chất béo, cơ thể không thể giữ chúng lại.
Nếu chúng ta hạn chế lượng carbohydrate, chu kỳ Krebs sẽ chậm lại, quá trình oxy hóa chất béo trở nên kém hiệu quả hơn, và bạn sẽ gặp khó khăn hơn trong việc tham gia vào các môn thể thao kéo dài. Gan cũng phải làm việc nhiều hơn để sản xuất glucose. Nhưng tại sao mức độ glucose trong máu lại quan trọng đến vậy? Đầu tiên, não thực sự thích sử dụng glucose cho năng lượng. Nghiên cứu cho thấy sau ba ngày ăn chay nghiêm ngặt, não vẫn sử dụng 75% nhiên liệu từ glucose. Ít nhất, não có thể sử dụng các cơ thể ketone khi cần, nhưng tế bào hồng cầu chỉ có thể sử dụng glucose cho năng lượng. Có một giải thích hoàn toàn hợp lý: Để các vi khuẩn sản xuất năng lượng với chu kỳ Krebs, chúng phải tiêu thụ oxy. Nhưng nhiệm vụ của tế bào hồng cầu là vận chuyển oxy. Nó không nên lấy mất hàng hóa. Đó là lý do tại sao tế bào hồng cầu thậm chí còn không có mitochondria, và glycolysis là nguồn năng lượng duy nhất cho chúng.
Khi bạn áp dụng chế độ ăn ít carbohydrate, bạn có thể nhận thấy bạn giảm cân khá nhanh ở giai đoạn đầu. Điều đó bởi vì cửa hàng glycogen đang bị cạn kiệt. Glycogen được kết hợp với nước khi được lưu trữ (kỹ thuật, nó là một polysaccharides với nhiều nhóm hydroxyl, làm cho nó thân nước). Mỗi gram glycogen giữ chặt ba gam nước. Giai đoạn ban đầu của việc giảm cân chủ yếu do việc loại bỏ nước, một hiệu ứng tạm thời do cửa hàng glycogen hữu hạn trong cơ thể.
Bí quyết là tăng sự đa dạng trong khi kiểm soát tổng lượng nhập vào. Tại sao chúng ta thường ăn quá nhiều? Suốt lịch sử loài người, đói kém luôn là một mối đe dọa vĩnh cửu. Cơ thể chúng ta đã phát triển một bộ công cụ bảo vệ phức tạp để phòng ngừa đói. Khi chúng ta không có đủ thức ăn, mọi loại chuông báo đều reo và các quy trình bảo tồn năng lượng khác bắt đầu hoạt động. Mặt khác, việc có quá nhiều thức ăn là một vấn đề tương đối mới trong lịch sử tiến hóa của loài người. Mặc dù chúng ta hiện đã biết béo phì không lành mạnh, nhưng gen của chúng ta vẫn chưa thực sự theo kịp với sự phong phú của calo hiện đại. Cơ thể của chúng ta vẫn nhiệt tình tích trữ năng lượng dư thừa. Chúng ta không thể phụ thuộc vào sinh lý học của chúng ta để ngăn chặn việc ăn quá nhiều. Phòng thủ tốt nhất là thức ăn khiến bạn cảm thấy no và giữ bạn cảm thấy no.
Sự no nê là một chỉ số quan trọng của chất lượng thức ăn thường bị bỏ qua. Tất cả thức ăn đều cung cấp calo cho chúng ta, nhưng không phải tất cả các calo được tạo ra bằng nhau. Calo chất lượng thấp đến từ các loại thực phẩm có nhiều calo, nhưng không có nhiều chất dinh dưỡng khác và không làm bạn cảm thấy no. Bây giờ chúng ta có thể nhìn thấy vấn đề với carbohydrate tinh lọc như gạo trắng: nó gần như hoàn toàn gồm tinh bột dễ tiêu hóa, làm cho dạ dày của bạn trống rỗng nhanh chóng và được hấp thụ ngay lập tức. Điều tương tự xảy ra với đồ uống có đường — chúng được đóng gói với những gì chúng ta gọi là calo “trống rỗng”. Nếu bạn đang theo dõi cân nặng của mình, một quy tắc tốt để tuân theo là không bao giờ uống calo của bạn.
Ngược lại, protein mất 2 đến 4 giờ để rỗng ra khỏi dạ dày. Nó khó tiêu hóa hơn và đi xa hơn trong ruột của bạn. Hãy nhớ cuộc thảo luận của chúng ta về Ozempic? Lượng thức ăn ít tiêu hóa đến phần sau của ruột kích hoạt tín hiệu “Tôi đang no”. Protein tiêu hóa cũng tăng cao các mức amino axit và ketone trong máu. Do đó, một calo từ protein có giá trị no nê lớn hơn so với calo từ carbohydrate. Một ưu điểm khác của protein như một nguồn calo là nó tạo ra chi phí chuyển hóa cao hơn (sự nhiệt động tổng hợp do chế độ ăn trong hình 1). Vì vậy, năng lượng chuyển hóa net của protein ít hơn.
Như trong trường hợp của calo, bạn nên chú ý đến những gì khác trong thức ăn ngoài protein. Chúng có thể là kháng sinh và hormone tăng trưởng từ thịt không rõ nguồn gốc, hoặc chất xơ và axit béo omega-3 từ bơ. Chất lượng thức ăn nên được xem xét trong bối cảnh thức ăn tự nhiên.
Cuối cùng, đối với một bài viết có tiêu đề “khoa học của việc đếm calo”, chúng ta phải đề cập đến câu hỏi này: liệu chúng ta có nên đếm calo không? Như Richard Feynman đã chỉ ra, khoa học không thể trả lời câu hỏi “nên” vì nó liên quan đến đánh giá giá trị. Nhưng hãy cố gắng nhìn vào vấn đề này một cách logic. Việc đếm calo bao gồm bốn bước: Cân thức ăn, tính toán calo, ghi lại và phân tích kết quả.
Bằng chứng kinh nghiệm cho thấy rằng ngay cả trong các nghiên cứu chế độ ăn được kiểm soát cẩn thận, sai số trong việc đo lường cân nặng hiếm khi giảm dưới 5%. Và ai lại mang theo một cái cân xung quanh chứ?
Rõ ràng từ hình 1 cho thấy rằng từ một góc độ khoa học, việc có được một lượng calo chính xác từ nguyên liệu ngay cả đơn giản nhất cũng không dễ dàng, đặc biệt là vì cách thức ăn được chuẩn bị có thể dẫn đến sự biến động đáng kể trong số calo cuối cùng. (Một nút bơ nữa, ai?) Bên cạnh đó, vẫn còn rất nhiều điều cần phải tìm hiểu về cách cơ thể con người tiêu hóa và chuyển hóa thức ăn. Ví dụ, vi khuẩn đường ruột và tác động của chúng đối với chuyển hóa là một lĩnh vực nghiên cứu tích cực.
Không bao giờ dễ dàng cho mọi người để tuân theo một chế độ bắt buộc, thậm chí là một chế độ đơn giản như việc ghi lại thức ăn bạn ăn. Một nghiên cứu cho thấy chỉ có 3% số người tải xuống một ứng dụng ghi chép thức ăn tiếp tục sử dụng nó sau một tuần.
Nếu bạn quản lý làm tất cả những điều đó, bạn có thể thu được một số hiểu biết tuyệt vời về cách ăn ngon hơn. Với sự phát triển nhanh chóng của trí tuệ nhân tạo, chúng ta có thể có khả năng phân tích chế độ ăn của mình tốt hơn cả những nhà phân tích dữ liệu tinh vi nhất hiện nay.
Điểm quan trọng: Nếu bạn có thể đếm calo, bạn nên làm. Có dữ liệu về thực phẩm bạn ăn sẽ chắc chắn hữu ích. Nhưng đừng tự trách nếu bạn không thể. Để thay đổi hành động của bạn, bạn phải thay đổi cách bạn nghĩ trước tiên. Bây giờ bạn đã có cấu trúc khoa học đúng đắn để suy nghĩ về calo. bạn đã tiến xa hơn rất nhiều so với phần lớn mọi người. Đây là một kế hoạch ăn uống thực tế mà bạn có thể tuân thủ.
Cảm ơn bạn đã đồng hành cùng chúng tôi trong hành trình khám phá The Science of Counting Calories. Tại Hgnuts, chúng tôi cam kết tiếp tục mang đến cho bạn những kiến thức hữu ích và sản phẩm chất lượng nhất. Hãy tiếp tục theo dõi và khám phá thêm nhiều chủ đề thú vị khác về dinh dưỡng và cách sống lành mạnh. Hãy cùng Hgnuts chăm sóc sức khỏe của bạn một cách toàn diện và hiệu quả nhất!
Nếu bạn thấy hay và hữu ích, bạn có thể tham gia các kênh sau của Thế giới Hạt để nhận được nhiều hơn nữa:
