Спорт не допоможе вам схуднути: як антрополог Герман Понцер руйнує міфи про спалювання калорій.

Американський антрополог Герман Понцер докорінно змінює уявлення про те, як організм людини витрачає енергію.

Його наукові дослідження доводять: спорт і фізичні навантаження не завжди допомагають схуднути, а головний секрет контролю ваги прихований у зовсім інших механізмах. Про це пише Science.

Як Герман Понцер вивчає енерговитрати людини

У теплий жовтневий ранок середи Герман Понцер одягає зім’ятий лабораторний халат, поправляє маску й заходить у свою лабораторію в Університеті Дюка, маючи на меті змусити студентку понервувати. Студентка Крістіна відпочиває на лабораторному столі з головою у прозорому пластиковому ковпаку. Понцер офіційно вітається з нею та починає випробуваний спосіб підвищення тиску: дає їй усний математичний тест.

— Почни з числа 1022 і віднімай 13, доки не дійдеш до нуля, — говорить він на повний голос, щоб перекричати гучний кондиціонер. — Якщо помилишся, почнемо спочатку. Готова?

— 1009, 997, — каже Крістіна.

— Починай спочатку, — уривчасто відповідає Понцер.

Крістіна, яка записалася на “стрес-тест”, нервово сміється. Вона пробує ще раз і доходить до 889, перш ніж Понцер її знову зупиняє. Це повторюється знову і знову. Потім Понцер просить її вголос помножити 505 на 117. На цьому етапі вона вже стискає пальці ніг у шкарпетках.

Постдок Зейн Свонсон та студентка Габріель Батлер контролюють її серцевий ритм і кількість вуглекислого газу (CO₂), який вона видихає у ковпак. Далі Понцер задає набір питань, які мають підвищити рівень стресу: яка її робота мрії та що саме вона планує робити після випуску?

Це ще один звичайний день у лабораторії Понцера, де він із студентами вимірює, скільки енергії люди витрачають у стані стресу, під час фізичних вправ чи реакції імунної системи на вакцину. Вимірюючи вміст CO₂ у диханні Крістіни, він дізнається, скільки енергії вона спалила, долаючи страх перед математикою.

У 44 роки справою життя Понцера як біологічного антрополога стало підрахунок калорій. Але не для схуднення — при зрості 1,85 м та вазі близько 75 кг (6 футів 1 дюйм, 165 фунтів) і пристрасті до бігу та скелелазіння, він “худий або нормальної статури хлопець”, як написав рецензент його книги 2021 року Burn: New Research Blows the Lid Off How We Really Burn Calories, Lose Weight, and Stay Healthy.

Понцер із задоволенням розповідає про схуднення у шоу доктора Оза та на NPR, але його справжня місія — зрозуміти, як люди, на відміну від інших людиноподібних мавп, енергетично можуть дозволити собі все: великі мізки, тривале дитинство, багато дітей і довге життя. Щоб підтримувати ці риси, потрібен особливий енергетичний баланс, який він намагається розгадати — баланс між енергією, витраченою на фізичні вправи, розмноження, стрес, хвороби та життєво важливі функції.

Позичивши метод, розроблений фізіологами для вивчення ожиріння, Понцер і його колеги систематично вимірюють загальні енерговитрати тварин і людей у різних життєвих ситуаціях. Відповіді, які дають їхні дані, часто дивують: фізичні вправи не допомагають спалювати більше енергії в середньому; активні мисливці-збирачі в Африці витрачають не більше енергії за день, ніж офісні працівники в Іллінойсі; вагітні жінки не спалюють більше калорій за день, ніж інші дорослі, якщо враховувати масу тіла.

Метаболізм протягом життя

З урахуванням маси тіла, саме малюки спалюють найбільше калорій за день. Загальні енерговитрати (TEE) знижуються після 60 років, хоча в окремих людей є відхилення (сіра точка).

Вміння Понцера популяризувати науку іноді дратує його колег. Його меседж про те, що фізичні вправи не допомагають схуднути, “позбавлений нюансів”, каже фізіолог з фізичних вправ Джон Тайфолт з Медичного центру Університету Канзасу. Він вважає, що це може підштовхнути тих, хто худне, до менш здорових звичок.

Але інші стверджують: окрім руйнування міфів про енергетичні витрати людини, робота Понцера дає новий погляд на фізіологію та еволюцію людини. Як він написав у книзі Burn: “В економіці життя калорії — це валюта”.

“Його робота революційна”, — говорить палеоантрополог Леслі Айєлло, екс-президентка Wenner-Gren Foundation, яка фінансувала дослідження Понцера. “Тепер у нас є дані, … які дали нам зовсім нову рамку для того, як ми думаємо про адаптацію людини до енергетичних обмежень”.

Син двох вчителів англійської, Понцер виріс на 40 гектарах лісу в Аппалачах біля маленького містечка Керсі, штат Пенсільванія. Його батько, який допомагав будувати будинок, навчив Понцера цікавитись, як влаштовані речі, і ремонтувати їх. “Ніхто ніколи не викликав сантехніка чи електрика”, — згадує Понцер.

Ці уроки самостійності та комунікабельності допомогли йому впоратися, коли його батько помер, коли Понцеру було лише 15. Старший кузен також водив його на скелелазіння, що навчило його бути і сміливим, і організованим — навички, які пізніше допомогли йому ризикувати у науці та кидати виклик загальноприйнятим ідеям. “Коли у тебе трапляється щось погане, і життя вибиває тебе з колії, це страшно, — каже Понцер. — Але треба рухатися вперед, і це вчить не боятися нового”.

Понцер подав документи лише в один університет — Пенсільванський державний університет, футбольні матчі якого були основною подією його дитинства. “Я думав, що стану як батько: вступлю до Penn State, отримаю диплом вчителя та залишуся у Керсі”, — згадує він. Але вже у Penn State він працював з відомим палеоантропологом Аланом Вокером і почав задумуватися про аспірантуру з біологічної антропології.

Дізнавшись, що його перспективний студент вибирає університети за близькістю до гір, Вокер був прямолінійним: сказав Понцеру, що той “дурень”, якщо не подасть заявку до Гарварду — і, якщо його приймуть, буде “дурнем”, якщо не поїде туди.

Понцер поїхав. На початку 2000-х вчені мало що знали про загальні енергетичні витрати (TEE) людини — кількість кілокалорій (ті самі “калорії” на етикетках продуктів), яку спалюють 37 трильйонів клітин людини за 24 години. Дослідники вміли вимірювати швидкість спалювання енергії організмом у стані спокою — базальний метаболізм (BMR), до якого входить енергія на дихання, циркуляцію та інші життєво важливі функції. Відомо було, що BMR приблизно однаковий у великих ссавців, якщо враховувати розмір тіла. Тож хоча BMR — це лише 50-70% загальних енерговитрат, дослідники припускали, що кілограм на кілограм люди спалюють енергію з тією ж швидкістю, що й інші примати.

Але у людини є додаткова “енергетична стаття витрат”: великі мізки, які споживають 20% енергії щодня. Айєлло запропонувала, що наші предки компенсували цю “дорогу” мізкову витрату, еволюціонувавши до менших кишківника та інших органів. Інші вважали, що люди “зекономили” енергію, еволюціонувавши до більш ефективної ходьби та бігу.

У Гарварді Понцер хотів перевірити ці ідеї, але зрозумів, що даних для цього бракує: ніхто не знав, скільки енергії усього витрачають примати під час руху, не кажучи вже про те, як анатомічні відмінності чи органні “компроміси” впливають на енерговитрати. “Ми говорили про адаптації гомінідів до руху, про ефективність, силу, потужність, але це все було вигадано”, — каже Понцер.

Він зрозумів, що треба повернутися до основ — вимірювати, скільки калорій витрачають люди й тварини, коли ходять та бігають на бігових доріжках. Ссавці використовують кисень, щоб перетворювати цукор з їжі на енергію, побічний продукт — CO₂. Чим більше CO₂ видихає ссавець, тим більше кисню — і калорій — він спалює.

Для своєї дисертації Понцер вимірював, скільки CO₂ видихають собаки та кози під час бігу та ходьби. Він виявив, зокрема, що собаки з довгими лапами витрачають менше енергії на біг, ніж коргі, про що повідомив у 2007 році, одразу після отримання першої роботи у Вашингтонському університеті в Сент-Луїсі. З часом, каже він, “невинний проєкт з вимірювання витрат енергії на ходьбу й біг у людей, собак та кіз переріс у професійну одержимість вимірюванням енергетичних витрат”.

Понцер досі вимірює видихуваний CO₂, щоб оцінити спалені калорії під час конкретної активності, як і у випадку з “стрес-тестом” Крістіни. Але він з’ясував, що фізіологи розробили кращий спосіб вимірювання TEE протягом доби: метод подвійно міченої води, який дозволяє оцінити TEE, не змушуючи людину дихати у ковпак цілий день.

Фізіолог Дейл Шоеллер з Університету Вісконсіна в Медісоні адаптував цей метод, який спочатку використовували на мишах, для людей. Людина випиває безпечний коктейль міченої води, у якому ізотопи водню та кисню замінюють їх звичні форми. Потім дослідники беруть аналізи сечі кілька разів протягом тижня. Мічений водень виводиться із сечею, потом та іншими рідинами, а частина міченого кисню, у процесі спалювання калорій, виводиться з видихом у вигляді CO₂. Тож співвідношення міченого кисню до водню в сечі показує, скільки кисню використали клітини за добу, а значить — скільки калорій спалено. Метод є “золотим стандартом” у вимірюванні енерговитрат, але коштує 600 доларів за тест і був недоступний для більшості еволюційних біологів.

Перший із багатьох проривів Понцера за допомогою цього методу відбувся у 2008 році, коли, отримавши $20 000 від Wenner-Gren Foundation, він зміг зібрати зразки сечі у тодішньому Great Ape Trust — заповіднику та дослідницькому центрі в Айові. Там приматолог Роб Шумейкер вливав підсолоджений ізотопами, але безцукровий, холодний чай чотирьом орангутанам. Понцер хвилювався, як зібрати сечу дорослої мавпи, але Шумейкер заспокоїв його: орангутани навчені мочитися у стаканчик.

Пізніше тієї осені, отримавши результати аналізів, Понцер не повірив своїм очам: орангутани витрачали на третину менше енергії, ніж очікувалося для ссавців такого розміру. Повторне тестування дало той самий результат: Езі, дорослий самець вагою 113 кг, спалював за день 2050 кілокалорій — значно менше за 3300, які зазвичай спалює чоловік такої ж ваги. “Я був у повному шоці”, — згадує Понцер. Орангутани, ймовірно, були “лінивцями у родині мавп”, подумав він, адже їм доводилось пристосовуватись до тривалого дефіциту їжі у минулому й вони еволюціонували так, щоб виживати на меншій кількості калорій за день.

Подальші дослідження методом подвійно міченої води, проведені на мавпах у неволі та у заповідниках, зруйнували давнє уявлення, що у всіх ссавців, якщо врахувати масу тіла, метаболізм однаковий. Серед великих приматів саме люди є винятком. Якщо врахувати масу тіла, ми щодня спалюємо на 20% більше енергії, ніж шимпанзе й бонобо, на 40% більше, ніж горили, і на 60% більше, ніж орангутани — про це Понцер з колегами повідомили у журналі Nature у 2016 році.

Високоенергетична мавпа

Люди щодня спалюють значно більше енергії — і також накопичують більше жиру, — ніж інші мавпи. Наші загальні енерговитрати (TEE) складаються з базального метаболізму (BMR) плюс інших активностей, включно із фізичними вправами.

Понцер зазначає, що різниця у кількості жиру в тілі не менш вражаюча: чоловіки накопичують удвічі більше жиру, ніж інші самці приматів, а жінки — утричі більше, ніж самиці. Він вважає, що така кількість жиру еволюціонувала разом із швидшим метаболізмом: жир спалює менше енергії, ніж м’язи, і є резервом палива. “Наші метаболічні двигуни не були створені мільйонами років еволюції, щоб гарантувати ідеальне тіло для пляжу у бікіні”, — пише Понцер у Burn.

Наша здатність перетворювати їжу й жирові запаси на енергію швидше, ніж інші мавпи, дає важливі переваги: це забезпечує нам більше енергії щодня, щоб “годувати” великі мізки, а також забезпечувати догляд і захист для потомства з тривалим, енергозатратним дитинством.

Понцер вважає, що характерні для людини риси поведінки та анатомії допомагають нам підтримувати пришвидшений метаболізм. Наприклад, люди значно частіше, ніж інші примати, діляться їжею з іншими дорослими. Спільне споживання їжі ефективніше для групи та могло дати прадавнім людям “енергетичну страховку”. А великі мізки створили “позитивний зворотний зв’язок” — вони вимагали більше енергії, але також дали змогу нашим предкам вигадувати кращі інструменти, опановувати вогонь, готувати їжу й пристосовуватись до нових умов для отримання чи збереження енергії.

Понцер сам відчув цінність спільного споживання їжі у 2010 році, коли поїхав до Танзанії, щоб вивчати енергетичні бюджети мисливців-збирачів хадза. Одне з перших, що він помітив, — як часто хадза використовують слово “за”, що означає “дати”. Це чарівне слово, яке всі діти хадза вивчають, щоб попросити у когось ягоди, мед чи іншу їжу. Таке спільне використання їжі допомагає всім хадза залишатися активними: під час полювання й збирання жінки хадза проходять близько 8 км на день, чоловіки — 14 км, більше, ніж типовий американець проходить за тиждень.

Щоб дізнатися про їхні енерговитрати, Понцер попросив хадза випити його “безсмаковий коктейль” та здати зразки сечі. Вони погодилися. Він ледь не втратив фінансування на дослідження, адже інші вчені були переконані у відповіді. “Усі знали, що у хадза надзвичайно високі енерговитрати, бо вони так фізично активні”, — згадує він. “Окрім того, що це було не так”.

У різних людей хадза були дні з більшою чи меншою активністю, і деякі спалювали на 10% більше або менше калорій від середнього. Але якщо враховувати масу тіла без жиру, чоловіки й жінки хадза у середньому спалювали стільки ж енергії за день, скільки чоловіки й жінки у США, а також у Європі, Росії й Японії, як він повідомив у PLOS ONE у 2012 році. “Це дивує, якщо врахувати різницю у фізичній активності”, — каже Шоеллер.

Єдина, хто не здивувалася, — епідеміолог Емі Люк з університету Лойоли у Чикаго. Вона вже отримала подібні результати у дослідженнях методом подвійно міченої води, довівши, що фермерки із західної Африки витрачають стільки ж енергії за добу (з урахуванням маси тіла без жиру), як і жінки в Чикаго — приблизно 2400 кілокалорій для жінки вагою 75 кг. Люк каже, що її робота не була широко відомою, доки не вийшла стаття Понцера. Відтоді вони співпрацюють разом.

Понцер, за словами його колишнього постдока Сема Урлахера з Університету Бейлора, “дуже добре продає великі ідеї”, будь то у соцмережах чи у статтях для широкої аудиторії. “Це іноді дратує деяких людей, але він не боїться, що його спростують”.

Дослідження інших спільнот мисливців-збирачів та збирачів підтвердили: хадза — не виняток. Понцер вважає, що організм мисливців-збирачів компенсує підвищену активність, витрачаючи менше калорій на інші невидимі процеси, наприклад, на запальні та стресові реакції. “Замість того, щоб збільшувати кількість калорій, які спалюються за день, фізична активність хадза змінювала те, як ці калорії витрачаються”, — пояснює він.

Він підтвердив це новим аналізом даних із дослідження іншої групи: жінки, які вели малорухливий спосіб життя, почали тренуватися для напівмарафону. Через декілька тижнів тренувань вони спалювали лише трохи більше енергії за день, навіть коли пробігали 40 км на тиждень, ніж до початку тренувань. В іншому дослідженні марафонців, які пробігали по 42,6 км на день 6 днів на тиждень протягом 140 днів під час забігу Race Across the USA, Понцер із колегами з’ясували: з часом спортсмени витрачали поступово менше енергії — 4900 ккал/день наприкінці забігу проти 6200 ккал/день на його початку.

За словами Понцера, коли спортсмени тренувалися все більше і більше тижнями чи місяцями, їхні “метаболічні двигуни” скорочували енерговитрати на інші потреби, щоб компенсувати додаткові витрати на фізичні навантаження. Навпаки, якщо ви ведете пасивний спосіб життя, ви теж можете витрачати майже стільки ж калорій на день, просто більше енергії йде на внутрішні процеси, наприклад, реакцію на стрес.

“Наші метаболічні двигуни не були створені мільйонами років еволюції, щоб гарантувати ідеальне тіло для пляжу у бікіні.”
— Герман Понцер

Це, за словами палеоантрополога з Гарварду Даніеля Лібермана (наукового керівника дисертації Понцера), “найбільш суперечлива й цікава ідея Понцера”. “Сьогодні зранку я пробіг 5 миль; витратив приблизно 500 калорій. За дуже простими підрахунками мій TEE мав би бути на 500 калорій більшим... За Германом, у більш активних людей не такий вже й набагато вищий TEE, як можна було б очікувати… але ми досі не знаємо, чому чи як це відбувається”.

Висновки Понцера мають невтішний для бажаючих схуднути наслідок. “Ви не зможете схуднути лише за допомогою фізичних вправ”, — каже еволюційний фізіолог Джон Спікман із Китайської академії наук. “Це одна з тих ідей-зомбі, що відмовляються вмерти”. Вже зараз дослідження впливають на дієтичні настанови щодо харчування і схуднення. Наприклад, у Національній продовольчій стратегії Великої Британії зазначено: “Ви не зможете перемогти погану дієту фізичною активністю”.

Однак Тайфолт застерігає: це може принести більше шкоди, ніж користі. Люди, які регулярно займаються спортом, рідше набирають вагу, а ті, хто поєднує спорт із дієтою, зазвичай утримують вагу краще. Окрім того, фізичні вправи впливають на розподіл жиру в організмі та ризик діабету і серцево-судинних захворювань.

Понцер погоджується: фізичні вправи життєво важливі для здоров’я. Хадза, які залишаються активними й підтягнутими у 70–80 років, не страждають на діабет і хвороби серця. До того ж, “якщо вправи приглушують реакцію на стрес, це, навпаки, добре”, — додає він. Але Понцер вважає, що нечесно вводити тих, хто худне, в оману: “Фізична активність рятує вас від хвороб, але найкращий інструмент для контролю ваги — дієта”.

Тим часом Понцер закладав підґрунтя для нових відкриттів. Торік він разом зі Спікманом очолив роботу над створенням унікальної бази даних — International Atomic Energy Agency Doubly Labelled Water Database. До неї увійшли всі дослідження методом подвійно міченої води майже 6800 людей віком від 8 днів до 95 років.

Цю базу даних використали для першого комплексного дослідження енергетичних витрат людини протягом життя. Знову під сумнів було поставлено усталене уявлення: що у підлітків і вагітних жінок швидший обмін речовин. Але Понцер виявив, що справжні “динамо” — це малюки. Новонароджені мають такий самий рівень метаболізму, як і їхні матері під час вагітності, а це не відрізняється від інших жінок, якщо враховувати розмір тіла. Проте у віці від 9 до 15 місяців діти витрачають на 50% більше енергії за день, ніж дорослі (з урахуванням розміру тіла та кількості жиру). Імовірно, це потрібно для зростання мозку і, можливо, розвитку імунної системи. Ці висновки, опубліковані у Science, пояснюють, чому у виснажених від недоїдання немовлят часто спостерігається затримка росту.

Дитячий метаболізм залишається високим (з урахуванням розміру тіла) до приблизно 5 років, після чого поступово знижується до 20 років і стабілізується у дорослому віці. Після 60 років енерговитрати людини починають знижуватися, і до 90 років літні люди витрачають на 26% менше енергії, ніж люди середнього віку.

Понцер зараз досліджує ще одну загадку, яка з’явилася під час роботи з атлетами: здається, існує жорстка межа того, скільки калорій наше тіло може спалити за добу, і вона залежить від того, наскільки швидко ми можемо перетравлювати їжу й перетворювати її на енергію. За його розрахунками, “стеля” для чоловіка вагою 85 кг — близько 4650 калорій на день.

Спікман вважає, що ця межа занизька: наприклад, велосипедисти “Тур де Франс” у 1980–90-х перевищували її. Але вони вводили жири й глюкозу безпосередньо у кров, що, на думку Понцера, могло допомогти їм обійти фізіологічні обмеження щодо перетворення їжі на енергію. Елітні спортсмени можуть перевищувати ліміт кілька місяців, як це показало дослідження марафонців, але підтримувати такий темп постійно неможливо.

Щоб зрозуміти, як тіло забезпечує інтенсивні навантаження чи боротьбу з хворобами, не перевищуючи енергетичні межі, Понцер із колегами вивчають, як організм “приглушує” інші активності. “Я думаю, що ці пристосування знижують запалення, реакцію на стрес. Ми робимо це, щоб енергетичний баланс зійшовся”, — пояснює він.

Саме тому Понцеру було цікаво, скільки енергії спалила Крістіна під час лабораторного випробування. Після тесту Крістіна сказала, що “була дійсно в стресі”. Протягом тесту її пульс зріс із 75–80 ударів на хвилину до 115, а енергоспоживання — з 1,2 до 1,7 кілокалорій за хвилину.

“Під час математичного тесту вона спалювала на 40% більше енергії за хвилину, а під час інтерв’ю — на 30% більше”, — каже Понцер. “Згадайте, яка ще діяльність підвищує ваше енергоспоживання приблизно на 40%”.

Він сподівається, що такі дані допоможуть зрозуміти приховану ціну психічного стресу. Вимірювання, як стрес і імунна відповідь підвищують енергетичні витрати, може розкрити, як ці “невидимі” процеси накопичуються й компенсуються у нашому щоденному енергетичному бюджеті. Понцер знає, що попереду ще багато роботи: “Поки ми не покажемо, які “важелі” перемикаються, щоб скоригувати використання енергії, люди завжди будуть сумніватися. Це наш обов’язок — провести наступне покоління експериментів”.

Читайте також: