Парадоксът на физическите упражнения

Ваня Милева Последна промяна на 11 септември 2023 в 00:01 46706 0

Ловци Хадза

Кредит Wikimedia Commons

Ловци Хадза.

Според общоприетото схващане физически активните хора изгарят повече калории, отколкото по-малко активните.

Проучванията обаче показват, че традиционните ловци-събирачи, които водят тежък, изпълнен с физически усилия живот, изгарят същия брой калории като хората с достъп до съвременни удобства.

Откритието, че човешкият разход на енергия е строго ограничен, повдига въпроси за това как са еволюирали големият ни мозък и други енергоемки характеристики.

Сравненията с разхода на енергия при човекоподобните маймуни предполагат, че човешкият метаболитен двигател е еволюирал, за да свърши повече работа и да поддържа скъпоструващите ни функции.

Трима антрополози прекарват месец сред народа хадза (хадзапи), провеждайки първите директни измервания на дневния разход на енергия в популацията на ловци-събирачи.

Хадза са традиционни ловци-събирачи, които се прехранват с диви растения и животни в сухата савана на Северна Танзания. Изследователите Херман Понтцер (Herman Pontzer), Дейв Райхлен (Dave Raichlen) и Брайън Ууд (Brian Wood) раздават на няколко десетки жени и мъже от хадза да пият от малки, невероятно скъпи бутилки вода, обогатена с два редки изотопа, деутерий и кислород18. Анализирането на концентрацията на тези изотопи в пробите от урина от всеки участник би ни позволило да изчислят дневната норма на производството на въглероден диоксид в организма им и по този начин дневния им разход на енергия. Този подход, известен като метод на двойно маркирана вода, е златният стандарт в общественото здравеопазване за измерване на калориите, изгорени всеки ден по време на нормалното ежедневие. Той е ясен, напълно безопасен и точен.

Заедно с откритията на изследователи, които изучават други популации, тяхното изследване разкрива някои изненадващи прозрения за човешкия метаболизъм.

"Нашите данни показват, че противно на общоприетото мнение, хората са склонни да изгарят еднакъв брой калории, независимо от това колко са физически активни. И все пак сме еволюирали да изгаряме значително повече калории, отколкото нашите братовчеди примати. Тези резултати помагат да се обяснят два пъзела, които в началото може да изглеждат различни, но всъщност са свързани: първо, защо упражненията като цяло не успяват да помогнат за загуба на тегло и второ, как са възникнали някои от уникалните черти на човечеството", обяснява Понтцер в статия на Scientific American.

Икономиката на калориите

Изследователите, които се интересуват от човешката еволюция и екология, често се фокусират върху разхода на енергия, тъй като енергията е в основата на всичко в биологията. Човек може да научи много за всеки вид, като измерва метаболизма му: животът по същество е игра на превръщане на енергията в деца и всяка характеристика е коригирана от естествения подбор, за да се максимизира еволюционната възвръщаемост на всяка изразходвана калория.

В идеалния случай изследваната популация живее в същата среда, в която видът първоначално е еволюирал, където все още действа същият екологичен натиск, който е оформил биологията му. Това е трудно да се постигне с човешки субекти, тъй като повечето хора са откъснати от ежедневната работа по набавяне на храна от дивия пейзаж.

През последните два милиона години хората и нашите предци са живели и са се развивали като ловци-събирачи. Земеделието е започнало да се развива едва преди около 10 000 години; индустриализираните градове и съвременните технологии са само на няколко поколения. Популации като хадза, една от последните останали популации на ловци-събирачи в света, са от ключово значение за разбирането на това как са се развивали и функционирали телата ни преди кравите, автомобилите и компютрите.

Животът на хадза е физически труден. Всяка сутрин жените напускат тревните колиби на лагера на малки групи, някои от тях носят бебета на гърба си в кърпа, за да търсят диви плодове или други хранителни продукти. Дивите грудки са основна част от храната на хадза и жените могат да прекарат часове, изкопавайки ги с пръчки от каменистата земя. Мъжете изминават километри всеки ден, ловувайки с лъкове и стрели, които сами изработват. Когато дивечът е оскъден, те използват прости брадви, за да секат клони на дървета, често над 10 метра, и да събират див мед. Дори децата допринасят за това, носейки кофи с вода от най-близкото водопойно място, което понякога се намира на километър или повече от лагера. В късния следобед хората се връщат обратно в лагера, сядат на земята и разговарят около малки огньове, споделят резултатите от деня и се грижат за децата. Дните се точат така през сухите и влажните сезони, през хилядолетията.

Горивни системи

Експертите са приели, че физически активните хора изгарят повече калории от по-малко активните. Но директните измервания на разхода на енергия при съвременните ловци-събирачи в развиващите се страни и сравнително заседналите популации в САЩ и Европа показват сходни резултати (а). Ако човешкият метаболизъм е толкова строго ограничен, как са се развили големият ни мозък, дългият живот и други енергоемки характеристики, които ни отличават от роднините ни примати? Хората консумират и изразходват стотици калории дневно повече от човекоподобните маймуни (b), което предполага, че нашият метаболитен двигател се е променил, за да изгаря енергия

Кредит: Jen Christiansen; Източници: "Hunter-Gatherer Energetics and Human Obesity" от Herman Pontzer et al., в PLOS ONE, Vol. 7, No. 7, Article No. E40503; 25 юли 2012 г. (a); "Metabolic Acceleration and Evolution of Human Brain Size and Life History" от Herman Pontzer et al., в Nature, Vol. 533; 19 май 2016 г. (b).

Но животът на ловците е далеч от романтичните представи за някакъв изгубен рай. Ловът и събирането са интелигентни и високорискови дейности, игра с високи залози, в която валутата са калориите, а провалът означава смърт. Мъжете хадза изразходват стотици калории на ден за лов и проследяване - хазарт, който се надяват да се изплати. Съобразителността е също толкова важна, колкото и издръжливостта. Докато другите хищници могат да разчитат на скоростта и силата си, за да се сдобият с плячка, хората трябва да надхитрят плячката си, съобразявайки се с поведенческите ѝ склонности и претърсвайки околността за следи от дивеч. Въпреки това мъжете от племето хадза ловят едър дивеч като жирафите само веднъж месечно. Те щяха да гладуват, ако жените от племето хадза не прилагаха една също толкова сложна, допълваща стратегия, използвайки енциклопедичните си познания за местния растителен свят, за да носят вкъщи надеждна плячка всеки ден. Това комплексно, съвместно изхранване е това, което е направило хората толкова невероятно успешни и е в основата на това, което ни прави уникални.

Изследователите в областта на общественото здраве и човешката еволюция отдавна приемат, че нашите предци ловци и събирачи са изгаряли повече калории, отколкото хората в градовете и селата днес. Като се има предвид колко усилено физически работят хора като хадза, изглежда невъзможно да си представим обратното.

Мнозина от специалистите по обществено здраве стигат дотам да твърдят, че това намаляване на дневния разход на енергия стои в основата на глобалната пандемия от затлъстяване в развитите страни, тъй като всички тези неизгорени калории бавно се натрупват под формата на мазнини.

"Един от мотивите ни за измерване на метаболизма на хадза беше да определим размера на този недостиг на енергия и да видим колко недостатъчен е дневният разход на енергия на нас, западняците", споделя Понтцер.

Но резултатите от анализа на флаконите с урина на хадза, направени в  лабораторията на Медицинския колеж "Бейлор", са изненадващи.

"Но по пътя към масспектрометъра с изотопно съотношение се случи нещо странно. Когато анализите се върнаха от Бейлър, хадзапите изглеждаха като всички останали", разказва Понтцер.

Също като възрастните в САЩ или Европа мъжете от племето хадза изяждат и изгарят около 2600 калории на ден, а жените от племето хадза - около 1900 калории на ден.

"Разгледахме данните по всички възможни начини, като отчитахме влиянието на размера на тялото, процента мазнини, възрастта и пола. Няма разлика. Как е възможно това? Какво сме пропуснали? Какво още сме сбъркали в човешката биология и еволюция?", се пита Понтцер.

Лъжите, които разказва фитнес тракерът Fitbit

Изглежда толкова очевидно, че физически активните хора изгарят повече калории, че приемаме тази парадигма без много критично осмисляне или експериментални доказателства. Но от 80-те и 90-те години на миналия век, с появата на метода на двойно маркираната вода, емпиричните данни често оспорват общоприетата представа в областта на общественото здраве и храненето.

"Резултатът от хадза, колкото и да е странно, не бе някаква гръм от ясно небе, а по-скоро приличаше на първата студена капка дъжд във врата, който се е натрупвал, пренебрегван, в продължение на години", коментира Понтцер.

Най-ранните проучвания на двойно маркираната вода сред традиционните земеделски производители в Гватемала, Гамбия и Боливия показват, че техните енергийни разходи са в общи линии сходни с тези на жителите на градовете.

В публикувано през 2008 г. проучване Ейми Люк (Amy Luke), изследовател в областта на общественото здраве в Университета "Лойола" в Чикаго, прави още една стъпка напред, сравнявайки енергийния разход и физическата активност на жени от селските райони на Нигерия с тези показатели при афроамериканки в Чикаго. Подобно на изследването на Хадза, и при нейното изследване не са установени разлики в дневния енергиен разход между отделните популации, въпреки големите разлики в нивата на активност.

В продължение на тази работа Лара Дугас (Lara Dugas), също от "Лойола", заедно с Люк и други, анализира данни от 98 проучвания в цял свят и показва, че населението, разглезено от съвременните удобства на развития свят, има сходни енергийни разходи с тези в по-слабо развитите страни, с по-натоварващ физически живот.

Хората не са единственият вид с фиксирана норма на разход на енергия.

След проучването на хадза Понтцер ръководи мащабно съвместно усилие за измерване на дневния разход на енергия сред приматите, групата бозайници, която включва човекоподобните маймуни (Hominoidea), маймуни (Haplorrhini),  полумаймуни (Strepsirrhini) и нас.

Те установяват, че приматите, живеещи в лаборатории и зоологически градини, изразходват същото количество калории всеки ден като тези в дивата природа, въпреки очевидните разлики във физическата активност.

Приматите, живеещи в зоологически градини, изразходват същото количество калории всеки ден като тези в дивата природа, въпреки очевидните разлики във физическата активност. Кредит: вляво: Rawpixel, вдясно: Pxfuel

През 2013 г. австралийски изследователи установяват сходни енергийни разходи при овце и кенгура, държани в заграждения или пуснати да се движат свободно. А през 2015 г. китайски екип съобщава за сходни енергийни разходи на гигантските панди в зоопаркове и на свобода.

За по-подробен поглед, сравняващ отделни индивиди вместо средни стойности за популацията, Понтцер се присъединява към Лука и нейния екип, включително Дугас, за да проучат активността и енергийните разходи в голям, многогодишен анализ, известен като Modeling the Epidemiological Transition Study (METS). Повече от 300 участници носят акселерометри, подобни на Fitbit или друг фитнес тракер, 24 часа в денонощието в продължение на цяла седмица, докато дневният им енергиен разход се измерва с двойно маркирана вода.

Екипът установява, че ежедневната физическа активност, проследена от акселерометрите, е слабо свързана с метаболизма. Средно хората, които лежат на дивана, обикновено изразходват с около 200 калории по-малко всеки ден, отколкото хората, които са умерено активни: хора, които тренират поне веднъж в седмицата и се стремят да се качват пеша по стълбите.

Но по-важното е, че разходът на енергия е плато при по-високи нива на активност: хората с най-интензивно активно ежедневие изгарят същия брой калории всеки ден като тези с умерено активен живот. Същият феномен, който поддържа енергийния разход на хадза в съответствие с този на други популации, се проявява и сред индивидите в изследването.

Как организмът се приспособява към по-високите нива на активност, за да поддържа дневния разход на енергия в норма? Как може хадза да изразходва стотици калории дневно за активност, но да изгаря същия общ брой калории дневно като сравнително заседналите хора в САЩ и Европа?

"Все още не сме сигурни, но разходите за активност сами по себе си не се променят: знаем например, че възрастните хадза изгарят същия брой калории, за да изминат един километър, както западняците. Възможно е хората с високи нива на активност да променят поведението си по едва доловими начини, които пестят енергия, като например да седят вместо да стоят или да спят по-добре. Но нашият анализ на данните от METS показва, че въпреки че тези поведенчески промени могат да допринесат, те не са достатъчни, за да обяснят константността, наблюдавана при дневния разход на енергия", разказва Понтцер.

Друга възможност е организмът да поема разходите за допълнителна активност, намалявайки калориите, изразходвани за многото невидими задачи, които отнемат по-голямата част от дневния ни енергиен баланс: домакинската работа, която нашите клетки и органи извършват, за да ни поддържат живи. Спестяването на енергия за тези процеси би могло да освободи място в дневния ни енергиен баланс, което да ни позволи да изразходваме повече енергия за физическа активност, без да увеличаваме общия брой калории, изразходвани за деня.

Например физическите упражнения често намаляват възпалителната активност, която имунната система проявява, както и нивата на репродуктивните хормони като естрогена. При лабораторни животни повишената дневна физическа активност не оказва влияние върху дневния разход на енергия, но за сметка на това води до по-малко овулационни цикли и по-бавно възстановяване на тъканите. А крайностите могат да накарат някои животни да изядат собствените си кърмачета. Изглежда, че хората и другите същества имат няколко еволюирали стратегии за ограничаване на дневния разход на енергия.

Ловците-събирачи от Ботсвана изразходват стотици калории дневно за активност, но изгарят същия общ брой калории като жителите на градовете. Кредит: Pxfuel

Затлъстяването е болест на лакомията, а не на мързела

Всички тези данни сочат, че затлъстяването е болест на лакомията, а не на мързела. Хората наддават на тегло, когато калориите, които приемат, надвишават изразходваните. Ако дневният разход на енергия не се е променил в хода на човешката история, основният виновник за съвременната пандемия от затлъстяване трябва да бъде количеството консумирани калории.

Това не би трябвало да е новина, експертите знаят от личен опит и от много данни, че само ходенето във фитнеса за отслабване е отчайващо неефективно. Но новите научни изследвания помагат да се обясни защо физическите упражнения са толкова слабо средство за отслабване. Причината не е в това, че не се стараем достатъчно. Телата ни от самото начало са замислени срещу нас.

Все пак трябва да се тренира, да се полагат физически усилия. За физическите упражнения има тонове добре документирани ползи - от подобрено здраве на сърцето и имунната система до по-добри мозъчни функции и по-здравословно стареене.

"Всъщност подозирам, че метаболитната адаптация към активността е една от причините упражненията да ни поддържат здрави, отклонявайки енергията от възпаленията, които имат отрицателни последици, ако продължат твърде дълго. Например хроничното възпаление е свързано със сърдечносъдови заболявания и автоимунни разстройства", казва Понтцер.


Храната, която консумираме, със сигурност влияе на здравето ни, а упражненията, съчетани с промени в диетата, могат да помогнат за задържане на нежеланите килограми след достигане на здравословно тегло, но доказателствата сочат, че е най-добре да се мисли за диетата и упражненията като за различни инструменти с различна сила. Упражнявайте се, за да сте здрави и жизнени, съсредоточете се върху диетата, за да се грижите за теглото си.

Енергийни разходи и еволюция

Дори и последните научни постижения в областта на метаболитната адаптация да помагат за изясняване на връзката между физическите упражнения и затлъстяването, ограниченият, адаптивен метаболизъм поставя пред изследователите по-големи, екзистенциални въпроси.

Ако дневният енергиен разход е практически неизменен, как е възможно хората да еволюират, за да се различават толкова радикално от нашите маймунски роднини?

Нищо в живота не е безплатно. Ресурсите са ограничени и инвестирането на повече средства в една характеристика неизбежно означава инвестиране на по-малко средства в друга. Не е случайно, че зайците се размножават много, но умират млади, цялата тази енергия, вложена в потомството, означава по-малко за поддържане на тялото и дълголетие. Тиранозавър рекс може да благодари на голямата си глава с ужасни зъби и мощните си задни крайници за малките си ръце и длани. Дори динозаврите не са могли да имат всичко.

Хората пренебрегват този основен еволюционен принцип на пестеливост.

Мозъците ни са толкова големи, че докато седите и четете тази статия, кислородът от всяка четвърта глътка въздух, която поемате, е необходим само за да нахрани мозъка ви. Въпреки това хората раждат по-големи деца, възпроизвеждат се по-често, живеят по-дълго и са по-активни физически от всички наши роднини маймуни. Лагерите на хадза са пълни с весели и забързани деца, както и със здрави мъже и жени на 60 и 70 години.

Нашата енергийна екстравагантност представлява еволюционна загадка. Хората са толкова генетично и биологично сходни с другите маймуни, че изследователите отдавна предполагат, че и метаболизмът ни е сходен. Но ако енергийните разходи са толкова ограничени, колкото предполага изследването на хадза и други, как един негъвкав, подобен на маймунския метаболизъм би могъл да преработва всички калории, необходими за поддържане на скъпоструващите ни човешки особености?

"След нашето широкообхватно сравнително изследване на енергетиката на приматите аз и моите колеги започнахме да се чудим дали адаптивният набор от енергоемки черти на човека е бил подхранван от цялостна еволюционна промяна във физиологията на метаболизма. В това изследване установихме, че приматите изгарят само половината от калориите на ден в сравнение с другите бозайници. Намаленият метаболизъм на приматите съответства на бавните им темпове на растеж и размножаване. Може би, обратно, по-бързото размножаване и други скъпоструващи черти на хората са свързани с еволюцията на повишена скорост на метаболизма", разказва Понтцер.

В рамките на това научно изследване той и неговите колеги Стив Рос (Steve Ross) и Мери Браун (Mary Brown) от зоологическата градина "Линкълн парк" в Чикаго работят с гледачи и ветеринари от повече от десет зоологически градини в САЩ, за да постигнат това. За няколко години те натрупват достатъчно данни за енергийния разход на човекоподобните маймуни, за да направят солидно сравнение с хората.

Със сигурност хората изгарят повече калории всеки ден, отколкото който и да е от нашите роднини човекоподобни маймуни. Дори след отчитане на влиянието на размера на тялото, нивото на активност и други фактори, хората консумират и изразходват около 400 калории дневно повече от шимпанзетата и бонобото.

Разликите с горилите и орангутаните са още по-големи. Тези допълнителни калории представляват допълнителната работа, която телата ни извършват, за да поддържат по-големи мозъци, да раждат повече деца и да поддържат телата ни, така че да живеем по-дълго.

Причината не е просто в това, че ядем повече от другите маймуни (макар че и това правим). Както знаем твърде добре, натрупването на допълнителни калории в тяло, което не е подготвено да ги използва, води единствено до затлъстяване.

Нашите тела, чак до клетъчно ниво, са еволюирали така, че да изгарят енергия по-бързо и да вършат повече работа от нашите маймунски роднини. Човешката еволюция не е преминала изцяло без компромиси: храносмилателният ни тракт е по-малък и по-евтин от този на другите маймуни, които се нуждаят от големи, енергийно скъпи черва, за да усвояват влакнестата си растителна храна. Но решаващите промени, които ни превръщат в хора, са били подхранвани от еволюционна промяна в нашия метаболитен двигател.

Основни преходи в енергетиката на препитанието на хоминоидите. (A) Преминаването от маймуноподобно търсене на храна към лов и събиране (1) и приемането на натурално земеделие по време на Неолитната революция (2) включва промени в поведението и технологията, за да позволи достъп до нови хранителни ресурси. (B) Чрез тези преходи хората плащат по-високи разходи за енергия, за да придобият по-голям брой калории за по-малко време; преходите отляво надясно са както е показано в (A). Човешкото препитание минимизира разходите за време, но не и разходите за енергия, което води до подобрени нива на възвращаемост, но ефективност, подобна на тази на другите големи маймуни. Кредит: Илюстрации: Саманта Шийлдс (Samantha Shields); DOI: 10.1126/science.abf0130

Споделена съдба

Често съвременните ловци-събирачи, както и нашите предци, се връщат от лов без голяма плячка - в това се крие основната опасност на високоенергийната човешка стратегия.

Много от богатите на енергия храни, от които се нуждаем, за да задвижваме по-бързия си метаболизъм, са трудно достъпни в дивата природа, което увеличава енергийните разходи за намиране на храна и повишава риска от гладна смърт за мъжете и жените, а и за техните деца.

За щастие, хората са разработили няколко начина, за да не останат гладни. Ние сме единственият вид, който се е научил да готви, което увеличава калоричността на много храни и ги прави по-ефективни за храносмилане. Овладяването на огъня превръща иначе негодните за консумация кореноплодни зеленчуци в истински нишестени калорийни бомби.

Еволюирали сме и за да бъдем дебели. Знаем това твърде добре от нивата на затлъстяване на Запад, но дори възрастните хадза, които са слаби според всички човешки стандарти, имат два пъти повече мазнини от шимпанзетата, които бездействат в зоологическите градини. Макар и да е проблематично в съвременната епоха, склонността ни да трупаме мазнини най-вероятно се е развила заедно с по-бързия ни метаболизъм като критичен енергиен буфер за оцеляване в периоди на недоимък.

Ифтар е един от религиозните обреди на Рамадан и често мюсюлманите се събират, за да се хранят заедно. Храната се приема точно след призива за магрибската молитва, която е около залез слънце. На снимката хората ядат ифтар заедно в Иран. Кредит: Wikimedia Commons

Но най-изобретателното и мощно оръжие на нашия вид срещу глада е споделянето. Споделянето на храна е толкова фундаментално за човешкия опит, обща нишка между американските съседски барбекюта, рождени дни, нашенските  селски трапези, че го приемаме за даденост, но това е уникална и съществена част от нашето еволюционно наследство. Другите маймуни не споделят.

Освен хранителните ни изисквания и фиксацията ни върху мазнините, може би най-дълбокото въздействие на увеличения ни разход на енергия е този човешки императив да работим заедно. Развитието на по-бърз метаболизъм обвърза съдбите ни едни с други, изисквайки от нас да си сътрудничим или да умрем.

Справка:

Hunter-Gatherer Energetics and Human Obesity. Herman Pontzer et al. in PLOS ONE, Vol. 7, No. 7, Article No. e40503; July 25, 2012.

Constrained Total Energy Expenditure and Metabolic Adaptation to Physical Activity in Adult Humans. Herman Pontzer et al. in Current Biology, Vol. 26, No. 3, pages 410-417; February 8, 2016.

Metabolic Acceleration and the Evolution of Human Brain Size and Life History. Herman Pontzer et al. in Nature, Vol. 533, pages 390-392; May 19, 2016.

Източник: "The Exercise Paradox" in Scientific American 316, 2, 26-31 doi:10.1038/scientificamerican0217-26

The Exercise Paradox, Herman Pontzer, Scientific American 

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !