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Increase Awareness 01--游走在公式和实验之间 metabolism rate

古语独乐乐不如众乐乐,喜欢闷头读书的娃一只,写个小系列来分享一下理论和实践



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Increase Awareness 01: metabolism rate

大家都知道健身无论什么目标,饮食占70%,锻炼占30%,健身杂志里,网络里各种各样的diets, workout routines种类繁多,仿佛不管你需求怎样,总能找到适合你的一款或几款。朋友实践很成功的方法和配方,潜意识里我们也希望对自己适用。换句话说,能更lean,更健康,在更短时间里,再好不过

现实呢,往往大家比较少有精力能去仔细甄别最适合自己的健身饮食方式。我们还是希望有个通用protocol可以遵循。

回到中学物理阶段
calorie in, calorie out
net calories (净摄入能量) = calorie in (饮食摄入能量) - calorie out (身体消耗能量)
这个左边的参数+:身体会储存起来消耗不了的能量
左边参数-: 摄入能量不足,会开始动用身体储备能量满足需求,造成减重

有不少人说这个公式不准确,因为有很多人就是怎么吃也不胖,还有的人喝凉开水都增重。这两种情况都有原因,后面会提到。讨论细节前,想先说说怎么估计自己的身体消耗能量。

我们每天身体消耗多少热量(卡路里,单位是千卡kcal ),calorie out分几部分
calorie out = BMR + TEF +TEA + NEAT
1.
基础代谢率(Resting/Basal Metabolic Rate(BMR))是指人体在清醒而又极端安静的状态下,不受肌肉活动、环境温度、食物及精神紧张等影响时的能量代谢率。
2. 食物热效应 (
Thermic effect of food (TEF)): 消化吸收储存摄入的食物消耗热量
3.运动消耗热量 (
Thermic Effect of Activity (TEA)):跑步,游泳等
4.非运动的行为消耗热量 (
Non-Exercise Activity Thermogenesis (NEAT)):比如整理房间等


最后编辑科研小宝 最后编辑于 2017-08-09 21:55:34
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基础代谢率BMR依赖于身体本身内在运作,和荷尔蒙水平,体脂百分比等紧密相关。网上能搜到各种各样的算法公式。好多个得出的结果又有不少的差别,这也是我写这篇帖子的目的,为了把比较让人不明白的不统一的公式们弄的更有操作性一些。

在以上或者以下讨论中,能量通常用calories,实际单位是千卡kcal

经典的可以搜索到的wiki page:
Harris–Benedict equationhttps://en.wikipedia.org/wiki/Harris%E2%80%93Benedict_equation
Step 1 – Calculating the Harris–Benedict BMR
The original Harris–Benedict equations published in 1918 and 1919.[1][2]
BMR calculation for men (metric)BMR = 66.5 + ( 13.75 × weight in kg ) + ( 5.003 × height in cm ) – ( 6.755 × age in years )
BMR calculation for men (imperial)BMR = 66 + ( 6.2 × weight in pounds ) + ( 12.7 × height in inches ) – ( 6.76 × age in years )
BMR calculation for women (metric)BMR = 655.1 + ( 9.563 × weight in kg ) + ( 1.850 × height in cm ) – ( 4.676 × age in years )
BMR calculation for women (imperial)BMR = 655.1 + ( 4.35 × weight in pounds ) + ( 4.7 × height in inches ) - ( 4.7 × age in years )
The Harris–Benedict equations revised by Roza and Shizgal in 1984.[3]

MenBMR = 88.362 + (13.397 × weight in kg) + (4.799 × height in cm) - (5.677 × age in years)
WomenBMR = 447.593 + (9.247 × weight in kg) + (3.098 × height in cm) - (4.330 × age in years)
The 95% confidence range for men is ±213.0 kcal/day, and ±201.0 kcal/day for women.

The Harris–Benedict equations revised by Mifflin and St Jeor in 1990:[4]
MenBMR = (10 × weight in kg) + (6.25 × height in cm) - (5 × age in years) + 5
WomenBMR = (10 × weight in kg) + (6.25 × height in cm) - (5 × age in years) - 161


我第一次算的时候,觉得bmr好低阿,小个子小体重很吃亏,能耗低还有skinny fat,然后严重觉得是不是对体重不高比较petite的人,这些公式不准确?但素,这个经过实验,发现公式推断满准确的。

算好基础代谢,接下来是估计其他几部分calorie out,这些主要是受活动量的影响,以下是wiki上的内容

Step 2 – Determine Recommended Intake

The following table enables calculation of an individual's recommended daily kilocalorie intake to maintain current weight.[5]
Little to no exercise     Daily kilocalories needed = BMR x 1.2
Light exercise (1–3 days per week)     Daily kilocalories needed = BMR x 1.375
Moderate exercise (3–5 days per week)     Daily kilocalories needed = BMR x 1.55
Heavy exercise (6–7 days per week)     Daily kilocalories needed = BMR x 1.725
Very heavy exercise (twice per day, extra heavy workouts)     Daily kilocalories needed = BMR x 1.9

以下是我的建议
Step 3
以上的计算是提供一个参考根据估算的热量来按需要调整营养摄入。最准确的测量自己的耗能情况需要你认真准确地记录自己的饮食,实用准确成分热量表,配合检测体重体脂变化,来准确算出你的在一段时期内的平均能耗(calorie out)

上面粗体的部分很重要,因为我们需要意识到,身体在每个时期耗能可能是不同的,每天都会有一定的区别,波动范围可大可小,对女生来说,月经周期引起荷尔蒙水平波动,基础代谢率在不同时期都有不同。

对自己的代谢率(基础代谢率X系数)出于好奇,用了各种公式计算以后,经历了1500 kcal的喜悦(感觉赚到了有木有)和1000刚出头儿的郁闷,决定自己做几星期的实验,数据说话。
几点操作上的小tips
1. 中餐不好计算,这类数据点尽量忽略
2. 调料等热量不好估算,为了数据准确,尽量少用不好测量的调料
3. dinning out数据点尽量忽略
4. 标记intermittent fasting, 月经周期等信息
5. 实验阶段饮食种类尽量简单,这样容易跟踪
6. 量体重体脂尽量在同一时间,比如清晨

有了数据以后,往excel输入的时候很兴奋,充满了期待阿。然后,暮然回首间那个几周平均每日代谢率,和HB公式(上面的修正公式
BMR = (10 × weight in kg) + (6.25 × height in cm) - (5 × age in years) - 161)X系数居然非常一致。不得不感慨这个公式对我这个数据点来说预测很准确。


从公式里可以看到,体重影响最大,其次身高,再次年龄,很简单地理解体重越高,需要运载身体这样一台发动机运转需要的能量就越多。
举个简单的例子
一个女性160 cm, 46 kg, 年龄30-year old
BMR = (10 x 46)+ 6.25 x 160 - 5 x 30 - 161 = 1149 kcal

用excel很简单的表示一下BMR随年龄,身高,体重的线性关系,前提是另外两个参数保持不变


虚线是参考线,为了显示160 cm, 46 kg, 年龄30-year old这一条件下对应的BMR水平
最后编辑科研小宝 最后编辑于 2017-08-09 21:02:58
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估算好了一段时期内的平均calorie out,根据不同的目标,可以开始调整calorie in,比如说,希望减重减脂,那么就需要让calorie out > calorie in,我们可以增加耗能(calorie out),减少能量摄入(calorie in),最有效的是两者同时,有几个要点这里列举一下
(1). 减少 calorie in: to keep the deficit reasonable: 摄入能量过低,会让身体供需过度不平衡,内分泌有可能紊乱,激素水平紊乱。最关键的是,这种能量差很大的饮食不能长期执行,会让身体fight back harder。从进化和维持生存角度,生命体为了维持运转,对体重下降的反抗超过体重增加因为体重增加在进化过程中没有明显的不利(进化压力)。保持一个偏小的能量差是给身体逐步调整和适应的机会,逐渐适应更低的体重体脂,随之调整身体相应的能量需求。

换句话说在保持相对慢的减重减脂过程中,能尽量多吃一点是避免因为摄取能量不足(供小于求)而造成代谢率快速降低的合理方式。当然我们需要认识到,基础代谢bmr在年龄不变,肌肉总量没有大幅增长的前提下,随着体重下降是下降的,也就是说维持身体基本功能运转所需的能量因为减重变少了。

(2). 为了增大calorie out 我们可以从公式看到几个变量可以影响:TEF, TEA, NEAT
calorie out = BMR + TEF +TEA + NEAT
1. 基础代谢率(Resting/Basal Metabolic Rate(BMR))是指人体在清醒而又极端安静的状态下,不受肌肉活动、环境温度、食物及精神紧张等影响时的能量代谢率。
2. 食物热效应 (Thermic effect of food (TEF)): 消化吸收储存摄入的食物消耗热量
3.运动消耗热量 (Thermic Effect of Activity (TEA)):跑步,游泳等
4.非运动的行为消耗热量 (Non-Exercise Activity Thermogenesis (NEAT)):比如整理房间等

TEF是消化食物时身体消耗的能量,看到这个我的双眼闪闪发光,会不会有些power food消化的时候会耗能更多,这样净摄入能量(net calories)就会低一些呢?有趣的是,不需要power food,普通的蛋白质就有这样的效果。数据说话
protein: TEF ~25% calories
carbohydrate: depends on its usage 5 - 20% (转化成糖原TEF低,转化成脂肪TEF高)
fat: TEF ~2%

简单的算法就是吃了100 g protein,
摄入4 calories/g X 100 g = 400 calories
protein TEF: 400 calories X 25% = 100 calories
net calorie in for 100 g protein: 400 calories - 100 calories = 300 calories
虽然吃了400 calories,实际身体纯粹摄入为300 calories

对比100 g fat
摄入9
calories/g X 100 g = 900 calories
fat TEF: 9
00 calories X 2% = 18 calories
net calorie in for 100 g fat: 900 calories - 18 calories = 882 calories

对比44.44 g fat,同样对应400 calories
摄入9 calories/g X 44.44 g = 400 calories
fat TEF: 400
calories X 2% = 8 calories
net calorie in for 44.44 g fat: 400 calories - 8 calories = 392 calories


虽然100 g蛋白质和44.44 g脂肪的表面热量是一样的,但是去除TEF (身体消化它们需要的耗能),真正身体吸收的热量差别有92 calories (31% of total)

100 g protein, net calories in = 300 calories
44.44 g fatnet calories in = 392 calories

而且还有一个关键点是这三种成分的“管饱”效应差别很大,普遍来说蛋白质最管饱,脂肪也比较抗饿,碳水化合物最不容易抗饿。这也是为什么在吃上面,蛋白质多的食物占的比例大了,整体calorie in比较容易减少。

TEA是我们锻炼时的耗能,毋庸置疑的如果运动量大会明显提高calorie out,这里需要注意的是循序渐进,量力而行,防止过度

NEAT是非锻炼时的耗能,这个参数很有趣,个体之间差异很大,改变NEAT需要在平时习惯上改变比较多。做个特别简单的计算,如果上班八小时都坐着对比都站着,后者大概多耗能50 - 100 calories (这是个非常粗略的估计对于体重一般的亚洲女生)。看到这么低的数字,感觉如果站一天就赚回一只苹果的热量差,让人觉得站那么久不值阿有木有 但是,如果增加一些NEAT的活动量,让自己精神更好,何乐而不为呢。

(3). make smart dieting plan
非运动员普通人大多都是希望通过健身和调整饮食达到更健康更精力旺盛的目标,这里,我想说的是,我个人很不喜欢dieting这个表面的概念,和美国人聊起来,很多人都认为on a diet目的是短期或者中期内减重。但是,这样的diet总有结束的一天,然后呢,回归原来的饮食习惯么?或者,用自己强大的意志力,坚持久一点再久一点。个人觉得都不是长久之计。换句话说,我们在和自己喜爱的食物作斗争,我们在试图抵制诱惑。短期内压抑自己,甚至会引起一个小的或大的爆发,得不到的更想要的感觉太难受了。从心理学上讲,on a diet很多时候是我们自己给自己设置各种精神控制,以健康为理由,让自己吃一些不那么喜欢吃的东西。这里,总结几点供大家参考,关于饮食,其实和代谢是息息相关的,尤其影响到身体荷尔蒙的水平
i. 精神上不需要太严格控制,除非对你来说严格控制是能转化成长期正面效应(养成好习惯)的唯一方式。比较有效的方式是告诉自己
ii. 去慢慢品尝真正的食物的味道,eat wholefoods,减少(而不是完全避免)processed food
iii. 偶尔去吃那些不那么健康但自己非常想吃的东西,往往吃了以后,精神上的满足会让你很久都不会惦记它。一个有趣的现象是,虽然少量(moderation)这个策略很好,但对很多人来说不管用,这是因为人们特别惦记的食物,往往是会引发大脑里的reward circuit 机制(带来大量愉悦的感觉),因此很难控制。
iv. 去粗取精地借鉴别人的意见和建议。比如说一段时期内会有几种power food,比如chia seeds,这种过度宣传的营养食物,的确很多时候是对身体有好处的,但是单一食物的营养再丰富也不会满足身体的全部需求。我们需要从多种食物里获取营养。

比如低盐饮食,我发过一个关于低血压的帖子,低血压的同学们有可能需要认真观察低盐饮食对血压的影响。有趣的是,有科研论文结果证实低盐对管理饥饿的荷尔蒙有很明显的影响。

v. 找到自己喜欢吃的相对健康的东西,最重要的是保持好奇心,相信有更多更好的选择。
举个自己的小例子,以前觉得为了保证蛋白质的摄入,日常wholefoods不能满足需求,于是上网研究了半天哪些蛋白粉,蛋白能量棒比较好,后来发现cheese和牛肉干不错不需要依赖于蛋白粉。Greek yogurt是非常好的蛋白质来源,但是我没有那么喜欢,硬着头皮每天啃一个,后来发现还是偶尔吃这个比较适合我。欢迎同学们尽情嘲笑,硬着头皮每天啃自己不怎么喜欢的东西实在不是很美好的感觉。

啰嗦这么多,最想强调的是,我们作为高级生命体,身体本身代谢是个非常动态的过程(dynamic process),随着年龄的增长,其他因素没有明显变化的前提下,代谢率是逐渐下降的,荷尔蒙水平在变化,所以更需要调整calorie in和 calorie out里可以增加的部分
最后编辑科研小宝 最后编辑于 2017-08-08 23:04:27
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回到我们已经审美疲劳的公式
calorie out = BMR + TEF +TEA + NEAT
1. 基础代谢率(Resting/Basal Metabolic Rate(BMR))是指人体在清醒而又极端安静的状态下,不受肌肉活动、环境温度、食物及精神紧张等影响时的能量代谢率。
2. 食物热效应 (Thermic effect of food (TEF)): 消化吸收储存摄入的食物消耗热量
3.运动消耗热量 (Thermic Effect of Activity (TEA)):跑步,游泳等
4.非运动的行为消耗热量 (Non-Exercise Activity Thermogenesis (NEAT)):比如整理房间等

我们都清楚靠运动来多消耗能量是很有效的方式,也就是增加TEA。关于TEA,这个帖子里我就不展开说了,只想强调一下,TEA由几部分组成:运动过程中直接耗能,和运动后耗能(post exercise oxygen consumption (EPOC))这个和运动方式有非常大的关系。
简单总结:
传统低强度有氧:运动后耗能很低(e.g. ~10 calories,这个只是估计,具体肯定受个体体重等因素影响)
HIIT: 运动后耗能高,具体值依赖于个体参数,和运动强度和时间长度(e.g. >100 calories)
力量训练:
运动后耗能高,具体值依赖于个体参数,和运动强度和时间长度(e.g. >100 calories)
上面的数字都是估计值,列出来的目的是给大家提供一个比较的关系,力量训练运动后耗能甚至可以达到几百如果强度够。


关于肌肉量对代谢率贡献的迷思
越来越多科学研究表明,力量练习(strength training),对身体有非常多的正面影响,甚至胜过传统的有氧运动,把肌肉练起来不止成为流行趋势,更是有各种各样被媒体宣传出来的无数的好处,尤其是有一种说法,肌肉让你坐着不动也会多燃烧很多能量(more calorie out)。有趣的是,传说中每磅肌肉可以多燃烧up to 100 calories,可以想象如果多长10 lb肌肉,每天可以多燃烧1000 calories,这是多么美好的事情阿(再次地,两眼放光)。现实往往不那么简单,科研结果证明,在静止状态下(at rest)每磅肌肉每天燃烧的热量是6-10 calories
(references can be found in this link: https://www.builtlean.com/2013/04/16/muscle-burn-calories/),也就是说你增加了10 lb肌肉(very impressive for both men and women),每天坐着不动的前提下,多耗能60-100 calories (又是一个苹果的热量).这个结果让人很提不起精神来,说好的肌肉带来的强大代谢呢?关键就在于如果你用到这些肌肉在力量训练中,训练后在这些肌肉恢复的时候,会让身体耗能(calorie out)增加(我们这里对比的是没有这么多肌肉的情况),因此,增加肌肉提高代谢是确定的。



关于压力对代谢率的影响
越来越多科学研究表明stress对身体影响程度很高,简单地讲就是和代谢相关的各种荷尔蒙和大脑息息相关,当我们身体处在压力大的条件下,身体做出的各种反应是大脑接受到荷尔蒙这些信号分子提供的信息,然后又通过它们和它们相关的分子去进行一系列的变化引起身体的反馈。
比如leptin瘦素,从脂肪细胞分泌,进食后leptin水平增高,告诉大脑,吃饱了,停止进食
ghrelin 生长激素促释放剂,其实功能上可以说是饥饿激素,从胃部产生,在准备进食前分泌,让你觉得饿
orexin食欲素顾名思义,会提升对食物的渴望
最厉害的是在朋友圈里出名很多年的胰岛素,因为很多荷尔蒙都和它相关,受它影响,而它是影响我们血糖浓度的最重要的荷尔蒙。
还有很多它们的小伙伴荷尔蒙

在压力大的时候,这些荷尔蒙水平可能会进入一种不平衡的状态,食欲不振或者增加(胃不饿,大脑饿),更严重的程度甚至会引起代谢系统疾病,比如说甲减hypothyroidism,这种身体不适的情况代谢水平很低,有的喝水也长肉的特殊情况有可能和甲减有关。另外一个极端是怎么吃都瘦,让朋友们羡慕嫉妒,这种天生代谢水平高的人的确有,甚至在日常中见到很多。但是,要分情况看,举例
一种是大家看到他吃很多在单次meal,但是实际每天摄入能量的总量是不是x3 or 2.5也许别人不知道,人们善于去按常理推断。有的人可能单次吃比较多,其他时候吃地很少甚至不吃,这样一天总摄入能量并不高
一种是比较明确的总摄入能量比一般人多,这种人往往NEAT水平比较高,换句话说平时闲不住,看到他的时候都在忙,虽然是低强度的活动,但是活动量累积起来耗能也蛮多的。

关于代谢说得差不多了,这个帖子希望能给大家带来点启发,摸索自己身体这台发动机的耗能情况,进行长期观察,然后配合运动让身体越来越好!
最后编辑科研小宝 最后编辑于 2017-08-09 22:09:38
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好帖占楼
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辛苦楼主,mark等着看
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前排占座
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MM这个iD取的太恰如其人啦
谢谢分享
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前排等看
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等看, 谢谢lz分享
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