Vart tar fettet vägen när vi tappar vikt?

De senaste åren har jag läst om flera olika metoder för att gå ner i vikt, men jag har fortfarande inte hittat en enda korrekt beskrivning av viktnedgång. Tvärtom. Oftast är det ren kvasivetenskap och moderna sagor om hur man blir smal och lycklig. Jag får intrycket att de flesta tror att kilon lämnar kroppen som energi och försvinner i ett mystiskt moln av kalorier eller kilojoule - det tycks vara den vanligaste förklaringen. Men enligt E=mc² skulle några kilos övervikt som omvandlades till energi räcka till att försörja en mindre stad i flera tusen år (den värme som bildas motsvarar i verkligheten någon miljondels gram). Det kan alltså inte vara energi och inte heller värme som vi tappar. Andra säger att det är fett som vi tappar, men jag har vare sig sett fett eller kalorier samlas i golvhörnen i gymmet eller längs motionsslingorna. Fast fett är ändå ett ganska bra svar, för fett är massa och när vi tappar vikt, då tappar vi massa. Kilon är massa. Men hur tappar vi massa? På något sätt måste massan ut ur kroppen. Massa består av handfasta atomer och det är atomerna som vi måste flytta någon annanstans.

Fetmans fysik
Tänk dig en kropp lindad i plast. Om kroppen ska kunna förlora någon massa, måste massan på något sätt passera genom plasten. Så säger lagen om massans bevarande. Byter vi liknelsen med plast mot en riktig kroppsyta finns det fyra sätt för massan att passera ut genom ytan:

1. avyttring (hud, hår, naglar och sånt)
2. olika typer av utsöndringar (det man gör på en toalett)
3. svettning
4. utandning

Punkt 1 är försumbar och kan strykas. Det enda sätt vi märker det på är att det bildas damm där det finns människor. Dammet under sängen består mestadels av kroppens avyttringar.

Punkt 2 är också försumbar. Det mesta är sånt som går rakt genom kroppen som fibrer och annat osmältbart material tillsammans med några miljarder döda bakterier. Det enda som egentligen tar sig ut ur kroppen denna väg är lite kolesterol. Det som kommer ut genom bakdörren har aldrig varit inne i kroppen, som jag skrev om i ett tidigare inlägg. Det är en trevlig tanke.

Då återstår bara punkt 3 och 4. Det är de punkterna som påverkas av motion och hur vi äter, alltså när vi går ner i vikt. På något sätt andas vi ut och svettas ut fettet. För att förstå detta måste vi först förstå vad fett är och vad massa är, alltså vad fettmassa är.

Lagen om massans bevarande

Massa är i grunden en bunt atomer och fett är således också en bunt atomer. En bunt atomer bildar i sin tur olika molekyler som t ex fettsyror och glycerol. En molekyl glycerol med tre fettsyramolekyler kallas för triglycerid och består av 55 kolatomer, 98 väteatomer och 6 syreatomer, eller C₅₅H₉₈O₆. Kroppsfettet är uppbyggt av den sortens syrefattiga triglycerider. För att gå ner i vikt måste vi göra oss av med dessa atomer på något sätt. Enligt lagen om massans bevarande finns det lika många atomer före som efter en viktnedgång, de finns bara på andra ställen. Atomer kan inte försvinna. För att ta sig ut ur kroppen måste atombuntarna först styckas upp i mindre delar och det sker i mitokondrierna. Den kemiska formeln för fettförbränning ser ut så här:

C₅₅H₉₈O₆ + 76O₂ → 55CO₂ + 49H₂O + ATP

Fett + syre → koldioxid + vatten + energi

För att förbränna dessa fettatomer måste vi andas in 76 molekyler syre och av det bildas 55 molekyler koldioxid och 49 vattenmolekyler och en massa energi i form av ATP som vi kan springa, hoppa och tänka med. Det är lika många atomer på båda sidor om pilen, eftersom kroppens processer följer naturlagarna. Koldioxiden binder sig sedan till hemoglobin och fraktas till lungorna där det andas ut, medan vattnet flämtas, kissas och svettas ut.

Fettet blåser ut genom näsan
Det går inte en dag utan att man kan läsa om en kändis som tappat vikt. Jag läste nyligen att Leif GW Persson gått ner i vikt igen. För några år sedan följde han LCHF och nu följer han 5:2. Enligt honom själv har han gått ner 5 kilo tack vare 5:2 dieten. Han har alltså tappat 5 kilo fettmassa. Hur har Leif GW blivit av med denna massa? Eftersom vi känner till fettets kemiska formel är det bara att räkna: Atommassan för kol är 12, för väte 1 och för syre 16 (avrundat). Den sammanlagda atommassan för C₅₅H₉₈O₆ blir därmed: (55 x 12) + (98 x 1) + (6 x 16) = 854. Syret binder till kol i form av koldioxid (CO₂) och till väte i form av vatten (H₂O). Alltså binder 4 av syreatomerna till kol, vilket ger (55 x 12) + (4x16) = 724 och 2 syreatomer binder till väte, vilket ger atommassan 98 + 32 = 130. Den massa vi tappar består således av 724/854 = 85 % kol och 130/854 =15 % väte. Tillsammans med de syreatomer vi andas in försvinner alltså 85 % av fettet som koldioxid och 15 % som vatten. Leif GW pustade ut 4,25 kilo kol genom näsan och svettades resp andades ut vattenånga på 0,75 kilo. Det är inget vi ser, men när det är kallt kan man se att vi andas ut ett moln av vattenånga och koldioxid. Vi går alltså upp i vikt genom munnen och ner i vikt genom näsan (om man inte andas med öppen mun, vilket man inte bör göra).

Hur mycket vikt kan man tappa på en dag?
Hur mycket kol andas vi ut? Enligt Daltons lag för partialtryck kan utandningsluften innehålla högst 4,4 % koldioxid. Eftersom en vanlig utandning är på ca 500 ml, rymmer den luften maximalt 22 ml koldioxid. Densiteten på koldioxid är 1,98 g/liter, vilket ger en vikt på 0,04 gram koldioxid per utandning. Eftersom vi andas i snitt 9-14 gånger per minut och lite mindre på natten, andas vi ungefär 17 000 gånger på ett dygn. 17 000 utandningar à 0,04 gram ger 680 gram koldioxid, varav 12/44 är kol och det ger 185 gram kol. Det är ganska exakt så mycket kol vi äter i form av kolhydrater, fett och protein på en dag. För att gå ner i vikt måste vi minska antalet kolatomer som vi lagrar i kroppen och det kan man bara göra genom att äta färre kolatomer eller andas ut fler kolatomer. När man tränar bryts fett ner och oxideras och för att få syre (76O₂) till förbränningen andas man djupare och häftigare. Det kanske kan ge en viktnedgång på något hekto per dag, förutsatt att man inte kompenserar genom att äta mer och träning leder till ökad aptit. 

När man läser att folk går ner ett kilo per dag handlar det om att man minskat på kroppens vatteninnehåll; många dieter är vattendrivande och leder till snabb viktnedgång till en början. Men för att bli av med fettet måste man andas ut det och man kan inte andas ut mer än 0,01 gram kol (0,04 gram koldioxid) per andetag. Även dieter måste följa naturlagarna. Vikten styrs av kolatomer in och kolatomer ut. Naturlagarna är långsamma men obevekliga och jag tror mer på en diet som lovar en viktnedgång på högst ett kilo i månaden än på en diet som lovar fem kilo i veckan. För att tappa fem kilo måste man dels i stort sett avstå från att äta kolatomer, dels andas ca 50 000 gånger om dagen. Det verkar inte sannolikt. När man räknar på saker kan man se vad som verkar sannolikt och vad som verkar mindre sannolikt, men bantningsbranschen räknar nog inte med det och jag tror faktiskt inte heller att de riktigt fattar det. Kanske kan detta inlägg så en del frö av tvivel hos en och annan. Jag hoppas det. Jag hade varit mer positiv till bantningsbranschen om den kunde visa på konkreta resultat, men det enda som blir tunnare är bantarnas plånböcker.

Livets cirkel
Det mänskliga kroppsfettet förvandlas till koldioxid och koldioxiden tar växterna hand om för att med hjälp av solljus skapa energirika kopplingar mellan kolatomerna, det vi kallar socker. Sedan äter djur och människor detta socker och det vi inte genast förbränner blir fett igen. All energi som vi springer med kommer alltså från solen, som fick sin energi från Big bang som fick sin energi från ingenstans.

Jag består av en stor bunt atomer som jag en gång i tiden har ätit och druckit. Jag är summan av mina matvanor. Om 10 år är alla atomer i mig utbytta mot andra atomer, men atomer är lika varandra och jag hoppas jag är mig lik. Lagen om massans bevarande försäkrar mig dessutom att dessa atomer kommer att hänga med i minst 10^³⁵ år till. Det är inte mina atomer och det är inte jag, jag har bara lånat dem en stund av universum och jag är mer som en flodfåra som atomerna strömmar igenom. Floden är sig ganska lik men vattnet är alltid nytt.

Puh, det var ett krävande inlägg med många siffror som jag hoppas hamnade rätt (och jag hoppas jag inte skrämde bort alltför många med alla formler). Nu kan jag andas ut mina 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 atomer och när jag andas in följer troligtvis några atomer med från de sista andetagen från var och en av alla människors som någonsin funnits. Allt hänger ihop, utom bantningsbranschen.


PS
Uppdaterat detta inlägg på Hjärnfysikbloggen

Sponsrat inlägg - One Tonne Life

Får två år sedan skrev jag om ATP och energi. Allt vi gör, drivs av ATP. ATP är kroppens gemensamma energivaluta. ATP eldar våra tankar och våra muskler. Det är vår drivkraft. Det går inte att göra någonting utan energi.

Allting är energi, även materia. Materia är frusen energi. Allt som händer i universum drivs av den energi som skapades för 13,7 miljarder år sedan. Det ATP som rusar runt i våra kroppar, har fått sin laddning från denna smäll. Det talas om en energikris, men egentligen finns det energi i överflöd. Som man kan läsa ut ur Einstens formel e = mc², finns det tillräckligt med energi i ett gram vatten - ett kryddmått - för att hålla en lampa lysande i 35 000 år. För att hålla en lampa lysande från Big bang till nu skulle det räcka med två fyllda badkar. En sjö skulle räcka i en evighet. Det finns hur mycket energi som helst, men inte hur mycket kunskap som helst.

Egentligen är allt som kallas kris snarare brist på kunskap. Om dagens förbrukning av olja fortsätter kommer det att bli brist på olja, men det är egentligen inte olja som vi efterfrågar, utan resurser för drivmedel och uppvärmning. Olja är bara en form av resurs och i takt med att källorna sinar stiger priset och nya resurser tas i anspråk för drivmedel och uppvärmning. Olja är solenergi som lagrades i växter för miljontals år sedan, men i framtiden kommer energi från flödande källor som alla drivs av solen (och kanske fusion), som vind, biobränsle, vågor, solceller, bakterier och vattenkraft. Om man täckte 0,2 % eller 18 000 km² av Saharas yta med speglar som värmde vatten till ångturbiner, skulle man kunna försörja hela Europa med el. Som jämförelse upptas 30 000 km² av Europas yta av vägar.

Det är samma sak med de ökade koldioxidutsläppen. Det handlar om kunskap. Mycket tyder på att användningen av fossila bränslen ökar växthuseffekten och enligt en majoritet av experterna kommer det att leda till problem. Jag tror att utsläppen kommer att plana ut innan dess. Dels blir oljan allt dyrare och utsläppen av koldioxid borde minska, dels och framför allt så är människan otrolig på att hitta nya lösningar på problem. Nu börjar det dessutom bli lönsamt när efterfrågan på klimatsmarta lösningar ökar.

Vattenfall har tillsammans med Volvo och A-hus, skapat ett projekt: One Tonne Life. Syftet är visa vad ett klimatsmart liv innebär i praktiken. Den teknik som används i projektet finns tillgänglig nu eller inom en nära framtid. De olika sponsorerna bidrar med energisnåla trähus, elbilar och avancerade energilösningar. Se mer i videon nedan:

Löpning, livet och universum

Jag springer med hjälp av energi som en gång skapades i Big Bang. Tiden som jag mäter min löpning med började också då; det finns inget "före" Big Bang. Tiden spände ut rummet och skapade avstånd och det krävs någon form av rörelse för att överbrygga dessa avstånd.

Början till allt
Egentligen var Big Bang ingen smäll, utan en tyst och mörk utvidgning av rummet som inträffade för 13,7 miljarder år sedan. Inom bråkdelen av en miljondel av en miljarddel av nästan ingenting (10^-43 sekunder eller en plancktid) skapades materia och lika mycket antimateria. Dessa motsatser började genast utplåna varandra. En gigantisk förintelse spreds genom universum. Kvantmekaniken tillåter osäkerhet och det fanns en liten övervikt av materia. För varje 10 000 000 000 antiprotoner, fanns det 10 000 000 001 protoner och denna ”felräkning” var tillräckligt för att bilda allt som finns: Du och jag och mitt kylskåp, blåvalar och bergskedjor. Allt. Det märkliga är att allt detta skapades ur ingenting. Vid tidpunkten för Big Bang fanns ingen materia, inga fysikaliska lagar, ingen tid och ingen geometri. Enligt Stephen Hawking inträffade Big Bang därför att det var en händelse som var sannolikare än alternativet. Det finns inget i kvantmekaniken som talar emot att någonting kan skapas ur ingenting utan anledning. Jag begriper det, men jag fattar det inte. Det är svårt att förstå det som ligger bortom orsak och verkan.

Efter ca 300 000 år hade temperaturen svalnat så att en del protoner kunde fånga in elektroner och bilda enkla väteatomer. Därmed blev universum synligt. Ljus i form av fotoner kunde sprida sig och det allra äldsta ljuset i universum är från den tiden. Inte ens det starkaste teleskopet kan se längre bort och tillbaka än så. Det är en fysisk gräns för hur långt tillbaka vi kan "se" i universum. Atomerna låg sedan utspridda i stora moln som så småningom - genom gravitationen - kom att bilda galaxer och i ett av dessa moln av atomer vispades en sol och några planeter ihop för ca 5 miljarder år sedan. Det blev vårt solsystem.

Solen. Bild Philipp Salzgeber

Solen är ett gigantiskt gasmoln. På ytan är den kall, bara 5-6 000 grader, men längre in är trycket hårt och värmen hög. Där finns väteatomer som skapades strax efter universums födelse. Ibland slår sig dessa lätta väteatomer samman och bildar helium. I denna fusionsprocess frigörs energi i form av livsfarlig gammastrålning som oändligt sakta tränger genom solens gasfyllda kropp ut mot dess yta. Det tar miljontals år och mycket energi spills ut på vägen. Gammastrålningen avväpnas och förvandlas till ofarligt synligt ljus. Ljus kan både ses som en våg eller som en partikel, en foton. Dessa fotoner kastar sig sedan ut i världsrymden.

Grunden till allt
En bråkdel av fotonerna färdas med riktning mot jorden. Med ljusets hastighet störtar de genom jordens atmosfär. Åtta minuter efter uppbrottet från solen brakar en foton ner i marken och träffar ett löv som i sitt inre är fyllt av klorofyllmolekyler. En bråkdel av en mikrosekund senare träffas klorofyllmolekylen av ytterligare en foton. Klorofyllet är utvecklat för att klara sådana smällar. De har ett pigment som fångar ljus med rätt våglängd, vilket är detsamma som synligt ljus mellan rött och blått. De fångar upp fotonerna och börjar vibrera och kastar sedan energin vidare som en het potatis i en kedja där lite energi hela tiden utnyttjas i biokemiska processer. Denna kedja slutar i en fantastisk konstruktion - ATP syntas - där ett biokemiskt kvarnhjul som drivs av vätejoner mekaniskt hamrar ihop ATP - jordklotets gemensamma energivaluta - av ADP och fria fosfatgrupper.

Fotonerna träffar jorden med sådan kraft att de kan splittra vatten. Det är en otrolig bedrift. Vatten är en mycket stabil molekyl. Vattenmolekylen klarar stormar och bränningar. Den kanske ser krossad ut en kort stund då vattnet i en väldig våg kastas mot klipporna och skingras i ett oändligt antal små vattendroppar, men en stund senare rinner vattnet tillbaka i tusentals små rännilar. Fotonen kan dock krossa vatten genom att slita loss två protoner och tillhörande elektroner från syret. Den ensamma syreatomen ogillar detta och skyndar sig att binda till en annan syreatom och släpps sedan ut som en parad syremolekyl. Den kan jag andas in då jag springer. De elektroner som frigjordes från syret kastas vidare i den biokemisk kedjan. 

Energin, som nu finns lagrad i olika molekyler, används sedan till att foga samman kolatom till kolatom i långa kedjor av sockermolekyler. Det är livets kedja. Grunden till allt liv på jorden.

Löpning och allt
Jag tar en tugga av äpplet som fogats samman av soljusets fotoner, koldioxid och vatten och springer vidare. Kroppen tar genast hand om äpplet och börjar sönderdela det till glukos. Glukosmolekylen består av 6 kolatomer och det är från dessa kolbindningar som energin ska hämtas. Förutom glukos krävs det också att jag andas in 6 syremolekyler för varje glukosmolekyl som jag förbränner. Ju snabbare jag springer, desto mer glukos förbrukar jag och desto mer syre måste jag andas in.

Glukosen bryts ner till kolatomer som kastas in i cellens kraftverk, in i mitokondrierna. Där snurrar citronsyracykeln. Citronsyracykeln eldas med kol för att gå runt. För varje kolatom som kroppen skyfflar in, alstras två ATP-molekyler och dessutom molekyler som lagrar energi i form av elektroner. Dessa elektroner används sedan till att pumpa ut vätejoner från mitokondriernas inre membran till dess yttre, vilket skapar en skillnad i laddning som utnyttjas i samma sorts kvarnhjul - ATP-syntas - som finns i växterna, vilket tyder på ett gemensamt ursprung för över en miljard år sedan innan växter och djur valde olika - och livsavgörande - vägar i utvecklingen. Växterna var nöjda med livet som det var, medan djuren sökte sig till nya områden och utvecklade ett nervsystem och ben att springa med, fenor att simma med och vingar att flyga med. 

Den process som utvinner energi är effektiv, men hälften försvinner som värme. Kroppstemperaturen stiger och jag börjar svettas. Svetten avdunstar och lämnar kroppen tillsammans med en tunn rök av oxiderat kol, resterna av det kol som skyfflades in i mitokondrierna.

Jag har bara någon kilometer kvar nu och jag andas häftigt. Lungorna fylls av syre som kan användas till oxidering i mina celler och ge mig energipaket - ATP - att springa med. Det är ATP som får musklerna att arbeta genom att driva ett antal proteiner som vrider sig på ett invecklat sätt.

Till sist lämnar energin min kropp och sedan jorden som trött, långvågig värmestrålning. Energin är konstant i universum men kvaliteten har sjunkit. Trötta, osynliga fotoner lämnar jorden och på vägen ut möter de pigga, synliga blåa och illröda fotoner, på väg mot jorden för att sätta fart på molekyler, växter, möss och människor. De förbrukade fotonerna strålar ut i världsrymden, osynliga för människoögat.