- ข้อความ
- ประวัติศาสตร์
Thermodynamics of weight loss diets
Thermodynamics of weight loss diets
Eugene J Fine12* and Richard D Feinman3
* Corresponding author: Eugene J Fine efine@downstate.edu
Department of Nuclear Medicine, Jacobi Medical Center, Bronx, NY, USA
Department of Biochemistry, SUNY Downstate Medical Center, Brooklyn, NY 11203, USA
Department of Biochemistry, SUNY Downstate Medical Center, Brooklyn, NY 11203, USA
For all author emails, please log on.
Nutrition & Metabolism 2004, 1:15 doi:10.1186/1743-7075-1-15
The electronic version of this article is the complete one and can be found online at: http://www.nutritionandmetabolism.com/content/1/1/15
Received: 20 October 2004
Accepted: 8 December 2004
Published: 8 December 2004
© 2004 Fine and Feinman; licensee BioMed Central Ltd.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Abstract
Background
It is commonly held that "a calorie is a calorie", i.e. that diets of equal caloric content will result in identical weight change independent of macronutrient composition, and appeal is frequently made to the laws of thermodynamics. We have previously shown that thermodynamics does not support such a view and that diets of different macronutrient content may be expected to induce different changes in body mass. Low carbohydrate diets in particular have claimed a "metabolic advantage" meaning more weight loss than in isocaloric diets of higher carbohydrate content. In this review, for pedagogic clarity, we reframe the theoretical discussion to directly link thermodynamic inefficiency to weight change. The problem in outline: Is metabolic advantage theoretically possible? If so, what biochemical mechanisms might plausibly explain it? Finally, what experimental evidence exists to determine whether it does or does not occur?
Results
Reduced thermodynamic efficiency will result in increased weight loss. The laws of thermodynamics are silent on the existence of variable thermodynamic efficiency in metabolic processes. Therefore such variability is permitted and can be related to differences in weight lost. The existence of variable efficiency and metabolic advantage is therefore an empiric question rather than a theoretical one, confirmed by many experimental isocaloric studies, pending a properly performed meta-analysis. Mechanisms are as yet unknown, but plausible mechanisms at the metabolic level are proposed.
Conclusions
Variable thermodynamic efficiency due to dietary manipulation is permitted by physical laws, is supported by much experimental data, and may be reasonably explained by plausible mechanisms.
Background
Carbohydrate restriction as a general strategy for weight loss continues to gain in popularity and its utility and generally protective effect in lipid profile and glycemic control continues to be demonstrated, at least in an experimental setting [1-4]. The subject nonetheless remains controversial. Those critics who grant efficacy of low carbohydrate diets nonetheless contend that they act strictly by caloric restriction and there is no special effect of carbohydrate reduction. Beyond caloric restriction, several studies have shown increased weight loss on low carbohydrate diets compared to isocaloric low fat diets, the so-called metabolic advantage (see table 2). Although no clear experimental error has been demonstrated, critics continue to maintain that something must be wrong because the laws of thermodynamics would be violated [5], that "a calorie is a calorie" [6] We have previously shown [2,7] that this is not correct and it is our intention here to review the fundamental physics underlying the phenomenon of metabolic advantage. An outline may be described: Can metabolic advantage happen? If so, what mechanisms might account for such a phenomenon? Does it, in fact, occur?
Table 2.Isocaloric low carbohydrate (CHO) vs. higher carbohydrate investigations
Metabolic advantage: can it happen?
We have previously presented arguments that there is no violation of physical principles [2,7] and, ironically, that suggesting a change in body mass to be independent of macronutrient composition would itself be a violation of the second law of thermodynamics [7]. Here, we reframe these arguments in a more pedagogically direct way and we provide simple examples.
The misunderstanding that continues to be repeated in the expression "a calorie is a calorie" appears to be exclusive reference to the first law of thermodynamics. The difficulty with this theoretical approach is that it is only part of the relevant physics and its relationship to biologic systems. The first law says that in any transformation the total energy in the system can be accounted for by the heat added to the system, the work done by the system on its environment and the change in energy content of all the components of the system. It is important to understand, however, that the first law does not say what the relative distribution between these effects will be for any process. In fact, the first law does not even allow us to say whether the process will occur at all. To understand the progress of a physical change it is necessary to understand the second law which introduces an entity known as the entropy, S, a measure of disorder in all processes. In all real (irreversible) processes, entropy increases, usually written ΔS > 0. The most common marker of increasing entropy is heat, although it is by no means the only evidence for increased entropy.
In systems at constant temperature and pressure (i.e. biologic systems)), the first and second law are combined in the Gibbs Free Energy, ΔG, which represents the maximum useful work that can be performed by the process. The actual process however, in general derives less useful work than permitted by the theoretically available ΔG due to inefficiency in energy capture. A proper accounting of entropy and efficiency must be included if we are to understand energy utilization in biological and biochemical systems.
Eugene J Fine12* and Richard D Feinman3
* Corresponding author: Eugene J Fine efine@downstate.edu
Department of Nuclear Medicine, Jacobi Medical Center, Bronx, NY, USA
Department of Biochemistry, SUNY Downstate Medical Center, Brooklyn, NY 11203, USA
Department of Biochemistry, SUNY Downstate Medical Center, Brooklyn, NY 11203, USA
For all author emails, please log on.
Nutrition & Metabolism 2004, 1:15 doi:10.1186/1743-7075-1-15
The electronic version of this article is the complete one and can be found online at: http://www.nutritionandmetabolism.com/content/1/1/15
Received: 20 October 2004
Accepted: 8 December 2004
Published: 8 December 2004
© 2004 Fine and Feinman; licensee BioMed Central Ltd.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Abstract
Background
It is commonly held that "a calorie is a calorie", i.e. that diets of equal caloric content will result in identical weight change independent of macronutrient composition, and appeal is frequently made to the laws of thermodynamics. We have previously shown that thermodynamics does not support such a view and that diets of different macronutrient content may be expected to induce different changes in body mass. Low carbohydrate diets in particular have claimed a "metabolic advantage" meaning more weight loss than in isocaloric diets of higher carbohydrate content. In this review, for pedagogic clarity, we reframe the theoretical discussion to directly link thermodynamic inefficiency to weight change. The problem in outline: Is metabolic advantage theoretically possible? If so, what biochemical mechanisms might plausibly explain it? Finally, what experimental evidence exists to determine whether it does or does not occur?
Results
Reduced thermodynamic efficiency will result in increased weight loss. The laws of thermodynamics are silent on the existence of variable thermodynamic efficiency in metabolic processes. Therefore such variability is permitted and can be related to differences in weight lost. The existence of variable efficiency and metabolic advantage is therefore an empiric question rather than a theoretical one, confirmed by many experimental isocaloric studies, pending a properly performed meta-analysis. Mechanisms are as yet unknown, but plausible mechanisms at the metabolic level are proposed.
Conclusions
Variable thermodynamic efficiency due to dietary manipulation is permitted by physical laws, is supported by much experimental data, and may be reasonably explained by plausible mechanisms.
Background
Carbohydrate restriction as a general strategy for weight loss continues to gain in popularity and its utility and generally protective effect in lipid profile and glycemic control continues to be demonstrated, at least in an experimental setting [1-4]. The subject nonetheless remains controversial. Those critics who grant efficacy of low carbohydrate diets nonetheless contend that they act strictly by caloric restriction and there is no special effect of carbohydrate reduction. Beyond caloric restriction, several studies have shown increased weight loss on low carbohydrate diets compared to isocaloric low fat diets, the so-called metabolic advantage (see table 2). Although no clear experimental error has been demonstrated, critics continue to maintain that something must be wrong because the laws of thermodynamics would be violated [5], that "a calorie is a calorie" [6] We have previously shown [2,7] that this is not correct and it is our intention here to review the fundamental physics underlying the phenomenon of metabolic advantage. An outline may be described: Can metabolic advantage happen? If so, what mechanisms might account for such a phenomenon? Does it, in fact, occur?
Table 2.Isocaloric low carbohydrate (CHO) vs. higher carbohydrate investigations
Metabolic advantage: can it happen?
We have previously presented arguments that there is no violation of physical principles [2,7] and, ironically, that suggesting a change in body mass to be independent of macronutrient composition would itself be a violation of the second law of thermodynamics [7]. Here, we reframe these arguments in a more pedagogically direct way and we provide simple examples.
The misunderstanding that continues to be repeated in the expression "a calorie is a calorie" appears to be exclusive reference to the first law of thermodynamics. The difficulty with this theoretical approach is that it is only part of the relevant physics and its relationship to biologic systems. The first law says that in any transformation the total energy in the system can be accounted for by the heat added to the system, the work done by the system on its environment and the change in energy content of all the components of the system. It is important to understand, however, that the first law does not say what the relative distribution between these effects will be for any process. In fact, the first law does not even allow us to say whether the process will occur at all. To understand the progress of a physical change it is necessary to understand the second law which introduces an entity known as the entropy, S, a measure of disorder in all processes. In all real (irreversible) processes, entropy increases, usually written ΔS > 0. The most common marker of increasing entropy is heat, although it is by no means the only evidence for increased entropy.
In systems at constant temperature and pressure (i.e. biologic systems)), the first and second law are combined in the Gibbs Free Energy, ΔG, which represents the maximum useful work that can be performed by the process. The actual process however, in general derives less useful work than permitted by the theoretically available ΔG due to inefficiency in energy capture. A proper accounting of entropy and efficiency must be included if we are to understand energy utilization in biological and biochemical systems.
0/5000
อุณหพลศาสตร์ของอาหารลดน้ำหนักEugene J Fine12 * และริชาร์ด D Feinman3* ผู้เขียนที่เกี่ยวข้อง: Eugene J ปรับ efine@downstate.eduแผนกนิวเคลียร์ยา ศูนย์การแพทย์ Jacobi บร็องซ์ NY สหรัฐอเมริกาภาควิชาชีวเคมี ศูนย์การแพทย์ Downstate SUNY บรู๊คลิน NY 11203 สหรัฐอเมริกาภาควิชาชีวเคมี ศูนย์การแพทย์ Downstate SUNY บรู๊คลิน NY 11203 สหรัฐอเมริกาสำหรับทั้งหมดผู้เขียนอีเมล์ กรุณาเข้าสู่ระบบโภชนาการและการเผาผลาญ 2004, 1:15 doi:10.1186 / 1743-7075-1-15รุ่นอิเล็กทรอนิกส์ของบทความนี้ได้เสร็จสมบูรณ์ และสามารถดูออนไลน์ได้ที่: http://www.nutritionandmetabolism.com/content/1/1/15รับ: 20 2547 ตุลาคมยอมรับ: 8 2004 ธันวาคมประกาศ: 8 2004 ธันวาคม© 2004 ปรับ และ Feinman ผู้รับใบอนุญาต BioMed เซ็นทรัล จำกัด เปิดเข้าบทความแจกจ่ายภายใต้เงื่อนไขของความคิดสร้างสรรค์คอมมอนส์แสดงที่มาใบ (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0), ที่ใช้จำกัดใบอนุญาต กระจาย และการผลิตซ้ำในสื่อใด ๆ ให้งานต้นฉบับจะถูกอ้างถึงอยู่บทคัดย่อพื้นหลังโดยทั่วไปจัดว่า "แคลอรี่มีแคลอรี่", เช่นอาหารของแคลอริกเนื้อหาเท่านั้นจะส่งผลในการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักเหมือนกันขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ macronutrient และมักจะอุทธรณ์การกฎของอุณหพลศาสตร์ เราได้แสดงไว้ก่อนหน้านี้ว่า อุณหพลศาสตร์ไม่สนับสนุนมุมมองดังกล่าว และว่า อาหารเนื้อหา macronutrient ต่าง ๆ อาจคาดว่าจะก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงต่าง ๆ ในร่างกายโดยรวม อาหารคาร์โบไฮเดรตต่ำโดยเฉพาะอย่างยิ่งมีอ้างเป็น "เผาผลาญประโยชน์" หมายถึง เพิ่มเติมน้ำหนักมากกว่าใน isocaloric อาหารคาร์โบไฮเดรตสูงเนื้อหา ในบทความนี้ สำหรับ pedagogic เรา reframe อภิปรายทฤษฎีการเชื่อมโยง inefficiency ขอบเปลี่ยนแปลงน้ำหนักโดยตรง ปัญหาในเค้าร่าง: ได้ประโยชน์จากการเผาผลาญตามหลักวิชาหรือไม่ ถ้าดังนั้น สิ่งกลไกชีวเคมี plausibly อาจอธิบายได้ สุดท้าย หลักฐานทดลองอยู่เพื่อตรวจสอบว่า ไม่ หรือไม่เกิดขึ้นหรือไม่ผลลัพธ์ประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์ลดลงจะส่งผลเพิ่มน้ำหนัก กฎของอุณหพลศาสตร์จะเงียบในการดำรงอยู่ของตัวแปรประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์ในกระบวนการเผาผลาญ ดังนั้นสำหรับความผันผวนดังกล่าวจะได้รับอนุญาต และสามารถเกี่ยวข้องกับความแตกต่างในน้ำหนักที่หายไป การดำรงอยู่ของตัวแปรประสิทธิภาพและประโยชน์จากการเผาผลาญจึงถาม empiric มีมากกว่าหนึ่งทฤษฎี ยืนยันจากการศึกษาทดลอง isocaloric มาก รอ meta-analysis ดำเนินอย่างถูกต้อง กลไกเป็นยังไม่รู้จัก ได้มีการนำเสนอกลไกที่เป็นไปได้ที่ระดับการเผาผลาญบทสรุปตัวแปรขอบเนื่องจากจัดการอาหารได้รับอนุญาต โดยกฎหมายที่มีอยู่จริง สนับสนุนข้อมูลมากทดลอง และอาจสมอธิบาย ด้วยกลไกที่เป็นไปได้พื้นหลังจำกัดคาร์โบไฮเดรตเป็นกลยุทธ์ทั่วไปสำหรับน้ำหนักยังคงได้รับความนิยม และโปรแกรมอรรถประโยชน์ และผลโดยทั่วไปจะป้องกันในระดับไขมันในเลือด และควบคุม glycemic ยังคงถูกแสดง น้อยในการทดลอง [1-4] เรื่องกระนั้นยังคงแย้ง เหล่านักวิจารณ์ซึ่งให้ประสิทธิภาพของอาหารคาร์โบไฮเดรตต่ำกระนั้นขอยืนยันว่า จะดำเนินการอย่างเคร่งครัด โดยแคลอริกจำกัด และมีลักษณะพิเศษไม่ลดคาร์โบไฮเดรต นอกเหนือจากข้อจำกัดของแคลอริก หลายการศึกษาได้แสดงเพิ่มน้ำหนักในอาหารคาร์โบไฮเดรตต่ำเมื่อเทียบกับอาหารลดไขมันต่ำ isocaloric ประโยชน์จากการเผาผลาญที่เรียกว่า (ดูตาราง 2) แม้ว่าจะมีการแสดงข้อผิดพลาดไม่ชัดเจนทดลอง นักวิจารณ์ยังรักษาว่า บางสิ่งบางอย่างจะถูกต้อง เพราะกฎของอุณหพลศาสตร์จะ violated [5] , "เป็นแคลอรี่มีแคลอรี่" [6] เราได้แสดง [2,7] ก่อนหน้านี้ที่ไม่ถูกต้อง และเป็นความตั้งใจของเราที่นี่เพื่อทบทวนฟิสิกส์พื้นฐานต้นปรากฏการณ์ของประโยชน์จากการเผาผลาญ เค้าอาจจะอธิบาย: สามารถเผาผลาญประโยชน์เกิดขึ้น ถ้าเป็นเช่นนั้น กลไกใดอาจบัญชีสำหรับปรากฏการณ์ดังกล่าวหรือไม่ ไม่ได้ จริง เกิดขึ้นตาราง 2. Isocaloric คาร์โบไฮเดรตต่ำ (ช่อ) เทียบกับสืบสวนคาร์โบไฮเดรตสูงประโยชน์จากการเผาผลาญ: สามารถเกิดขึ้นได้อย่างไรก่อนหน้านี้เราได้นำเสนออาร์กิวเมนต์ที่มีไม่ละเมิดหลักการทางกายภาพ [2,7] และ แดกดัน ที่แนะนำการเปลี่ยนแปลงในร่างกายโดยรวมจะขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ macronutrient เองจะเป็นการละเมิดกฎหมายที่สองของอุณหพลศาสตร์ [7] ที่นี่ เรา reframe อาร์กิวเมนต์เหล่านี้ในทางตรงมากขึ้น pedagogically และเรามีตัวอย่างอย่างง่ายเข้าใจผิดที่ดำเนินการในนิพจน์ "แคลอรี่มีแคลอรี่"ดูเหมือนจะ เป็นเฉพาะการอ้างอิงถึงกฎหมายแรกของอุณหพลศาสตร์ ปัญหา ด้วยวิธีการทางทฤษฎีนี้คือ ว่า มันเป็นเพียงส่วนหนึ่งของฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องและความสัมพันธ์ของระบบอุบัติ กฎหมายแรกกล่าวว่า ในการแปลง พลังงานรวมในระบบสามารถจะลงบัญชี โดยความร้อนที่เพิ่มลงในระบบ งานที่ทำ โดยระบบในสภาพแวดล้อมและการเปลี่ยนแปลงในเนื้อหาพลังงานของส่วนประกอบทั้งหมดของระบบ จึงควรทำความเข้าใจ อย่างไรก็ตาม ว่า กฎหมายแรกไม่พูดอะไรการกระจายสัมพัทธ์ระหว่างลักษณะพิเศษเหล่านี้จะมีกระบวนการ ในความเป็นจริง กฎหมายแรกไม่ได้ให้เรากล่าวว่า กระบวนการจะเกิดขึ้นทั้งหมด เข้าใจความคืบหน้าของการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ ได้เข้าใจกฎหมายสองที่แนะนำเอนทิตีเป็นเอนโทรปี S วัดในกระบวนการทั้งหมด ในความจริงทั้งหมด (ให้) กระบวนการ การเพิ่มขึ้นของเอนโทรปี มักจะเขียน ΔS > 0 เครื่องหมายทั่วไปของเอนโทรปีเพิ่มขึ้นเป็นความร้อน แม้ว่าจะเป็นโดยไม่มีหลักฐานเฉพาะสำหรับเอนโทรปีเพิ่มขึ้นในระบบที่อุณหภูมิคงและความดัน (เช่นอุบัติระบบ)), มีรวมกฎหมาย และสองในนี้ของกิ๊บส์ ΔG ซึ่งแสดงถึงการทำงานเป็นประโยชน์สูงสุดสามารถดำเนินการตามกระบวนการ กระบวนการจริงอย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปมาทำงานมีประโยชน์น้อยกว่าที่ได้รับอนุญาตจาก ΔG ครั้งแรกราคาว่างจาก inefficiency ในจับพลังงาน บัญชีที่เหมาะสมของเอนโทรปีและประสิทธิภาพต้องอยู่ถ้าเราจะเข้าใจการใช้ประโยชน์พลังงานในระบบชีวภาพ และชีวเคมี
การแปล กรุณารอสักครู่..
Thermodynamics of weight loss diets
Eugene J Fine12* and Richard D Feinman3
* Corresponding author: Eugene J Fine efine@downstate.edu
Department of Nuclear Medicine, Jacobi Medical Center, Bronx, NY, USA
Department of Biochemistry, SUNY Downstate Medical Center, Brooklyn, NY 11203, USA
Department of Biochemistry, SUNY Downstate Medical Center, Brooklyn, NY 11203, USA
For all author emails, please log on.
Nutrition & Metabolism 2004, 1:15 doi:10.1186/1743-7075-1-15
The electronic version of this article is the complete one and can be found online at: http://www.nutritionandmetabolism.com/content/1/1/15
Received: 20 October 2004
Accepted: 8 December 2004
Published: 8 December 2004
© 2004 Fine and Feinman; licensee BioMed Central Ltd.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Abstract
Background
It is commonly held that "a calorie is a calorie", i.e. that diets of equal caloric content will result in identical weight change independent of macronutrient composition, and appeal is frequently made to the laws of thermodynamics. We have previously shown that thermodynamics does not support such a view and that diets of different macronutrient content may be expected to induce different changes in body mass. Low carbohydrate diets in particular have claimed a "metabolic advantage" meaning more weight loss than in isocaloric diets of higher carbohydrate content. In this review, for pedagogic clarity, we reframe the theoretical discussion to directly link thermodynamic inefficiency to weight change. The problem in outline: Is metabolic advantage theoretically possible? If so, what biochemical mechanisms might plausibly explain it? Finally, what experimental evidence exists to determine whether it does or does not occur?
Results
Reduced thermodynamic efficiency will result in increased weight loss. The laws of thermodynamics are silent on the existence of variable thermodynamic efficiency in metabolic processes. Therefore such variability is permitted and can be related to differences in weight lost. The existence of variable efficiency and metabolic advantage is therefore an empiric question rather than a theoretical one, confirmed by many experimental isocaloric studies, pending a properly performed meta-analysis. Mechanisms are as yet unknown, but plausible mechanisms at the metabolic level are proposed.
Conclusions
Variable thermodynamic efficiency due to dietary manipulation is permitted by physical laws, is supported by much experimental data, and may be reasonably explained by plausible mechanisms.
Background
Carbohydrate restriction as a general strategy for weight loss continues to gain in popularity and its utility and generally protective effect in lipid profile and glycemic control continues to be demonstrated, at least in an experimental setting [1-4]. The subject nonetheless remains controversial. Those critics who grant efficacy of low carbohydrate diets nonetheless contend that they act strictly by caloric restriction and there is no special effect of carbohydrate reduction. Beyond caloric restriction, several studies have shown increased weight loss on low carbohydrate diets compared to isocaloric low fat diets, the so-called metabolic advantage (see table 2). Although no clear experimental error has been demonstrated, critics continue to maintain that something must be wrong because the laws of thermodynamics would be violated [5], that "a calorie is a calorie" [6] We have previously shown [2,7] that this is not correct and it is our intention here to review the fundamental physics underlying the phenomenon of metabolic advantage. An outline may be described: Can metabolic advantage happen? If so, what mechanisms might account for such a phenomenon? Does it, in fact, occur?
Table 2.Isocaloric low carbohydrate (CHO) vs. higher carbohydrate investigations
Metabolic advantage: can it happen?
We have previously presented arguments that there is no violation of physical principles [2,7] and, ironically, that suggesting a change in body mass to be independent of macronutrient composition would itself be a violation of the second law of thermodynamics [7]. Here, we reframe these arguments in a more pedagogically direct way and we provide simple examples.
The misunderstanding that continues to be repeated in the expression "a calorie is a calorie" appears to be exclusive reference to the first law of thermodynamics. The difficulty with this theoretical approach is that it is only part of the relevant physics and its relationship to biologic systems. The first law says that in any transformation the total energy in the system can be accounted for by the heat added to the system, the work done by the system on its environment and the change in energy content of all the components of the system. It is important to understand, however, that the first law does not say what the relative distribution between these effects will be for any process. In fact, the first law does not even allow us to say whether the process will occur at all. To understand the progress of a physical change it is necessary to understand the second law which introduces an entity known as the entropy, S, a measure of disorder in all processes. In all real (irreversible) processes, entropy increases, usually written ΔS > 0. The most common marker of increasing entropy is heat, although it is by no means the only evidence for increased entropy.
In systems at constant temperature and pressure (i.e. biologic systems)), the first and second law are combined in the Gibbs Free Energy, ΔG, which represents the maximum useful work that can be performed by the process. The actual process however, in general derives less useful work than permitted by the theoretically available ΔG due to inefficiency in energy capture. A proper accounting of entropy and efficiency must be included if we are to understand energy utilization in biological and biochemical systems.
Eugene J Fine12* and Richard D Feinman3
* Corresponding author: Eugene J Fine efine@downstate.edu
Department of Nuclear Medicine, Jacobi Medical Center, Bronx, NY, USA
Department of Biochemistry, SUNY Downstate Medical Center, Brooklyn, NY 11203, USA
Department of Biochemistry, SUNY Downstate Medical Center, Brooklyn, NY 11203, USA
For all author emails, please log on.
Nutrition & Metabolism 2004, 1:15 doi:10.1186/1743-7075-1-15
The electronic version of this article is the complete one and can be found online at: http://www.nutritionandmetabolism.com/content/1/1/15
Received: 20 October 2004
Accepted: 8 December 2004
Published: 8 December 2004
© 2004 Fine and Feinman; licensee BioMed Central Ltd.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0), which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Abstract
Background
It is commonly held that "a calorie is a calorie", i.e. that diets of equal caloric content will result in identical weight change independent of macronutrient composition, and appeal is frequently made to the laws of thermodynamics. We have previously shown that thermodynamics does not support such a view and that diets of different macronutrient content may be expected to induce different changes in body mass. Low carbohydrate diets in particular have claimed a "metabolic advantage" meaning more weight loss than in isocaloric diets of higher carbohydrate content. In this review, for pedagogic clarity, we reframe the theoretical discussion to directly link thermodynamic inefficiency to weight change. The problem in outline: Is metabolic advantage theoretically possible? If so, what biochemical mechanisms might plausibly explain it? Finally, what experimental evidence exists to determine whether it does or does not occur?
Results
Reduced thermodynamic efficiency will result in increased weight loss. The laws of thermodynamics are silent on the existence of variable thermodynamic efficiency in metabolic processes. Therefore such variability is permitted and can be related to differences in weight lost. The existence of variable efficiency and metabolic advantage is therefore an empiric question rather than a theoretical one, confirmed by many experimental isocaloric studies, pending a properly performed meta-analysis. Mechanisms are as yet unknown, but plausible mechanisms at the metabolic level are proposed.
Conclusions
Variable thermodynamic efficiency due to dietary manipulation is permitted by physical laws, is supported by much experimental data, and may be reasonably explained by plausible mechanisms.
Background
Carbohydrate restriction as a general strategy for weight loss continues to gain in popularity and its utility and generally protective effect in lipid profile and glycemic control continues to be demonstrated, at least in an experimental setting [1-4]. The subject nonetheless remains controversial. Those critics who grant efficacy of low carbohydrate diets nonetheless contend that they act strictly by caloric restriction and there is no special effect of carbohydrate reduction. Beyond caloric restriction, several studies have shown increased weight loss on low carbohydrate diets compared to isocaloric low fat diets, the so-called metabolic advantage (see table 2). Although no clear experimental error has been demonstrated, critics continue to maintain that something must be wrong because the laws of thermodynamics would be violated [5], that "a calorie is a calorie" [6] We have previously shown [2,7] that this is not correct and it is our intention here to review the fundamental physics underlying the phenomenon of metabolic advantage. An outline may be described: Can metabolic advantage happen? If so, what mechanisms might account for such a phenomenon? Does it, in fact, occur?
Table 2.Isocaloric low carbohydrate (CHO) vs. higher carbohydrate investigations
Metabolic advantage: can it happen?
We have previously presented arguments that there is no violation of physical principles [2,7] and, ironically, that suggesting a change in body mass to be independent of macronutrient composition would itself be a violation of the second law of thermodynamics [7]. Here, we reframe these arguments in a more pedagogically direct way and we provide simple examples.
The misunderstanding that continues to be repeated in the expression "a calorie is a calorie" appears to be exclusive reference to the first law of thermodynamics. The difficulty with this theoretical approach is that it is only part of the relevant physics and its relationship to biologic systems. The first law says that in any transformation the total energy in the system can be accounted for by the heat added to the system, the work done by the system on its environment and the change in energy content of all the components of the system. It is important to understand, however, that the first law does not say what the relative distribution between these effects will be for any process. In fact, the first law does not even allow us to say whether the process will occur at all. To understand the progress of a physical change it is necessary to understand the second law which introduces an entity known as the entropy, S, a measure of disorder in all processes. In all real (irreversible) processes, entropy increases, usually written ΔS > 0. The most common marker of increasing entropy is heat, although it is by no means the only evidence for increased entropy.
In systems at constant temperature and pressure (i.e. biologic systems)), the first and second law are combined in the Gibbs Free Energy, ΔG, which represents the maximum useful work that can be performed by the process. The actual process however, in general derives less useful work than permitted by the theoretically available ΔG due to inefficiency in energy capture. A proper accounting of entropy and efficiency must be included if we are to understand energy utilization in biological and biochemical systems.
การแปล กรุณารอสักครู่..
อุณหพลศาสตร์ของการสูญเสียน้ำหนักอาหาร
ยูจีน J fine12 * และริชาร์ด D feinman3
* สอดคล้องกัน ผู้เขียน : ยูจีน เจ ดี efine @ downstate . edu
ภาควิชาเวชศาสตร์นิวเคลียร์ , ศูนย์การแพทย์นิวยอร์กบรองซ์ โคบี้ อเมริกา
ภาควิชาชีวเคมี , SUNY downstate ศูนย์การแพทย์ , Brooklyn , NY 11203 USA
. ชีวเคมี SUNY downstate ศูนย์การแพทย์ , Brooklyn , NY 11203 USA
อีเมลผู้เขียนทั้งหมดโปรดเข้าสู่ระบบ &
โภชนาการเมแทบอลิซึม 2004 1 : 15 ดอย : 10.1186 / 1743-7075-1-15
รุ่นอิเล็กทรอนิกส์ของบทความนี้เป็นสมบูรณ์หนึ่งสามารถพบออนไลน์ที่ http : / / www.nutritionandmetabolism . com / เนื้อหา / 1 / 1 / 15
รับ : 20 ตุลาคม 2547 8 ธันวาคม 2547
รับตีพิมพ์ 8 ธันวาคม 2547
สงวนลิขสิทธิ์ 2004 และปรับ feinman ; ผู้ biomed
เซ็นทรัลจำกัดนี่คือการเปิดบทความเผยแพร่ภายใต้เงื่อนไขของสัญญาอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์แสดงที่มา ( http : / / creativecommons . org / ใบอนุญาต / โดย / 2.0 ) ซึ่งอนุญาตให้ใช้ไม่จำกัดการกระจายและการสืบพันธุ์ในสื่อใด ๆ ให้ทำงานเดิมถูกอ้าง
มันเป็นนามธรรมพื้นหลังที่จัดขึ้น " แคลอรี่เป็นแคลอรี่ " เช่นที่อาหารเนื้อหาแคลอรี่เท่ากันจะมีผลในการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักขององค์ประกอบอิสระเหมือนกัน อาหาร และการอุทธรณ์ เป็น บ่อย ทำให้กฎหมายของอุณหพลศาสตร์ . เราได้เคยแสดงอุณหพลศาสตร์ไม่สนับสนุนเช่นมุมมองที่แตกต่างกันของอาหารและปริมาณอาหารอาจจะคาดว่าจะก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงต่างๆ ในร่างกายโดยรวม .อาหารคาร์โบไฮเดรตต่ำโดยเฉพาะอ้างว่า " เผาผลาญประโยชน์ " หมายถึงน้ำหนักมากขึ้นกว่าในอาหารการสูญเสียวัตถุดิบปริมาณคาร์โบไฮเดรตสูง ในการตรวจสอบนี้ ให้อาจารย์ชัดเจน เรา reframe อภิปรายทฤษฎีเพื่อเชื่อมโยงโดยตรงกับทางอุณหพลศาสตร์ประสิทธิภาพน้ำหนักเปลี่ยนแปลง ปัญหาในร่างสลาย : เป็นประโยชน์ที่เป็นไปได้ในทางทฤษฎี ? ถ้าเป็นเช่นนั้นกลไกทางชีวเคมีที่อาจฟังขึ้นอธิบายมันได้หรือไม่ ในที่สุดสิ่งที่หลักฐานการทดลองที่มีอยู่เพื่อตรวจสอบว่ามันมีหรือจะไม่เกิดขึ้น ?
ลดผลอุณหพลศาสตร์ประสิทธิภาพจะส่งผลในการเพิ่มน้ำหนักการสูญเสีย กฎหมายของอุณหพลศาสตร์จะเงียบในการดำรงอยู่ของประสิทธิภาพ thermodynamic ตัวแปรในกระบวนการเผาผลาญดังนั้นการได้รับอนุญาตดังกล่าว และสามารถเกี่ยวข้องกับความแตกต่างในน้ำหนักที่สูญเสียไป มีอยู่ประสิทธิภาพ ตัวแปร และเผาผลาญประโยชน์ดังนั้นจึงเป็นคำถามเชิงประจักษ์มากกว่าทฤษฎีได้รับการยืนยันโดยการศึกษาทดลองทดลองหลายพิจารณาอย่างถูกต้อง ดำเนินการอภิมาน กลไกที่ยังไม่ทราบแต่กลไกที่เป็นไปได้ในระดับการเผาผลาญเสนอ
สรุปตัวแปรอุณหพลศาสตร์ประสิทธิภาพเนื่องจากการปรับเปลี่ยนอาหารที่ได้รับอนุญาตตามกฎหมายทางกายภาพ , การสนับสนุนจากข้อมูลการทดลองที่ไม่มาก และอาจจะอธิบายได้โดยกลไกที่น่าเชื่อถือพอสมควร
พื้นหลัง
ยูจีน J fine12 * และริชาร์ด D feinman3
* สอดคล้องกัน ผู้เขียน : ยูจีน เจ ดี efine @ downstate . edu
ภาควิชาเวชศาสตร์นิวเคลียร์ , ศูนย์การแพทย์นิวยอร์กบรองซ์ โคบี้ อเมริกา
ภาควิชาชีวเคมี , SUNY downstate ศูนย์การแพทย์ , Brooklyn , NY 11203 USA
. ชีวเคมี SUNY downstate ศูนย์การแพทย์ , Brooklyn , NY 11203 USA
อีเมลผู้เขียนทั้งหมดโปรดเข้าสู่ระบบ &
โภชนาการเมแทบอลิซึม 2004 1 : 15 ดอย : 10.1186 / 1743-7075-1-15
รุ่นอิเล็กทรอนิกส์ของบทความนี้เป็นสมบูรณ์หนึ่งสามารถพบออนไลน์ที่ http : / / www.nutritionandmetabolism . com / เนื้อหา / 1 / 1 / 15
รับ : 20 ตุลาคม 2547 8 ธันวาคม 2547
รับตีพิมพ์ 8 ธันวาคม 2547
สงวนลิขสิทธิ์ 2004 และปรับ feinman ; ผู้ biomed
เซ็นทรัลจำกัดนี่คือการเปิดบทความเผยแพร่ภายใต้เงื่อนไขของสัญญาอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์แสดงที่มา ( http : / / creativecommons . org / ใบอนุญาต / โดย / 2.0 ) ซึ่งอนุญาตให้ใช้ไม่จำกัดการกระจายและการสืบพันธุ์ในสื่อใด ๆ ให้ทำงานเดิมถูกอ้าง
มันเป็นนามธรรมพื้นหลังที่จัดขึ้น " แคลอรี่เป็นแคลอรี่ " เช่นที่อาหารเนื้อหาแคลอรี่เท่ากันจะมีผลในการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักขององค์ประกอบอิสระเหมือนกัน อาหาร และการอุทธรณ์ เป็น บ่อย ทำให้กฎหมายของอุณหพลศาสตร์ . เราได้เคยแสดงอุณหพลศาสตร์ไม่สนับสนุนเช่นมุมมองที่แตกต่างกันของอาหารและปริมาณอาหารอาจจะคาดว่าจะก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงต่างๆ ในร่างกายโดยรวม .อาหารคาร์โบไฮเดรตต่ำโดยเฉพาะอ้างว่า " เผาผลาญประโยชน์ " หมายถึงน้ำหนักมากขึ้นกว่าในอาหารการสูญเสียวัตถุดิบปริมาณคาร์โบไฮเดรตสูง ในการตรวจสอบนี้ ให้อาจารย์ชัดเจน เรา reframe อภิปรายทฤษฎีเพื่อเชื่อมโยงโดยตรงกับทางอุณหพลศาสตร์ประสิทธิภาพน้ำหนักเปลี่ยนแปลง ปัญหาในร่างสลาย : เป็นประโยชน์ที่เป็นไปได้ในทางทฤษฎี ? ถ้าเป็นเช่นนั้นกลไกทางชีวเคมีที่อาจฟังขึ้นอธิบายมันได้หรือไม่ ในที่สุดสิ่งที่หลักฐานการทดลองที่มีอยู่เพื่อตรวจสอบว่ามันมีหรือจะไม่เกิดขึ้น ?
ลดผลอุณหพลศาสตร์ประสิทธิภาพจะส่งผลในการเพิ่มน้ำหนักการสูญเสีย กฎหมายของอุณหพลศาสตร์จะเงียบในการดำรงอยู่ของประสิทธิภาพ thermodynamic ตัวแปรในกระบวนการเผาผลาญดังนั้นการได้รับอนุญาตดังกล่าว และสามารถเกี่ยวข้องกับความแตกต่างในน้ำหนักที่สูญเสียไป มีอยู่ประสิทธิภาพ ตัวแปร และเผาผลาญประโยชน์ดังนั้นจึงเป็นคำถามเชิงประจักษ์มากกว่าทฤษฎีได้รับการยืนยันโดยการศึกษาทดลองทดลองหลายพิจารณาอย่างถูกต้อง ดำเนินการอภิมาน กลไกที่ยังไม่ทราบแต่กลไกที่เป็นไปได้ในระดับการเผาผลาญเสนอ
สรุปตัวแปรอุณหพลศาสตร์ประสิทธิภาพเนื่องจากการปรับเปลี่ยนอาหารที่ได้รับอนุญาตตามกฎหมายทางกายภาพ , การสนับสนุนจากข้อมูลการทดลองที่ไม่มาก และอาจจะอธิบายได้โดยกลไกที่น่าเชื่อถือพอสมควร
พื้นหลัง
การแปล กรุณารอสักครู่..
ภาษาอื่น ๆ
การสนับสนุนเครื่องมือแปลภาษา: กรีก, กันนาดา, กาลิเชียน, คลิงออน, คอร์สิกา, คาซัค, คาตาลัน, คินยารวันดา, คีร์กิซ, คุชราต, จอร์เจีย, จีน, จีนดั้งเดิม, ชวา, ชิเชวา, ซามัว, ซีบัวโน, ซุนดา, ซูลู, ญี่ปุ่น, ดัตช์, ตรวจหาภาษา, ตุรกี, ทมิฬ, ทาจิก, ทาทาร์, นอร์เวย์, บอสเนีย, บัลแกเรีย, บาสก์, ปัญจาป, ฝรั่งเศส, พาชตู, ฟริเชียน, ฟินแลนด์, ฟิลิปปินส์, ภาษาอินโดนีเซี, มองโกเลีย, มัลทีส, มาซีโดเนีย, มาราฐี, มาลากาซี, มาลายาลัม, มาเลย์, ม้ง, ยิดดิช, ยูเครน, รัสเซีย, ละติน, ลักเซมเบิร์ก, ลัตเวีย, ลาว, ลิทัวเนีย, สวาฮิลี, สวีเดน, สิงหล, สินธี, สเปน, สโลวัก, สโลวีเนีย, อังกฤษ, อัมฮาริก, อาร์เซอร์ไบจัน, อาร์เมเนีย, อาหรับ, อิกโบ, อิตาลี, อุยกูร์, อุสเบกิสถาน, อูรดู, ฮังการี, ฮัวซา, ฮาวาย, ฮินดี, ฮีบรู, เกลิกสกอต, เกาหลี, เขมร, เคิร์ด, เช็ก, เซอร์เบียน, เซโซโท, เดนมาร์ก, เตลูกู, เติร์กเมน, เนปาล, เบงกอล, เบลารุส, เปอร์เซีย, เมารี, เมียนมา (พม่า), เยอรมัน, เวลส์, เวียดนาม, เอสเปอแรนโต, เอสโทเนีย, เฮติครีโอล, แอฟริกา, แอลเบเนีย, โคซา, โครเอเชีย, โชนา, โซมาลี, โปรตุเกส, โปแลนด์, โยรูบา, โรมาเนีย, โอเดีย (โอริยา), ไทย, ไอซ์แลนด์, ไอร์แลนด์, การแปลภาษา.
- Where did u buy this one?
- ความคิดสร้างสรรค์
- ฉันกลับไปแต่ร่างกาย หัวใจฉันอยู่ที่นี่
- Previous studies have established variou
- 在面包上涂果酱。
- คุณทำงานล่วงเวลาด้วยใช่ไหม
- ฟังเพลงบนยูทุป
- 안녕하세요 . 주말 잘 보내고 계시지요?.프로그램 정리 한다고 늦어서요.
- This is my Art’s work. I’m very proud on
- 2. Methodology2.1. Research frameworkFig
- กลับแล้วหรอครับ
- Aftercomplete digestion with HaeIII, Liu
- ผู้ติดเกมส์
- What are Giveaways?Giveaways are held re
- Raises various
- พระราชกุศล
- คุณค่าที่คุณคู่ควร
- หลังจากนั้น ฉันคิดว่าจะทำอะไร
- it's fine with no problem. just let me k
- for the makers
- กำลังรอเธอคนนั้น
- เมื่อคืนตอนฉันนอนฉันกลับไม่เจอใครไม่เหมื
- Long Boat-Racing (September and October)
- มีการตรวจสอบการบริหารของโรงเรียน
