Kalorier, joule och energi – här reder vi ut begreppen

Kalorier, joule och energi – här reder vi ut begreppen

Men vad är energi egentligen? Energi som begrepp känns ganska abstrakt för alla oss som inte är fysiker: den är oförstörbar och kan anta många olika former. Energi behövs för att utföra det som fysikerna kallar för arbete. Vi använder den för att vi ska kunna röra på oss och den håller oss varma. Energi kan förekomma i flera former, till exempel lagrad som kemisk energi i maten vi äter, vilken sedan kan omvandlas till rörelseenergi och värmeenergi. Andra former är exempelvis ljusstrålning och värmestrålning.

Det mesta av den energi som levande organismer använder kommer ursprungligen från solen. Från solen färdas den i form av olika sorters strålning, som ljus, värme och ultraviolett strålning. Energin från strålningen värmer upp jordens yta, men en viss del av ljusstrålningen kan fångas upp och omvandlas till kemisk energi av växter och vissa bakterier. I växterna sker omvandlingen, fotosyntesen, i en organell som kallas för kloroplast. Kloroplasterna innehåller det energiomvandlande ämnet klorofyll, det som ger växterna dess gröna färg. Växterna kan sedan lagra energin som fetter, kolhydrater och proteiner och det är ur dessa näringsämnen som vi hämtar det mesta av vår energi.

Energi

Genom vår utveckling har jakten på energi varit en av de största drivkrafterna. För många organismer är energiskillnaden mellan liv och död. Energi har alltid varit en bristvara och den i särklass mest begränsande faktorn för överlevnad och förökning. Detta har drivit utvecklingen till att göra våra kroppar till experter på att hushålla med energi. De har trimmats för att lagra överskottsenergi som kroppsfett, vilket kan användas som buffert då energitillgången är dålig. Beroende på hur mycket kroppsfett vi har kan det hålla oss vid liv en till två månader. Vi är också mycket duktiga på att utnyttja den energi som finns i maten så att så lite som möjligt går till spillo. Dessutom finns det många sätt som vi kan minska energiförbrukningen på om situationen så kräver. Dels genom att minska grundförbrukningen i vila, dels genom att vi får mindre lust att röra på oss om tillgången på mat är dålig.

Energin från maten

Energin i maten vi äter kommer i huvudsak från de tre näringsämnena protein, kolhydrater och fett, men även i mindre mängd från organiska syror som finns i frukter och vissa grönsaker. Dessutom får vi i oss energi från alkohol, men det ger oss förhållandevis lite – förutsatt att man inte konsumerar mycket alkoholhaltiga drycker förstås. På senare år har man också räknat med fibrer som energigivande. Fibrer kan inte brytas ner av våra kroppar, men i vår tjocktarm finns miljarder bakterier som bryter ned fibrerna. Bakterierna efterlämnar så kallade korta fettsyror som tas upp genom tarmväggen och bidrar med en viss mängd energi som är ca 1–2 kcal per gram beroende på vilken fibertyp det handlar om och vilken bakterieflora man har. De korta fettsyrorna, bland annat ättiksyra, propionsyra och smörsyra, har många viktiga hälsoeffekter som vi kommer att diskutera längre fram.

Energiinnehållet i den mat vi äter mäts i kilojoule. Ofta använder man dock enheten kilokalori som är en gammal stenåldersenhet som av någon anledning har dröjt sig kvar i näringssammanhang. En kalori motsvarar den mängd energi som behövs för att värma ett gram vatten en grad Celsius. En joule motsvarar den mängd energi som behövs för att flytta kraften en newton en meter i kraftens riktning. Numera försöker man att alltmer gå över till användandet av kilojoule.

Energiinnehåll per gram:

1 kalori (cal) = 4,18 joule (J), kilo (k) = prefix som betyder 1 000

Hur beräknas energiinnehållet i näringsämnena?

Energiinnehållet som deklareras på livsmedelsförpackningar syftar på hur mycket kemisk energi maten innehåller. När man tar reda på detta tar man en bit av livsmedlet eller näringsämnet ifråga och eldar upp det. Därefter mäter man hur stor mängd energi som avges i form av värme. Värmemängden räknas sedan om till kalorier och joule. Men det här är faktiskt ganska långt ifrån vad som verkligen händer med näringsämnena i våra kroppar. Visst förbränns de, men knappast under öppen låga. På grund av detta kan energiangivelser på livsmedelsförpackningar vara en smula missvisande: En viss mängd kalorier från protein ger exempelvis inte kroppen lika mycket tillgänglig energi som motsvarande mängd kolhydrater. Fleromättade fetter innehåller mer kemisk energi än mättade, men i kroppen fungerar det tvärtom. Dessutom kan den tillgängliga mängden energi variera beroende på olika yttre omständigheter. De olika näringsämnena ger också olika upplevd mättnad per kalori och dessutom blir man mätt på olika sätt beroende på vad det är man stoppar i sig. Till exempel ger proteinrik mat en typ av mättnad och kolhydratrik en annan.

Energibehovet

Vårt energibehov styrs av flera faktorer. Värmeproduktion, fysisk aktivitet (rörelse) och tillväxt är faktorer som alla kräver energi. I detta avsnitt kommer vi att diskutera vad som påverkar energibehovet.

Energibalans

Energibalans är ett begrepp man brukar använda för att beskriva det tillstånd då kroppen får i sig exakt så mycket energi som den gör av med. Vid energibalans är man därför också viktstabil och ingen extra energi vare sig lagras eller tas från fettvävnaden. Vid energibalans är energiintaget lika stort som energiutgifterna. Ett samband som är förrädiskt enkelt.

Energiintaget kan vi påverka genom vad vi stoppar i oss. Energiutgifterna påverkas av fysisk aktivitet, men också genom vilka näringsämnen som vi stoppar i oss. Om kosten innehåller en stor del protein avgår mer energi som värme, vilket i praktiken innebär att energiutgifterna ökar. Detta gäller också om vi äter fetter från fisk och nötter jämfört med fetter från ko eller gris.

När det gäller den fysiska aktiviteten har kroppen mekanismer för att styra vår vilja eller benägenhet att röra på oss. Detta påverkar förstås också utgifterna. Kroppen kan på kortare sikt motverka viktminskning om vi plötsligt börjar äta mindre, bland annat genom att vi rör på oss mindre, men också genom att minska viloförbrukningen. Omvänt kan också kroppen motverka viktuppgång om vi medvetet överäter under kortare tid. Detta åstadkoms genom att ämnesomsättningen ökar och vi blir mer benägna att röra på oss. Dessutom regleras aptiten så att vi generellt blir hungrigare vid energibrist och mindre hungriga vid energiöverskott. Aptitregleringen är antagligen den faktor som påverkar vår viktbalans allra mest.

Basal energiförbrukning

Den basala energiförbrukningen är din grundförbrukning. Det är den mängd energi som du förbrukar under total vila, det vill säga när du ligger och är absolut stilla. Den basala energiförbrukningen kallas för BMR (Basal Metabolic Rate). I vetenskapliga sammanhang pratar man ofta om REE, Resting Energy Expenditure. REE innebär ungefär samma sak som BMR, men REE är inte lika strikt definierat vilket gör att REE är något högre än BMR.

Viloförbrukningen står organ som lever, njurar, lungor och hjärna för, men även muskler förbrukar en viss mängd energi under total vila. Din basala energiförbrukning kan du inte påverka på kort sikt, men om du ökar i muskelmassa ökar också din basala energiförbrukning. Den basala energiförbrukningen är proportionell mot hur stor din fettfria kroppsmassa är, det vill säga den andel av din kropp som inte består av fett. Det finns små individuella variationer, men skillnaden mellan män och kvinnor är förvånansvärt liten. Den basala energiförbrukningen minskar något med stigande ålder. Om man svälter eller fastar förlorar kroppen både fett och muskler i snabb takt. När man sedan börjar äta igen är det framför allt fettdepåerna som byggs upp. Det kan betyda att ju fler och ju längre perioder av fasta man har genomgått desto mindre muskelmassa har man i regel. Minskar muskelmassan påverkas också förbränningen negativt och detta medför att risken för att öka i vikt igen blir större – jojo-bantning är ett faktum.

Att kroppen gynnar uppbyggnad av kroppsfett i stället för muskelmassa är en evolutionär anpassning. Om man fastar vet inte kroppen att detta är något man frivilligt utsätter sig för och försöker hushålla med resurserna på bästa sätt för att maximera överlevnaden. Muskler kostar energi medan fettdepåer är en bra reserv att ha om man råkar ut för en svältsituation igen. Ett bra sätt att motverka muskelförluster vid viktminskning är att motivera för kroppen att musklerna behövs och det gör man bäst genom styrketräning!

Fysisk aktivitet

Fysisk aktivitet är benämningen på allt muskelarbete som våra kroppar gör åt oss. För att kunna vara fysiskt aktiv behöver våra muskler energi. Fysisk aktivitet kan alltså vara allt ifrån att springa till att lyfta skrot, men också obetydligt ansträngande aktiviteter som att klia sig eller blinka förbrukar energi, även om det är fråga om mycket små mängder, förstås. Den fysiska aktiviteten är den faktor som varierar mest mellan olika individer. Det är ganska lätt förstå att det är en enorm skillnad i fysisk aktivitet mellan en elitidrottare och en sängbunden person. Men det är också stor skillnad mellan fysiskt aktiva motionärer med rörligt jobb och bilåkande kontorsråttor, vilka båda är exempel på vanliga livsstilsmönster.

Den fysiska aktiviteten är den del av energiförbrukningen som du kan påverka mest – för en del individer är den faktiskt fem gånger högre än den basala. I regel är dock energiåtgången för den fysiska aktiviteten 0,5–1 gånger den basala. Behöver du öka dina energiutgifter i förhållande till energiintag, för att exempelvis minska i vikt, är det förstås en god idé att öka den fysiska aktiviteten. Fysisk aktivitet är också nödvändigt för att stimulera muskelcellerna att öka muskelmassan. Vid viktminskning är det mycket viktigt för att minimera förlusterna av muskelmassa och minimera risken för jojo-bantning.

Tillväxt

Tillväxt är en viktig energiförbrukande faktor, men bara för dem som växer. Tillväxt är energikonsumerande på ett indirekt sätt eftersom kroppens celler behöver näring, framför allt proteiner och fetter, att använda som byggstenar. Det är därför inte fråga om en ren energikonsumtion eftersom den mesta energin finns lagrad i de fetter och proteiner som blir de nya byggstenarna. En viss mängd energi går förstås åt hos alla när kroppens celler delar på sig och blir fler, men energiförbrukningen vid tillväxt har ändå störst betydelse för växande barn, gravida och i viss mån även för idrottare vars muskelmassa ökar. För atleter som exempelvis kroppsbyggare är det faktiskt en ganska liten mängd energi som används till själva muskelbygget. En kroppsbyggare ökar kanske ett par kilo i kroppsvikt per år i bästa fall, medan ett nyfött barn nästan tredubblar sin kroppsvikt under det första levnadsåret! Det mesta av ”tillväxtenergin” som används av kroppsbyggaren går till reparation av celler som har skadats av träningen. Men varför måste man äta så mycket energi om man vill öka i muskelmassa, kanske du undrar? Svaret ligger i att man förbränner energi under träningen och för att kroppen ska förstå att det finns god tillgång på bränsle och byggstenar. Dessutom är träning muskelnedbrytande och då krävs det byggstenar för att kroppen ska repareras. Det ökade energibehovet vid muskelbygge handlar alltså i första hand om att man ökar den fysiska aktiviteten och BMR.

Termogenes

Termogenes betyder värmeproduktion och ingår förstås som en del i den basala energiförbrukningen. Dock kan man med kostens hjälp påverka hur stor del av energin man stoppar i sig som blir till värme. Fördelningen mellan de energigivande näringsämnena är till exempel en sak som påverkar. Äter du mycket protein och omättade fetter blir värmeförlusterna större än om du gör tvärtom. Även intag av kryddor som chili, vitlök, ingefära och kanel kan påverka värmeproduktionen. Dessa termogena effekter är inte jättestora, men i längden kan de påverka en hel del.

Hur beräknas energibehovet?

Det finns många metoder att mäta eller beräkna sitt energibehov på. Man kan mäta det direkt eller indirekt, men det vanligaste är att man använder sig av olika beräkningsformler för att uppskatta behovet.

Direkt kalorimetri

Principen är enkel: den person man vill mäta energiförbrukning på stängs in i ett värmeisolerat rum och sedan mäts värmeproduktionen. Denna är proportionell mot energiförbrukningen.

Direkt kalorimetri är ett ganska omständligt sätt att mäta energiförbrukningen på och används i dag mycket sällan i detta syfte. En stor nackdel med metoden är att man måste vara instängd i kammaren under lång tid och att det knappast speglar en genomsnittlig dag då det exempelvis gäller fysisk aktivitet.

Indirekt kalorimetri

Ett annat sätt att mäta ämnesomsättningen är med så kallad indirekt kalorimetri. Metoden går ut på att man mäter mängden syre som förbrukas av testpersonen. För själva mätningen krävs specialapparatur som mäter den syrgas som försökspersonen tar upp. Syreförbrukningen speglar nämligen hur stor energiförbrukningen är eftersom syre används till förbränningen av energigivande näringsämnen.

Man kan också mäta mängden koldioxid som produceras och även mängden av denna gas är proportionell mot energiförbrukningen eftersom koldioxid är slutprodukten av förbränningen. Nackdelen med att mäta koldioxidproduktionen är att kroppen har stora förråd av koldioxid löst i blodet och i andra vätskor och en sådan mätning blir mer otillförlitlig.

Det optimala när det gäller indirekt kalorimetri är att mäta både hur mycket syre som förbrukas och hur mycket koldioxid som produceras. Förhållandet mellan dessa gaser kallas för respiratorisk kvot och den kan ge en fingervisning om huruvida kroppen förbränner kolhydrater eller fett. Är kvoten 1,0 är det fråga om ren kolhydratförbränning och går den ned mot 0,7 är det fettförbränning det är fråga om. I regel brukar kvoten ligga på 0,85 hos individer som äter blandad kost.

Uppskattat energibehov

Den vanligaste metoden för att bestämma energiförbrukning är att uppskatta den. Första steget i en sådan uppskattning är att man uppskattar den basala energiförbrukningen. För att göra den uppskattningen använder man sig av schablonformler där man tar hänsyn till kroppsvikt, kön och ålder.

Ett exempel på en sådan formel är den som Världshälsoorganisationen (WHO) har utvecklat.

Uppskattning av basala energiförbrukningen i kcal

Ett annat exempel på en formel för beräkning av BMR är Harris-Benedicts formel.

Beräkning av BMR i kcal enligt Harris-Benedicts formel

I ovanstående formler har man inte tagit hänsyn till kroppssammansättningen. Det gör att beräkningen av BMR kan bli mycket felaktig för personer med hög kroppsvikt men med en relativt liten mängd fettfri kroppsmassa. En sådan person får felaktigt ett högre uträknat BMR-värde. Det finns också formler som baseras på den fettfria kroppsmassan. Ett exempel på en sådan formel är Katch-McArdles formel: (21,6 × fettfri kroppsmassa i kilogram) + 370 och den snarlika Cunninghams formel: 500 + (22 × fettfri kroppsmassa i kilogram). I de två senare formlerna tar man hänsyn till fettfria kroppsvikten, vilket ger ett mer korrekt värde.

Men då uppkommer förstås problemet hur man får ett korrekt värde på den fettfria kroppsmassan. Bra metoder för att bestämma den fettfria kroppsmassan är exempelvis undervattensvägning eller air displacement plethysmography (till exempel Bodpod). Det finns också formler där man tar hänsyn till det lilla BMR-bidraget som fettmassan ger. Fettväven förbrukar också energi, men den påverkan är mycket liten.

Aktivitetsmultiplar

Nästa steg är att beräkna hur mycket energi vi gör av med på fysisk aktivitet. För att räkna ut det använder man så kallade aktivitetsmultiplar. Principen är enkel men tidsödande, i alla fall om man gör det för hand. För att få en bra bedömning av den fysiska aktiviteten krävs det att man använder en aktivitetsdagbok där man antecknar alla sina aktiviteter med fem minuters mellanrum. Ju mindre intervall man delar in dagen i desto noggrannare blir uppskattningen.

Energiinnehåll per gram

Exempel

Martin väger 85 kilo och är 29 år. Hur många kalorier blir han av med under ett dygn om han ligger alldeles stilla hela dygnet så när som på en 20 minuters promenad? I det här exemplet har vi använt WHO:s formel ovan som inte tar hänsyn till den fettfria kroppsmassan.

Att gå kräver tre gånger så mycket energi som att vila: 1,37 kcal/min × 20 minuter × 3 = 82,5 kcal. Den totala energiförbrukningen enligt formeln blir då 82,5 + 1 979,5 = 2 062 kcal.

Lita inte för mycket på uppskattningen!

Aktivitetstabellen ger grova uppskattningar. Det som upplevs som tung träning av en person kanske en annan upplever som lätt. Ta styrketräning till exempel: Är det fråga om en hårdtränande kroppsbyggare eller styrkelyftare, eller är det kanske en nyfrälst motionär som har hanteln i ena handen och mobiltelefonen i den andra? Dessutom finns det felkällor i beräkningen av BMR.

Många som arbetar professionellt med kostrådgivning använder sig därför inte av energiberäkningar. I stället utgår man från den kost klienten äter i nuläget och gör förändringar utifrån det beroende på vad klientens målsättning är.

Ett annat sätt att avgöra om man är i energibalans eller inte är att titta på vågen: Om man går upp i vikt är energiintaget större än utgifterna och om man minskar i vikt är förhållandet det motsatta. Känner man sig kraftlös och inte orkar med träningen ordentligt kan det vara en god idé att öka energiintaget.