에너지 균형 이론 이란?

에너지 균형 이론은 에너지 섭취와 에너지 소비가 같으면 몸무게가 불변한다는 것을 나타난다. 에너지 균형은 뚱뚱하든 야위었든 어떤 상태에서나 이루어질 수 있다. 에너지 소비에 비해 섭취가 적으면, 에너지 균형은 마이너스가 되어 체중이 감소한다. 한편 소비에 비해 에너지 섭취가 많으면, 에너지 균형은 플러스로 여분의 에너지가 몸에 저장되어 체중이 증가하게 된다. 에너지는 일할 수 있는 능력으로 정의되는데, 영양 측면에서 에너지는 열량 단위인 킬로칼로리(kcal) 또는 일의 단위인 킬로줄(kJ)로 측정된다. 유럽에서는 킬로줄이 에너지의 표준 단위이고 미국에서는 보통 킬로칼로리가 사용된다. 물 1kg을 섭씨 1℃ 올리는데 필요한 열량을 kcal라 한다. 실질적인 의미에서 kcal는 몸에 사용되거나 방출된 에너지양을 측정하는 단위다.

 

 

1. 에너지 섭취: 음식을 통한 칼로리 섭취

에너지는 음식이나 음료에서 섭취된 탄수화물, 지방질, 단백질과 같이 열량을 내는 영양소를 통해 얻는다. 체중을 감량하고자 노력하는 사람들은 음식물의 열량을 피해야 할 적으로 여긴다. 그러나 음식과 열량은 생명에 필수적인 존재이다. 엔진을 움직이기 위해 연료가 필요한 것처럼 열량은 생명을 유지하기 위해 없어서는 안 되는 꼭 필요한 요소다. 열량은 섭취한 음식량과 그 음식물의 영양소 조성에 달려 있다. 식품의 열량은 실험실에서 정확히 측정되거나, 영양소의 조성을 계산하여 추정할 수 있다.

 

1-1. 음식물 속 에너지량 측정

식품의 열량은 실험실의 폭발열량계로 측정할 수 있다. 폭발열량계는 물이 담긴 관으로 둘러싸인 공간으로 이루어져 있다. 식품은 이 공간에서 연소되는데, 연소되는 동안 열이 방출되어 물의 온도가 올라간다. 물 1kg을 1℃ 올리는데 필요한 열량이 1kcal라는 사실에 기초하여 음식의 열량을 계산한다.
폭발열량계 내에서는 음식의 연소로 열량을 측정할 수 있다. 그러나 몸속에서는 완벽하게 소화, 흡수, 사용되지 않기 때문에 폭발열량계에서 측정된 값은 흡수된 에너지보다 약간 높을 수 있다. 이 차이를 보정하기 위해, 소변이나 대변으로 손실되는 양을 실험을 통해 계산하였다. 폭발열량계의 값에서 이러한 에너지를 뺌으로써 유용한 에너지를 보다 정확하게 측정할 수 있다. 이를 통해 탄수화물(g당 4kcal), 지방(g당 9kcal), 단백질(g당 4kcal), 알코올(g당 7kcal)로 구성된 에너지량을 측정할 수 있다.
어떤 식품의 영양 성분을 알게 되면, 그 음식 속의 탄수화물, 지방, 단백질로부터의 전체 에너지 항목을 어림잡을 수 있다. 비타민, 무기질, 물 등은 필수 영양소이지만 몸에 에너지를 공급하지는 않는다. 탄수화물과 단백질은 1g당 약 4kcal를 생산한다. 거의 순수 탄수화물인 설탕 5g은 약 20kcal(5gX4kcal/g)이고, 순수 단백질인 건조된 달걀흰자 또한 5g에 약 20kcal(5gX4kcal/g)를 발행한다. 지방은 가장 농축된 에너지 급원으로 1g당 9kcal를 내므로, 순수지방인 옥수수유 5g은 45kcal(5gX9kcal/g)의 열량을 낸다.
알코올은 g당 7kcal를 생산한다. 대부분의 음식은 혼합물이다. 가령 피자 큰 것 한 조각의 영양소가 단백질 15g, 탄수화물 50g, 지방 10g이라면, 이 피자의 열량은 (4kcal/gX단백질 15g) + (4kcal/gX탄수화물 50g) + (9kcal/gX지방 10g) = 350kcal이다. 음식물의 에너지 성분에 관한 정보는 음식물 구성표와 데이터베이스 그리고 식품 라벨에서 알 수 있다. 식품 라벨의 영양 정보 부분에는 음식물의 총열량을 표기한다.

 

2. 에너지 소비: 신체가 사용하는 에너지

매일 우리 몸이 사용하는 에너지, 즉 총에너지 소비량(total energy expenditure; TEE)은 일상적인 신체활동에 필요한 에너지뿐만 아니라 음식물 소화나 심장박동과 같은 기본적인 몸의 기능을 유지하기 위해 필요한 에너지의 소비를 포함한다. 또한 성장기나 임신기 여성은 새로운 조직을 합성하는데 필요한 에너지가 포함되며, 수유기 여성에게는 수유에 필요한 에너지가 포함된다. 소량의 에너지는 추운 환경에서 체온을 유지하기 위해 사용된다.

 

2-1. 기초대사량

대부분의 사람들은 기초대사를 위해 신체의 총에너지 소비량의 60~75%까지 사용한다. 기초대사는 신체가 숨 쉬고, 혈액을 순환시키고, 체온을 조절하고, 조직을 형성하고, 폐기물을 제거하고, 신경 신호를 보내는 것과 같이 생존을 위해 하는 무의식의 모든 것을 포함한다. 즉 기초적으로 없어서는 안 되는 대사 반응과 생명 유지 기능에 필요한 에너지를 포함하며 기초대사량(BMR) 값은 kcal/h로 표현된다. 그러나 신체 활동을 위해 또는 음식의 소화와 흡수를 위해 필요한 에너지는 포함되지 않는다. 그러므로 활동을 위해 사용되고 있거나, 음식을 처리하고 잔여의 에너지를 최소화하기 위해, 기초대사량은 식후 12시간이 지난 후 기상 전 아침에 따뜻한 방에서 측정된다. 그러나 이 상태를 유지하는 어려움 때문에, 음식 섭취나 운동과 활동을 하지 않고 약 5~6시간 지난 후 측정한다. 이 상태에서 측정하게 되는 에너지 소비 수치를 휴식대사량(RMR) 또는 휴식대사 에너지 소비량(REE)이라고 한다. 휴식대사량값은 기초대사량 값보다 대략 10~20% 정도 높다.

기초대사량은 체중, 성, 성장률 및 나이와 같은 요인들에 의해 영향을 받는다. 기초대사량은 체중이 늘어나면 증가하고 무거울수록 높아지고 또한 제지방 조직이 많아지면 증가한다. 따라서 남성이 여성에 비해 제지방이 적고 근육이 많기 때문에 여성보다 남성의 기초대사량이 일반적으로 높다. 에너지가 새로운 신체 조직을 생산하는 데 필요하므로 기초대사량은 성장기에 증가했다가 나이가 들수록 감소하는데, 이는 노인에게서 흔히 일어나는 근육의 손실에 기인한다. 기초대사량은 어떤 비정상적인 상태에서 변화되는데 체온의 상승은 기초대사량을 늘리는데, 정상 체온보다 1℃ 정도 높으면 기초대사량은 7% 증가한다. 즉, 발열 시 체중이 감소하는 것으로 설명할 수 있다.

갑상선 호르몬의 이상은 기초대사량에 영향을 줄 수 있는데, 이 호르몬을 과잉 생산하는 사람은 많은 에너지를 소모하게 된다. 사실 갑상선 호르몬 과잉 여부의 진단 시, 그 증상은 이유 없는 체중 감소이다. 갑상선 호르몬의 기능 저하 상태에서는 적은 에너지만을 필요로 한다. 이와 같이 갑상선에 의해 생산된 호르몬이 에너지 소비에 영향을 미친다는 사실은 비만이 한때 유전적인 문제로 설명된 이유다. 그러나 지금은 갑상선의 호르몬 결핍증으로 인한 비만인 경우는 드물다는 것을 알고 있다. 대사율 또한 저열량 음식물에 의해 영향을 받을지도 모른다. 에너지 흡수의 저하는 10~20%의 휴식대사량을 떨어뜨리며, 이는 하루 100~400kcal와 맞먹는 양이다. 기초대사량의 저하는 체중 유지에 필요한 에너지량의 감소를 의미하기 때문에 단식에는 효과적으로 적용되지만 의도적인 체중 감량은 더 어렵게 한다.