«Посчитай за меня калории»: как один браслет избавил от необходимости фотографировать и взвешивать еду
Очень многие люди хотят следить за питанием, чтобы держать под контролем вес или добиться лучших результатов в спорте. Какими бы ни были цели, средства схожи: надо регулярно взвешиваться, записывать все, что ешь. Иной раз доходят до «сегодня съел 38 граммов моркови». Расход времени и волевого ресурса часто заставляет отказаться от такого контроля. С учетом специфики современного образа жизни это со временем ведет к серьезным проблемам со здоровьем. Кажется, выхода нет? Не совсем: новые технологии постепенно меняют эту картину.
Реклама. ООО «Хилби», ИНН 7725756196. Erid: 2VtzqxaR1pJ
Почему калории, отображаемые на носимых устройствах, часто мало что значат
Нельзя сказать, что неудобства постоянного подсчета калорий раньше не привлекали внимание разработчиков по всему миру. Практически любые смарт-часы нашей эпохи показывают количество калорий, которые человек тратит на тренировке или в покое. Беда в том, что уровень надежности этих данных, мягко говоря, невелик.
Возьмем стандартные Apple Watch (хотя на их месте могла быть почти любая марка): как они узнают, сколько калорий вы потратили? Все очень просто: оптический датчик измеряет пульс, а акселерометр — изменения ускорений, типичные для шагов. На основе заранее заложенной модели устройство определяет: человек такого-то возраста должен тратить примерно столько энергии при таком пульсе и при такой частоте шагов. В покое данные по пульсу тоже идут в модель, и она оценивает расход энергии, опираясь, по сути, только на пульс.
Вставка: видео, где человека с помощью Apple Watch находит «пульс» у палки колбасы. Подпись: Опора на измерение пульса для расчета расхода калорий часто довольно ненадежна
Есть нюанс: люди расходуют энергию очень по-разному. Марафонец на Олимпиаде бежит десятки километров подряд на скорости 21 километр в час, но тратит при этом всего 0,90-0,95 килокалории на километр на килограмм веса. То есть чтобы пробежать свои 40 верст, он потратит столько же килокалорий, сколько получил бы от пяти-шести плиток шоколада.
Среднестатистический человек (не увлекающийся спортом) не сможет пробежать быстрее 12 километров в час и километра. Тратить при этом он будет уже 1,15 килокалории на километр на килограмм — и то, если ему повезет, может быть, и хуже. Если бы он мог без подготовки пробежать марафон (это смертельно опасно!), то потратил бы столько же энергии, сколько содержится в девяти плитках шоколада. Даже если он пройдет ту же дистанцию пешком (на это понадобится целый рабочий день), то потратит столько же энергии, как марафонец с Олимпиады, который пробежит ее за два часа.
То же самое касается покоя. Охотник-собиратель из Танзании или спортсмен из Москвы в покое может израсходовать за час отдыха на диване до десятков процентов меньше энергии, чем обычный человек. Причина главным образом в том, что у него банально ниже индекс массы тела, но есть и другие, менее значимые моменты.
Многие дополнительные факторы еще сильнее могут искажать баланс. Вот один человек со смарт-часами любит загорать, а второй — нет. Казалось бы, при чем тут калории?
Все просто: у любителя соляриев и пляжа выше уровень витамина D, а он повышает активность митохондрий. Энергию мы можем получать и помимо них (анаэробный путь), но тогда расход энергии кратно возрастает. Выходит, пульс и шаги у загорелого и бледнокожего отражают прилично различающийся расход энергии.
И не надо думать, что это относится только к фанатам ЗОЖ или бушменам, бегающим за антилопой с копьями по Калахари. Ничего подобного: ответственные за всю эту механику гены у нас абсолютно одни и те же.
Сели на диету и резко ограничили себя в питании? Ваше тело мгновенно «вспомнило», что 100 тысяч лет назад ваши предки тоже были бушменами: оно интерпретировало ограничения калорий как опасную для жизни ситуацию и включило режим экономии. Даже при том же самом пульсе вы начнете тратить несколько меньше энергии и в покое, и при обычной ходьбе, скорость которой, кстати, незаметно для вас может упасть.
На практике это означает, что человек, озаботившись своим здоровьем (диета и спорт), глядя в выдачу часов, будет думать, что уж теперь-то он сжигает куда больше калорий, то есть вес скоро начнет падать. В реальной жизни масса тела почему-то не торопится сильно снижаться. Как тут не плюнуть на всю эту неработающую историю?
Другой вариант: поставить на телефон приложение для подсчета калорий. Первый день — сплошной энтузиазм: человек бодро взвешивает куриную грудку, гуглит калорийность соуса, прикидывает, сколько граммов риса он бросил в тарелку. Через два дня выясняется, что перекус на бегу от одной деловой встречи к другой не удается внести в приложение. Через три — что кофе с сиропом, перехваченный по дороге, вообще непонятно какой калорийности.
Считать на глаз? Неплохо, но капитально это ситуацию не изменит. Даже если вы полностью откажетесь от питания вне дома (куда проще сказать, чем сделать), и тогда прорыва не будет. Ведь вы по-прежнему будете считать только то, что съели.
А как посчитаете переключение организма в более энергоэффективный режим? Что предпримете, когда этот режим сделает снижение калорийности на 10 процентов от обычного неделями не влияющим на то, что показывают весы?
Как научиться зрить в корень
Если мы хотим по-настоящему закрыть вопрос, надо разобраться, как на самом деле работают калории в нашем питании. Все дело в том, что съеденная пища не превращается мгновенно в некий показатель калорий. Система работает сложнее и интереснее.
Сначала пища переваривается, причем у разных людей по-разному. Все эти надписи на упаковках продуктов основаны на системе Этуотера, где на грамм белков насчитывают примерно четыре килокалории, а на грамм жиров — примерно девять. Но у реальных людей разная микробиота кишечника: у увлекающихся спортом — одна, у неспортсменов — совсем иная.
Всего один пример: люди, у которых в кишечнике много бактерий Firmicutes или Bacteroidetes, получают из клетчатки дополнительные калории, поскольку эти бактерии делают из нее короткоцепочечные жирные кислоты. У других людей эта клетчатка просто пройдет через кишечник без особых изменений.
Хотя эксперименты по изменению микробиоты на людях труднореализуемы по этическим соображениям, единичный опыт такого рода без легального разрешения случился еще в 2014 году. Он показал, что если образец кишечных бактерий атлета попадет в кишечник обычного гражданина, у того серьезно изменится реакция не только на поступающую пищу, но и на повседневные нагрузки (начнет переносить их легче). Сходные результаты получили в экспериментах на мышах, которым давали фекальный трансплантат человека-спортсмена.
На этом приключения на трассе «тарелка — калории» не заканчиваются. Когда организм получает из кишечника глюкозу и она идет по кровотоку, часть ее запасается в гликогене, а часть сразу идет в клетки. Часть вообще может быть использована печенью для синтеза жиров.
Именно осознав все это, в 2010-х годах группа разработчиков во главе с Артемом Шипицыным пришла к мысли: что, если измерять не саму еду, а реальные физиологические последствия ее усвоения?
Глюкоза на вход — вода на выход
Звучит хорошо, но как конкретно сделать это? После еды в крови и межтканевой жидкости резко растет содержание глюкозы — главного «топлива» для большинства клеток.
Чтобы уравнять концентрацию растворенных веществ по обе стороны клеточной мембраны, вода начинает выходить из внутриклеточного пространства во внеклеточное, то есть опять в кровь и межтканевую жидкость. Взамен в клетки поступает та самая нужная им глюкоза. В итоге сами клетки теряют воду и слегка «сжимаются», теряя часть объема. Этот процесс еще называют клеточной дегидратацией.
Процесс усвоения еды до глюкозы может идти разное время. Если вы съели что-то из простых сахаров, речь идет о 30 минутах. Если жиры или белки — о нескольких часах. Но в конце процесса все разворачивается вспять: глюкозы в плазме крови становится меньше. Вода, соответственно, устремляется обратно в клетки, и те чуть увеличиваются в объеме.
Получается, движение жидкости в теле создает ситуацию, когда можно измерить физиологические последствия поступления еды в наш организм. Ведь перемещения жидкости заметно изменяют электрическое сопротивление тех или иных тканей. Чем воды больше, тем сопротивление ниже — и наоборот. Есть и другие последствия: концентрация натрия и кальция по мере усвоения пищи организмом тоже заметно изменяется, а от их доли в жидкостях тоже зависит электрическое сопротивление.
В медицине довольно давно используют изменения электрического сопротивления тела для диагностики (это называют «биоимпеданс»). Но традиционно для этого использовали довольно громоздкие системы, которые на себе носить не станешь.
Разработчики из Санкт-Петербурга в 2010-х задумались: что, если перейти от краткосрочного измерения электрического сопротивления на специальной крупной установке к длительному замеру изменений сопротивления тела носимым устройством?
Как почувствовать калории кожей
Так родилась концепция носимого устройства, которое постоянно контактирует с кожей человека, чтобы датчиком биоимпеданса (электрического сопротивления тканей) отслеживать изменения электрических характеристик наших тканей.
После еды распределение жидкости меняется, и устройство строит кривую изменения данных, получаемых от тела, о его сопротивлении. Электрические импульсы, которые такой браслет пропускает через запястье, слишком слабы, чтобы не то что влиять на тело, но и просто ощущаться своим носителем.
Но их достаточно, чтобы получить данные, которые алгоритм сопоставит с физиологической моделью изменений электрических параметров тела по мере усвоения им энергии из пищи.
Разумеется, браслет не сможет «увидеть» еду, понять, какое конкретное блюдо вы съели. Он лишь анализирует, как организм на это блюдо физиологически отреагировал. Для многих из нас как раз это самое важное.
Важно понимать, что для более надежных оценок нужно использовать не только датчик биоимпеданса, но и ряд других.
Например, датчик кожно-гальванической реакции. Он тоже измеряет сопротивление — только не внутренних тканей организма, а лишь его кожи, что позволяет понять, насколько активны потовые железы и находится ли организм в стрессе. Есть у устройства с такой технологией и описанный выше датчик пульса, и акселерометр, и ряд других сенсоров.
Почему они важны? Физиологическая модель по биоимпедансу должна сверяться не только с сопротивлением внутренних тканей, но и с параметрами, которые меняются более быстро и хаотично: пульс, стресс и другие. Так можно снизить риск ошибок интерпретации.
Проще говоря, если один сенсор дает сигнал, то несколько сенсоров дают контекст. А это позволяет алгоритмам устройства получить более полную картину происходящего.
И все-таки: чем это будет отличаться от обычного фитнес-трекера?
Казалось бы, за исключением биоимпеданса множество носимых устройств измеряют то же самое. Но есть критически важная разница: обычный фитнес-трекер отвечает на вопрос «Что вы делали?». Сколько прошли километров, за сколько шагов, минут и на каком пульсе.
Технология, ставящая биоимпеданс во главу угла, отвечает на другой вопрос: «Что происходит с организмом?» То есть вы узнаете, сколько энергии тело получило от пищи. Сколько этой энергии оно потратило, судя по колебаниям его сопротивления. Больше ли пришло килокалорий, чем ушло. Узнаете и то, достаточно ли вашему организму воды в тот или иной момент времени.
Наконец, анализ состояния внутренних тканей и остальных параметров поможет ответить и на такой вопрос: как связаны качество вашего сна и уровень стресса? Это крайне важно, ведь, как с некоторым удивлением установили ученые в XXI веке, количество сна у нас и охотников-собирателей в часах не просто одинаковое, у охотников оно часто даже чуть меньше. Тем не менее у них нет никаких следов недосыпа, что во многом связано с тем, как именно они спят.
Не будем перечислять все 37 показателей, которые отслеживает такое устройство. Отметим лишь, что среди них есть один крайне амбициозный и пока находящийся на стадии бета-тестирования. Это разбивка поступающей еды по белкам, жирам и углеводам. Идея в целом та же: организм усваивает белок или жиры медленнее и с другим профилем изменения сопротивления внутренних тканей.
Доводка до высокой точности тут осложняется тем, что «попутных» факторов всегда много. Скажем, растительные белки усваиваются с другой скоростью, чем животные, углеводы разных типов — тоже по-разному. Но и задача более чем стоящая: чрезвычайно мало наших современников получают сбалансированное питание, особенно по белку. Среднестатистическому человеку при умеренной физической активности нужно от 300 граммов мяса с высоким содержанием белка (и от 400 граммов, если это говядина), а столько ест довольно малая часть населения. И те, кто пробовали это делать, легко поймут почему.
В то же время без нормального потребления белков попытки не то что заниматься спортом, но и сбросить вес могут приводить к самым разным неприятностям. Без белков синтез мышечной ткани затруднен, а вот разрушение имеющейся (катаболизм) при потере веса — нередкое явление. Особенно при использовании популярных сегодня препаратов типа семаглутида. С учетом всего этого возможность «посчитать БЖУ» без утомительных записей в дневнике — большое дело.
Что именно считает GoBe U
Всегда стоит четко отделять то, что новая технология может, от того, чего она не может. Устройство не считает «съеденные калории» — только усвоенные. В описанных выше примерах исследовательница, съевшая фекальный трансплантат своего знакомого триатлониста, получила бы от браслета GoBe U не те показатели килокалорий, что написаны на упаковке, а больше — потому что усвоить из них она смогла бы больше, чем до употребления трансплантата, и больше, чем обычный человек.
Поэтому когда гаджет показывает энергетический баланс между полученными и израсходованными калориями, он неизбежно будет заметно отличаться от того, который вы считали своим балансом раньше. К этому стоит быть психологически готовым. Как и к тому, что расход энергии и в покое, и при занятиях спортом будет существенно отличаться от того, который вы видели на своих смарт-часах или фитнес-трекерах.
Наконец, новая технология считает гидратацию и ее дефицит. Большинство из нас привыкли к определенному уровню потребления воды и других жидкостей. Судя по опыту многих реальных пользователей, стоит психологически подготовиться к тому, что показания прибора могут подтолкнуть к пересмотру этих норм.
Слишком хорошо, чтобы быть правдой. А это точно работает?
Каждый раз, когда на рынок кто-то выходит с необычной технологией, она вызывает вопросы. Почему так не делали раньше? А конкуренты отчего не скопировали ваш подход? Как мы узнаем, что ваш подход на самом деле точнее?
Поскольку компания с самого начала ориентировалась на международный рынок, она провела сразу два исследования своей технологии FLOW, на которой основан этот браслет.
Первое выполнили ученые из Калифорнийского университета в Дэвисе (США). В исследовании участвовали 25 человек на протяжении двух тестовых периодов по 14 суток каждый. Показания прибора по усвоенным калориям были довольно близки к тем, что получили, складывая калорийность рационов участников эксперимента. Чтобы вторая оценка была точнее, блюда, которые ели участники, готовила столовая университета, строго замеряя массу всех компонентов в граммах.
Исследователи пришли к выводу, что в целом надежность измерений довольно высока, но в небольшом числе случаев есть завышение количества съеденных калорий у участников, что потребляли их меньше всего. Кроме того, было занижение у тех участников, что ели больше всего. Средняя величина отклонений оказалась не такой большой — около девяти процентов. Похожей была организация исследования в госпитале Красного Креста в Гуанчжоу (КНР), разве что средняя ошибка там составила 12,5 процента.
Однако, как хорошо знают наши читатели, методологические ограничения часто бывают проблемой даже самых хорошо организованных научных работ. Одно такое есть и в случае GoBe U: точность прибора, оценивающего усвоение калорий, сравнивали с количеством калорий, «содержащихся» в еде. Как мы уже пояснили выше, часто это две разные величины.
Что, если те, кто в исследовании ели меньше других, эффективнее переваривали клетчатку, потому что у них было больше бактерий, способных ее разлагать? В этом случае калорий в поглощенной ими еде может быть не так много, но вот усвоенных будет больше, чем у других людей от того же числа калорий. А у тех, кто потреблял больше других, эффективность усвоения той же клетчатки могла быть ниже.
Картина была бы полнее, если бы работы содержали данные о том, кто из участников эксперимента занимается спортом, а кто нет. В этом случае можно было бы предположить, что у первых более «спортивная» микробиота и выше эффективность усвоения пищи, у вторых — наоборот. Хотя у нас и нет такой информации, ясно, что этот недостаток дизайна исследования не мог завысить точность браслета. Скорее наоборот. То есть усредненная по двум научным работам величина ошибки в 11 процентов скорее чуть занижена, чем завышена.
Более существенное ограничение — небольшая выборка. Впрочем, она типична для таких исследований, в силу довольно плотного контроля за образом жизни людей.
Сухой остаток и ограничения
Итак, GoBe U — компактный браслет, постоянно контактирующий с кожей. В фоновом режиме он непрерывно отслеживает десятки показателей и на основе описанной выше модели автоматически оценивает усвоенные калории, а также расход энергии и итоговый энергетический баланс. Помимо этого, он следит за гидратацией и уведомляет, когда она недостаточна, а еще держит на контроле сон, уровень стресса, показатели сердца.
В отличие от привычных приложений — счетчиков калорий, здесь работа действительно полностью автоматизирована. Правда, из особенностей вытекают и ограничения. Чтобы полно представлять картину усвоения пищи, прибору нужно наблюдать за человеком не менее 20 часов в сутки и постепенно адаптировать алгоритмы под конкретного носителя. Иными словами, его желательно держать на руке и во время сна, в противном случае может пострадать точность. Далеко не всем это бывает удобно.
Производитель подчеркивает и другие ограничения устройства: например, что браслет «не является медицинским диагностическим прибором», а его данные не заменяют консультаций врача.
Сайт производителя: браслет GoBe U.
Реклама. ООО «Хилби», ИНН 7725756196. Erid: 2VtzqxaR1pJ
