Kaj so kalorije, od kod pridejo in kam grejo? So kalorije dobre ali slabe? Obstajajo negativne kalorije? Ali je kalorija res kalorija in ali so kalorije sploh pomembne? V tem prispevku vam bom skušal skozi prizmo termodinamike, biokemije in prehranskih znanosti odgovoriti na zgornja vprašanja.

V današnjem svetu je beseda kalorija zelo pogosto označena z negativno konotacijo, saj hrana oziroma živilo, ki vsebuje dosti kalorij, redi. Slednje je logično, saj »dosti kalorij« pomeni energijsko bolj gosto hrano, ki seveda hitro prispeva h kopičenju odvečne energije v telesu. Le-ta se skladišči kot zaloga energije v obliki dodatne mase (teže), daleč najbolj učinkovit način skladiščenja energije je v obliki telesne maščobe (zakaj, boste izvedeli v prihajajočih vsebinah), zato se večina odvečne energije shranjuje v obliki maščobe, v idealnem (to ni pomota) primeru podkožne. V svetu prehranskih kultov in ideologij gredo še korak dlje in kalorija je najbolj »osovražena« merska enota na svetu in predmet številnih interpretacij, ki se običajno začnejo z večnim vprašanjem: Ali je kalorija res kalorija in ali so kalorije res pomembne?

Preprost in čisto pravilen odgovor je da. Če pogledamo na kalorije kot enote za merjenje energije iz stališča termodinamike je odgovor čisto logičen, saj noben človek ali katerokoli drugo živo bitje ne more ustvariti energije niti je ne more uničiti, lahko jo le pretvarja iz ene oblike v drugo. Zaradi tega so vse kalorije ekvivalentne saj nam povejo, koliko toplote se prenaša med telesi in kako se ta toplota odraža v spremembi temperature telesa. Metodo, s pomočjo katere določamo sežigno toploto (tudi v hrani), imenujemo kalorimetrija in se izvaja v t.i. bombnih kalorimetrih.

Kalorija (oznaka cal) je fizikalna enota, ki se uporablja za merjenje toplotne energije. Če smo natančni, je 1 kalorija toplota, ki je potrebna, da se 1 gram vode pri tlaku 1 atmosfere segreje za 1 stopinjo (iz 14.5-15.5 °C). Kalorija, kot jo poznamo v prehrani, predstavlja 1 kilokalorijo, torej 1000-kratnik kalorije in običajno nosi oznako kcal. Poleg tega se je v praksi uveljavilo še več definicij kalorije, kar povzroča številne zmede v termokemiji, saj je specifična toplota vode odvisna od temperature,  zato ni vseeno, pri kakšni temperaturi segrevamo vodo za eno stopinjo. Zaradi tega se v sodobni obliki metričnega sistema, ki ga predpisuje Mednarodni sistem enot namesto kalorije uporablja enota Joule (oznaka J). Ena kalorija (cal) ustreza 4.184 Joulom in 1 kcal (kilokalorija, ki jo v prehrani imenujemo v žargonu kalorija) ustreza 4184 J oziroma 4.184 KJ energije.

Kadar govorimo o kalorijah v kontekstu prehrane in makrohranil ter primerjamo kalorično (energijsko) vrednost določenih živil med seboj ter posledično energijsko bilanco med različnimi prehranskimi strategijami, ki vsebujejo različne kombinacije živil in različne deleže makrohranil pa se pogled na kalorij malo zakomplicira. Da bi lažje razumeli kalorije, moramo upoštevati številna dejstva:

1) Naše telo ni bombni kalorimeter, kjer merimo toploto, ki se sprosti po sežigu (oksidaciji) snovi, temveč kompleksen biološki sistem nekaj deset bilijonov celic, ki se med seboj združujejo in specializirajo na nivoju tkiv, organov in sistemov. Celice med seboj komunicirajo preko signalnih molekul, kot so na primer živčni prenašalci in hormoni. Nekaj deset bilijonov mikroorganizmov, ki sestavljajo naš mikrobiom že tako komplicirani sistem naredi samo še bolj kompleksen.

2) V celici se odvijajo številne biokemijske reakcije, ki so med seboj prepletene in delujejo preko encimov. Encimi so tiste nujne beljakovinske strukture v našem telesu, ki omogočajo, da kemijske reakcije pri tako milih reakcijskih pogojih kot so v človeškem telesu, sploh potekajo. Pravimo, da so katalizatorji, to so snovi, ki znižajo aktivacijsko energijo kemijske reakcije.

3) Kadar iz makrohranil ekstrahiramo energijo, moramo makrohranil najprej razgraditi na osnovne komponente, to so amino kisline, maščobne kisline, glukoza, fruktoza, galaktoza, etanol in druge alkohole (poliole). Vse naštete snovi razen amino kislin pri popolni oksidaciji (katabolizmu) vodijo do nastanka ogljikovega dioksida in vode ter elektronov, ki so vezani na dva kofaktorja, ki nosita s seboj energijo, ki se v celici pretvori v biološko uporabno obliko, to je molekulo ATP; nekaj energije pa se izgubi v obliki toplote. S tem zadostimo prvemu in drugemu zakonu termodinamike. V primeru amino kislin nastanejo še metaboliti, ki vsebujejo dušik in različne žveplo vsebujoče spojine.

4) Seveda človeško telo nima vseh potrebnih encimov, da bi vsa makrohranila presnovilo do ogljikovega dioksida in vode (npr. vlaknine), zato se del energije oziroma kalorij izloči skozi urin in blato.

5) Zaradi heterogenosti med posamezniki na nivoju genotipa in tudi mikrobioma različni ljudje iz istega živila »dobijo različno količino kalorij« s pomočjo encimsko kataliziranih biokemijskih reakcij.

6) Določene prehranske vlaknine, ki jih naš organizem ne more prebaviti, se lahko v procesu mikrobne fermentacije v našem prebavnem traktu pretvorijo v kratko verižne maščobne kisline, ki se potem lahko metabolizirajo v našem telesu (npr propionat in laktat) ali pa jih črevesne celice uporabijo kot vir energije (npr. butirat). Zaradi tega imajo tudi prehranske vlaknine »kalorije«, koliko pa je odvisno od sestave mikrobioma, razlike med posamezniki so lahko signifikantne, saj vlaknine lahko prispevajo od 2 % pa tudi do 9 % kalorij. 

7) Presnovne poti, s pomočjo katerih iz hrane oziroma živil dobimo »kalorije« so različno dolge in energijsko zahtevne, zato se del kalorij iz hrane lahko porabi za to, da iz hrane sploh dobimo energijo. Koliko, je odvisno od vrste makrohranila in tudi znotraj makrohranila so razlike glede na to kemijsko strukturo molekul, ki se metabolizirajo. Temu pravimo termični učinek hrane in je največji v primeru beljakovin, saj se dobra četrtina proste energije porabi za to, da iz beljakovin dobimo kalorije. Zakaj ravno beljakovine povečajo termogenezo je predmet različnih interpretacij, najbolj smiselna pa je razlaga, da beljakovine povečajo anabolne procese, ki so energijsko zahtevne reakcije (sinteza beljakovin sinteza ureje, reakcije transsulfuracije).

8) Različna živila poleg makrohranil vsebujejo še druge nemetabolizirajoče molekule (sekundarne metabolite), ki lahko posredno vplivajo na to, koliko kalorij se v telesu pretvorilo v biološko uporabno obliko energije (ATP) in koliko se bo pretvorilo v toploto, ki se odda v okolico in tako ne prispeva k povečanju telesne teže.

Kot orientacijo za izračun energijskega vnosa uporabljamo kalorično tabelo živil, ki je bila zasnovana konec 19. stoletja, njen idejni oče pa je ameriški znanstvenik Wilbur Atwater. Po njegovem modelu je bila določena povprečna energijska vrednost za posamezno makrohranilo:  4 kcal/ gram za ogljikovih hidratov in beljakovine, 9 kcal/gram za maščobe in 7 kcal/gram za etanol (alkohol), medtem ko so za vlaknine predpostavili, da ne vsebujejo energije, ker so neprebavljivi. Atwaterjev model delno upošteva faktorje metabolizma oziroma koeficient razpoložljivosti, vendar so izračuni posplošeni in seveda niso popolnoma natančni, saj so ti faktorji funkcija dveh spremenljivk: eni strani interindividualnih razlik med ljudmi na drugi strani pa od same sestave posameznega živila, ki vsebuje določena makrohranil v določenih razmerjih. Seveda obstajajo tudi določene razlike med različni metabolizirajočimi ogljikovimi hidrati, ter med posameznimi amino kislinami, ki sestavljajo beljakovine ter tudi med posameznimi maščobnimi kislinami, ki tvorijo maščobe (trigliceride).

Danes proizvajalci določajo kalorično vrednost izdelkov s pomočjo indirektne Atwaterjeve metode, tako da na osnovi sestave izdelka seštejejo prispevek posameznega makrohranila k energijski vrednosti. Zaradi zelo težke natančne določitve energijske vrednosti posameznih izdelkov je regulativa manj stroga, zato so dovoljena precejšnja odstopanja (tudi do 20%). Potrebno je še izpostaviti, da so običajno na deklaracijah energijske vrednosti izdelka podcenjene (PMID: 23505182).

Če vaša prehrana temelji na predelanih izdelkih, je ta variabilnost lahko celo odločilen faktor, ki na koncu dneva uravnava energijsko bilanco v plus ali minus!