에너지 균형과 체중
"하루 500 kcal를 덜 먹으면 1주일에 0.45 kg, 1년이면 24 kg이 빠진다." 이 계산은 처음 몇 주만 맞고 그 뒤로는 크게 빗나간다. 몸무게가 줄면 몸이 쓰는 에너지도 함께 줄기 때문이다. 이 장은 체중을 욕조의 물 높이처럼 들어오는 물과 나가는 물의 차이로 보고, 그 물이 지방인지, 근육인지, 물인지를 나누어 본다. 마지막에 다온의 12주 계획을 몸무게 모델로 직접 돌린다.
- 체중 변화를 에너지 섭취와 소비의 차이로 설명하고, 소비가 체중에 따라 변한다는 것을 안다.
- 7,700 kcal = 1 kg 직선 계산이 언제 맞고 언제 틀리는지 동역학 모델과 비교한다.
- 빠지는 무게가 지방·제지방·글리코겐과 물로 어떻게 나뉘는지, 첫 주가 왜 특별한지 말한다.
- 정체기, 적응 열생성, 식단을 멈춘 뒤의 회복을 새 평형점으로 설명한다.
- 식사 조절과 운동을 바꿔 가며 다온의 12주와 1년을 계산한다.
체중은 욕조의 물 높이다
몸의 에너지 저장고(지방, 단백질, 글리코겐)는 욕조와 같다. 수도꼭지로 들어오는 물이 먹은 에너지, 배수구로 나가는 물이 쓴 에너지다. 둘이 같으면 물 높이(체중)는 그대로다. 이것을 에너지 균형(Energy balance)이라 한다.
이 욕조에는 특별한 점이 하나 있다. 배수구가 물 높이에 따라 넓어진다. 몸이 무거우면 기초대사량도 크고(13장), 같은 걸음에도 더 많은 에너지가 든다. 그래서 수도꼭지를 조금 잠그면 물 높이가 내려가다가, 줄어든 배수와 들어오는 물이 다시 같아지는 높이에서 멈춘다.
아래 욕조에서 수도꼭지(하루 섭취)를 바꾸고 재생해 보자. 시간은 1초에 약 4개월씩 흐른다. 물 높이가 내려가며 배수구가 좁아지는 것을 본다.
에너지 균형의 욕조
평형은 섭취에 따라 정해진다. 섭취를 하루 500 kcal 줄이면 몸무게는 영원히 줄지 않고 새 평형에서 멈춘다. 다온의 경우 대략 1 kg이 빠질 때마다 하루 소비가 약 23 kcal 줄어서, 500 kcal를 줄이면 약 22 kg 아래에서 균형이 맞는다. 다만 그 평형에 가까이 가는 데 몇 년이 걸린다.
7,700 kcal 직선과 휘는 곡선
흔히 쓰는 규칙은 "지방 조직 1 kg ≈ 7,700 kcal"다. 하루 500 kcal가 모자라면 15일에 1 kg, 1년이면 약 24 kg이라는 계산이 여기서 나온다. 이 규칙은 두 가지를 무시한다. 첫째, 빠지는 무게가 모두 지방 조직은 아니다. 둘째, 체중이 줄면 소비도 줄어 모자란 에너지가 점점 작아진다.
아래 그래프에서 세로선을 끌어 날짜를 고르면 직선 예측과 모델의 차이를 읽을 수 있다.
직선 예측과 실제 곡선
직선 규칙은 "처음 결핍이 계속된다"는 가정 위에 서 있다. 실제로는 체중이 줄수록 결핍이 작아져, 곡선은 지수 함수처럼 휘어 평형에 다가간다. 그 시간 상수가 약 1년이므로 처음 몇 달에는 직선과 곡선이 거의 겹친다. 그래서 짧은 실험에서는 규칙이 맞아 보이고, 1년이 지나서야 "몸이 말을 듣지 않는" 것처럼 느껴진다.
무엇이 빠지는가: 지방과 제지방
몸이 에너지가 모자랄 때 지방만 꺼내 쓰지는 않는다. 근육과 장기의 단백질(그리고 그것이 품은 물), 즉 제지방(Lean mass)도 함께 줄어든다. 얼마나 함께 줄어드는지는 지방이 얼마나 많은가에 달려 있다. 지방이 많은 사람은 빠지는 무게의 대부분이 지방이고, 마른 사람은 제지방의 몫이 크다. 이 관계를 처음 정리한 연구자의 이름을 따 포브스 곡선(Forbes curve)이라 한다.
아래 곡선 위의 점을 끌어 시작 체지방량을 바꿔 보자. 오른쪽 막대는 그 사람이 하루 500 kcal 결핍으로 6개월을 보냈을 때 빠진 무게의 구성이다.
빠지는 무게의 구성
제지방은 1 kg에 약 1,800 kcal밖에 들어 있지 않다(대부분 물이다). 그래서 같은 에너지 결핍이라도 제지방이 많이 빠질수록 체중계 숫자는 빨리 내려간다. 마른 사람의 급격한 감량이 겉보기에 "잘 빠지는" 이유이자, 근육을 잃기 쉬운 이유다.
첫 주의 물 무게
식단을 시작한 첫 주에 1~2 kg이 쑥 빠지는 경험이 흔하다. 대부분 지방이 아니다. 간과 근육에 저장된 탄수화물인 글리코겐(Glycogen)은 1 g마다 물 약 3 g을 붙잡고 있다. 탄수화물을 줄이면 글리코겐이 먼저 줄고, 함께 붙어 있던 물이 소변으로 나간다. 저탄수화물 식단의 첫 주가 특히 극적인 이유다.
처음 3주, 무엇이 빠지는가
물 무게는 거짓말이 아니지만 지방도 아니다. 첫 주의 빠른 감량에 고무되었다가 둘째 주에 속도가 떨어지면 실망하기 쉽다. 반대로 식단을 끝내고 탄수화물을 다시 먹으면 하루이틀 만에 1 kg 가까이 "찌는" 것도 같은 물이다. 체중을 볼 때는 하루하루보다 몇 주의 평균 추세를 본다.
적응 열생성: 몸이 덜 쓰기 시작한다
체중이 줄면 소비가 줄어드는 몫의 대부분은 단순히 몸이 작아졌기 때문이다. 작은 몸은 기초대사가 작고, 옮기는 데도 덜 든다. 그런데 그것만으로 설명되지 않는 추가 감소가 있다. 덜 먹기 시작하면 며칠 안에 갑상선 호르몬과 교감 신경 활동이 줄고, 근육이 같은 일을 더 효율적으로 하고, 무의식적인 움직임이 줄어든다. 이 추가 절약을 적응 열생성(Adaptive thermogenesis)이라 한다.
적응 열생성 켜고 끄기
정체기와 새 평형
몇 달 동안 잘 빠지던 체중이 어느 순간 멈춘다. 이것을 정체기(Plateau)라 부른다. 의지가 약해졌거나 몸이 고장 났다는 뜻이 아니다. 줄어든 몸의 소비가 줄인 섭취와 같아진, 바로 앞에서 본 새 평형에 가까워진 것이다. 실제로는 그보다 일찍, 6개월 안팎에서 멈추는 일이 많은데, 시간이 지나며 섭취가 조금씩 다시 늘기 때문이다.
아래 위쪽 그래프의 섭취선(초록)을 위아래로 끌어 보자. 소비 곡선(주황)이 섭취선과 만나는 곳에서 아래쪽 체중이 평평해진다.
섭취선을 끌어 평형 찾기
덜 먹기, 더 움직이기, 둘 다
운동을 더하면 활동 칸이 커져 소비가 는다. 다온이 주 3~4회 40분씩 달리면 활동 계수가 약 1.4에서 1.49로 오른다. 하루 평균으로 약 140 kcal다. 식사 조절만 하는 것, 운동만 더하는 것, 둘 다 하는 것을 비교해 보자.
식사, 운동, 둘 다
운동만으로 살을 빼기 어렵다는 말은 반쯤 맞다. 40분 달리기 한 번이 약 400~500 kcal, 밥 한 공기 반이다. 주 3~4회면 하루 평균 140 kcal 남짓이다. 그러나 운동의 진짜 가치는 다른 데 있다. 감량하는 동안 근육을 덜 잃게 하고, 감량한 체중을 유지하는 사람들의 공통점이 규칙적인 운동이라는 연구가 많다. 다음 시뮬레이터가 그 이유 하나를 보여 준다.
식단을 멈추면
식단을 끝내고 예전처럼 먹으면 어떻게 될까. 욕조의 원리대로라면 체중은 예전 섭취에 맞는 예전 평형, 즉 원래 체중으로 돌아간다. 몸이 "복수"하는 것이 아니라 수도꼭지를 원래대로 연 것이다. 감량을 지키려면 줄어든 몸에 맞는 새 섭취(또는 늘어난 활동)를 유지해야 한다.
식단을 멈춘 뒤 2년
이 장의 수치와 시뮬레이터는 원리를 보여 주기 위한 교육용 모델이며 식단이나 치료를 권하지 않습니다. 비만, 섭식 문제, 갑작스러운 체중 변화가 걱정되면 의료진과 상담하세요.
다온의 12주 계획
이제 다온의 계획을 돌린다. 다온은 대회까지 12주 동안 하루 약 300 kcal를 덜 먹고(2,392 → 2,092 kcal), 주 3~4회 40분씩 달린다(활동 계수 1.4 → 1.49). 아래 위쪽 막대는 주마다의 식사 결핍, 아래쪽 막대는 주마다의 활동 계수다. 막대 꼭대기를 끌어 주마다 계획을 바꿀 수 있다. 그래프는 1년까지 보여 준다.
다온의 12주, 그리고 1년
12주 뒤 약 73.7 kg, 지방 18.7 → 16.1 kg
하루 300 kcal를 덜 먹고(2,092 kcal) 주 3~4회 달리면(활동 계수 1.49) 처음 하루 결핍은 약 410 kcal다. 체중 동역학 모델로 12주를 돌리면 78 kg에서 약 73.7 kg, 지방은 약 18.7 kg에서 약 16.1 kg(−2.6 kg)이 되고, 제지방이 약 1.6 kg, 글리코겐과 물이 약 0.1 kg 준다. 첫 주에 빠지는 약 0.5 kg 가운데 지방은 절반 정도다. 시작 결핍으로 그은 7,700 kcal 직선(약 73.5 kg)과 12주 동안은 거의 같다. 하지만 같은 계획을 1년 이어 가면 직선은 약 58.6 kg을, 모델은 약 64.6 kg을 말한다. 소비가 함께 줄어 감량이 점점 느려지고, 몇 년에 걸쳐 약 59 kg 근처의 새 평형에 다가간다. 식단만 하면 12주 −2.8 kg, 달리기만 하면 −1.6 kg으로, 둘을 함께 해야 −4.3 kg이 된다.
핵심 정리
- 체중 변화 = 섭취 − 소비. 소비는 체중에 따라 변하므로(다온은 1 kg당 약 23 kcal/day) 섭취를 줄이면 체중은 새 평형에서 멈춘다.
- 7,700 kcal = 1 kg 직선은 처음 몇 달만 맞는다. 체중 변화의 시간 상수는 약 1년이고, 1년 뒤에는 직선이 감량을 크게 과대평가한다.
- 빠지는 무게는 지방, 제지방(단백질 + 물), 글리코겐과 물이다. 지방이 적을수록 제지방의 몫이 크다(포브스 곡선).
- 첫 주의 빠른 감량은 대부분 글리코겐과 함께 붙은 물이다. 저탄수화물 식단에서 특히 크다.
- 적응 열생성은 결핍의 일부(이 모델에서 약 14 %)를 메운다. 실재하지만 정체기의 주된 원인은 몸이 작아진 것과 섭취가 다시 느는 것이다.
- 식사 조절과 운동은 거의 그대로 더해진다. 식단을 멈추고 예전처럼 먹으면 예전 평형으로 돌아간다. 감량 유지는 새 섭취나 늘어난 활동이 만든다.
확인 퀴즈
7,700 kcal = 1 kg 규칙으로 하루 550 kcal 결핍을 4주(28일) 유지했을 때 예상 감량은?
체중 1 kg이 줄 때마다 하루 소비가 약 25 kcal 준다고 하자. 섭취를 하루 300 kcal 줄여 계속 유지하면 결국 몇 kg 아래에서 균형이 맞는가?
저탄수화물 식단 첫 주에 체중이 1.5 kg 줄었다. 가장 큰 이유는?
같은 에너지 결핍으로 감량할 때, 빠지는 무게 가운데 제지방의 비율이 가장 큰 사람은?
12주 식단으로 6 kg을 뺀 뒤 예전 식사와 예전 활동으로 완전히 돌아갔다. 에너지 균형 모델이 예측하는 것은?