Chapter 14

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.

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.

먹은 에너지 섭취(EI) 몸의 저장고 지방 9,440 kcal/kg 제지방 약 1,800 kcal/kg 글리코겐 + 물 기초대사 활동 식사의 열 효과 소비(EE)는 체중에 따라 변한다 변화량 = EI − EE
에너지 균형의 장부. 들어온 에너지와 나간 에너지의 차이가 저장고에 쌓이거나 빠진다. 같은 1 kg이라도 지방은 약 9,400 kcal, 물을 많이 품은 제지방은 약 1,800 kcal, 글리코겐과 함께 붙은 물은 약 1,100 kcal다. 그래서 "1 kg = 몇 kcal"는 무엇이 빠지느냐에 따라 다르다.

아래 욕조에서 수도꼭지(하루 섭취)를 바꾸고 재생해 보자. 시간은 1초에 약 4개월씩 흐른다. 물 높이가 내려가며 배수구가 좁아지는 것을 본다.

SIMULATOR

에너지 균형의 욕조

섭취소비저장고(체중)
경과—
체중—
섭취 − 소비—
새 평형 체중—
해볼 것: ① 처음 값(다온의 유지 열량보다 500 kcal 적은 1,892 kcal)으로 재생한다. 처음에는 빠르게 내려가다가 점점 느려지고 약 56 kg 근처에서 멈춘다. 그때는 소비도 1,892 kcal로 줄었다. ② 섭취를 2,392 kcal(유지 열량)로 둔다. 물 높이가 그대로다. ③ 2,900 kcal로 올린다. 같은 원리로 위쪽 새 평형까지 오른다. (다온 78 kg, 체지방 24 %에서 시작하는 체중 동역학 모델 BD.weightSim, 활동 계수 1.4 고정. 식욕의 변화는 넣지 않았다.)

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.

$$\frac{dW}{dt} \approx \frac{EI - EE(W)}{\rho}, \qquad EE(W) \approx EE_0 + k\,(W - W_0)$$
\(W\) 체중(kg), \(EI\) 섭취(kcal/day), \(EE\) 소비, \(\rho\) 빠지는 조직의 에너지 밀도(약 7,700 kcal/kg), \(k\) 체중 1 kg당 소비 변화(약 22~25 kcal/day/kg). 시간 상수 \(\rho/k\) ≈ 7,700 ÷ 23 ≈ 330일, 거의 1년이다.

아래 그래프에서 세로선을 끌어 날짜를 고르면 직선 예측과 모델의 차이를 읽을 수 있다.

SIMULATOR

직선 예측과 실제 곡선

세로선을 끈다
7,700 kcal 직선동역학 모델차이
고른 날—
직선 예측—
모델—
차이—
해볼 것: ① 세로선을 12주에 둔다. 두 예측이 1 kg 안쪽으로 비슷하다. 짧은 기간에는 직선 규칙도 쓸 만하다. ② 1년으로 옮긴다. 500 kcal 결핍에서 직선은 약 54 kg, 모델은 약 63 kg이다. ③ 결핍을 1,200 kcal로 올리고 3년으로 끈다. 직선은 몸무게가 0을 향해 내려가는 불가능한 값을 낸다(빨간 표시). (다온, 활동 계수 1.4, 적응 열생성 포함. 섭취는 처음 정한 값으로 계속 유지한다고 가정했다.)

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.

SIMULATOR

빠지는 무게의 구성

곡선 위의 점을 끈다
지방제지방(단백질 + 물)글리코겐 + 물
시작 체지방—
6개월 감량—
그중 지방—
그중 제지방—
해볼 것: ① 다온(지방 약 18.7 kg)에서 6개월 동안 약 8.9 kg이 빠지고, 그중 약 5.3 kg이 지방, 약 3.4 kg이 제지방이다. ② 점을 왼쪽(지방 9 kg, 체지방 약 12 %)으로 끈다. 빠진 무게가 더 큰데도 절반 넘게 제지방이다. 같은 결핍이라도 마른 사람의 감량은 대부분 근육과 물이다. ③ 오른쪽(지방 35 kg)으로 끈다. 지방의 몫이 70 %를 넘는다. (Hall의 모형처럼 에너지 분배를 C/(C+F), C ≈ 2 kg으로 두었다. 근력 운동과 충분한 단백질은 제지방 손실을 줄이지만 이 모델에는 없다.)

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.

SIMULATOR

처음 3주, 무엇이 빠지는가

글리코겐 + 물지방제지방
7일째 감량—
그중 글리코겐 + 물—
21일째 감량—
21일째 지방—
해볼 것: ① 탄수화물 10 %, 결핍 500 kcal에서 첫 주에 약 1.2 kg이 빠지고 그 약 4분의 3이 글리코겐과 물이다. ② 탄수화물을 50 %(평소)로 올린다. 첫 주 감량은 약 0.6 kg으로 줄지만 3주 동안의 지방 감량은 약 0.7~0.8 kg으로 거의 같다. ③ 결핍을 0으로 두고 탄수화물만 10 %로 낮춘다. 에너지가 같아도 첫 주에 0.7 kg 가까이 "빠진다". 다시 탄수화물을 먹으면 그대로 돌아오는 무게다. (글리코겐 1 g에 물 2.7 g을 붙여 계산했다. 다온, 체중 동역학 모델.)

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.

SIMULATOR

적응 열생성 켜고 끄기

적응 있음적응 없음(몸이 작아진 몫만)섭취
1년 뒤 체중—
적응 없을 때—
1주째 소비 차이—
해볼 것: ① 결핍 500 kcal에서 적응이 있으면 첫 주 안에 소비가 약 45 kcal 더 줄고(몇 주 뒤 약 70 kcal) 결핍이 그만큼 작아진다. ② 1년 뒤 두 곡선의 차이가 약 3 kg이다. 적응은 실재하지만 "대사가 망가진다"고 할 정도의 크기는 아니다. ③ 결핍을 1,200 kcal로 키운다. 결핍이 클수록 적응도 커진다. (적응 크기를 섭취 감소의 14 %로, 약 1주에 걸쳐 나타나게 둔 모델이다. 실제 크기는 사람마다 크게 다르다.)

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.

SIMULATOR

섭취선을 끌어 평형 찾기

초록 섭취선을 위아래로 끈다
하루 섭취—
새 평형 체중—
변화의 63 %까지—
체중 1 kg당 소비 변화—
해볼 것: ① 섭취선을 2,092 kcal(−300)로 끈다. 새 평형은 약 64 kg, 변화의 63 %에 닿는 데 약 1년이 걸린다. ② 결핍을 키워도 시간 상수는 거의 같다. 더 많이 줄이면 더 멀리 갈 뿐, 더 빨리 평형에 닿지는 않는다. ③ 섭취선을 유지 열량 위로 끈다. 체중이 오르는 쪽도 같은 모양으로 휜다. (다온, 활동 계수 1.4, 적응 열생성 포함, 8년 계산의 끝값을 평형으로 보았다.)

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.

SIMULATOR

식사, 운동, 둘 다

식사만운동만둘 다
식사만—
운동만—
둘 다—
해볼 것: ① 처음 값(−300 kcal, 활동 계수 1.49)에서 12주 뒤 식사만 약 −2.8 kg, 운동만 약 −1.6 kg, 둘 다 약 −4.3 kg이다. ② "1년"으로 바꾼다. 둘 다 하면 약 −13 kg. 두 효과가 거의 그대로 더해진다. ③ 활동 계수를 1.8로 올린다(매일 1시간 넘게 훈련). 운동만으로도 식사 조절 수준의 결핍이 된다. (모델은 운동이 소비만 늘리고 식욕은 바꾸지 않는다고 가정한다. 실제로는 운동한 만큼 조금 더 먹게 되는 일이 흔하고, 운동은 근육을 지키고 심폐 체력을 올리는 등 체중 밖의 이득이 크다.)

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.

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식단을 멈춘 뒤 2년

체중지방량(오른쪽 축)
식단 끝—
1년 뒤—
2년 뒤—
해볼 것: ① 12주 식단(−300 kcal + 달리기) 뒤 예전처럼 먹고 운동도 멈추면 2년 뒤 약 77 kg으로 거의 돌아간다. ② "달리기는 유지"를 고른다. 섭취가 예전과 같아도 약 71 kg 근처로 계속 내려간다. 늘어난 활동이 새 평형을 만든다. ③ 식단 기간을 52주로 늘리고 "예전처럼"을 고른다. 오래 걸려 뺀 만큼 돌아오는 데도 오래 걸리지만 방향은 같다. (식단 중에는 활동 계수 1.49로 달리기를 한다고 두었다. 모델에는 식욕의 반동이 없다. 실제로는 감량 뒤 배고픔이 늘어 회복이 더 빠른 경우가 많다.)
굶어서 빼는 식단은 하지 않는다 하루 섭취를 기초대사량 아래로 크게 줄이는 급격한 식단은 빠지는 무게 가운데 제지방과 물의 몫을 키우고, 담석·탈모·무기력·월경 이상 같은 문제를 부르며, 대부분 빠르게 되돌아온다. 이 장의 시뮬레이터에서 큰 결핍을 넣어 보는 것은 원리를 보기 위해서다. 실제 감량 계획은 무리 없는 작은 결핍과 활동, 그리고 필요하면 의료진이나 영양 전문가와 함께 세운다.

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.

SIMULATOR

다온의 12주, 그리고 1년

막대 꼭대기를 끈다
체중(모델)7,700 kcal 직선지방 변화(오른쪽 축)제지방 변화(오른쪽 축)
12주 뒤 체중—
12주 뒤 지방—
직선 예측(12주)—
1년 뒤 체중—
해볼 것: ① "다온의 계획"에서 12주 뒤 약 73.7 kg, 지방은 18.7 kg에서 약 16.1 kg으로 2.6 kg 준다. 나머지 약 1.7 kg은 제지방과 글리코겐·물이다. ② 첫 주의 체중 그래프를 본다. 약 0.5 kg이 빠지지만 지방은 그 절반이다. ③ "처음에 세게"는 앞 4주에 결핍을 몰았다. 12주 합계가 같으면 결과도 거의 같다. 꾸준함이 순서보다 중요하다. ④ 12주 뒤 "예전으로 돌아감"을 고르면 1년 뒤 거의 원래 체중이다. "그대로 유지"면 약 64.6 kg까지 내려가며 점점 느려진다. (다온 78 kg, 체지방 24 %, BD.weightSim. 직선은 시작할 때의 결핍이 계속된다고 보고 7,700 kcal/kg로 나눈 값이다.)
CASE 다온다온의 기록 · 14장

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.

이 장에서 확인한 것다온의 12주 감량 약 4.3 kg과 그 구성, 7,700 kcal 직선이 1년 단위에서 빗나가는 이유, 정체기가 새 평형이라는 것.
아직 모르는 것먹은 탄수화물은 혈액 속에서 어떻게 움직이는가. 다온의 공복 혈당 98은 괜찮은가. 대회 전 탄수화물은 얼마나 필요한가.
다음 단계15장에서 다온의 점심 뒤 혈당 곡선과 인슐린을 본다.

핵심 정리

  1. 체중 변화 = 섭취 − 소비. 소비는 체중에 따라 변하므로(다온은 1 kg당 약 23 kcal/day) 섭취를 줄이면 체중은 새 평형에서 멈춘다.
  2. 7,700 kcal = 1 kg 직선은 처음 몇 달만 맞는다. 체중 변화의 시간 상수는 약 1년이고, 1년 뒤에는 직선이 감량을 크게 과대평가한다.
  3. 빠지는 무게는 지방, 제지방(단백질 + 물), 글리코겐과 물이다. 지방이 적을수록 제지방의 몫이 크다(포브스 곡선).
  4. 첫 주의 빠른 감량은 대부분 글리코겐과 함께 붙은 물이다. 저탄수화물 식단에서 특히 크다.
  5. 적응 열생성은 결핍의 일부(이 모델에서 약 14 %)를 메운다. 실재하지만 정체기의 주된 원인은 몸이 작아진 것과 섭취가 다시 느는 것이다.
  6. 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?

550 × 28 = 15,400 kcal, ÷ 7,700 = 2.0 kg. 4주 정도의 짧은 기간에는 직선 규칙이 모델과 크게 다르지 않다. 다만 첫 주의 물 무게 때문에 체중계는 이보다 조금 더 내려갈 수 있다.

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?

새 평형에서는 소비가 섭취만큼 줄어야 하므로 300 ÷ 25 = 12 kg. 거기에 가까이 가는 데는 몇 년이 걸리고, 시간 상수는 약 1년이다.

저탄수화물 식단 첫 주에 체중이 1.5 kg 줄었다. 가장 큰 이유는?

글리코겐은 1 g마다 물 약 3 g을 붙잡고 있다. 탄수화물을 줄이면 글리코겐과 물이 먼저 빠진다. 탄수화물을 다시 먹으면 돌아오는 무게다.

같은 에너지 결핍으로 감량할 때, 빠지는 무게 가운데 제지방의 비율이 가장 큰 사람은?

포브스 곡선: 지방이 적을수록 빠지는 무게에서 제지방의 몫이 크다. 마른 사람의 급격한 감량은 근육과 물을 많이 잃는다.

12주 식단으로 6 kg을 뺀 뒤 예전 식사와 예전 활동으로 완전히 돌아갔다. 에너지 균형 모델이 예측하는 것은?

평형은 섭취와 활동이 정한다. 예전 조건으로 돌아가면 평형도 예전 체중이다. 돌아가는 속도도 시간 상수(약 1년)를 따르지만, 실제로는 감량 뒤 늘어난 식욕 때문에 더 빠른 경우가 많다.