줄어든 지방, 어디로 사라지나 When somebody loses weight, where does the fat go?

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다이어트는 체내에 필요 이상 축적된 지방을 제거하는 과정이다.  그렇다면 줄어든 지방은 어디로 사라지는 걸까.  유산소 운동을 하면 흔히 ‘지방을 태운다’라는 표현을 쓴다.  그래서 상당수의 건강 전문가들은 지방이 열이나 에너지로 전환된다고 말한다. 하지만 호주의 공동 연구팀에 따르면 사실상 대부분의 지방은 숨을 쉬는 과정에서 이산화탄소의 형태로 빠져나간다.  이번 연구의 주요저자인 물리학자 루벤 미르멘 박사는 “호흡을 통해 내뿜어진 지방은 공기 중으로 흔적도 없이 사라진다”고 했다.  연구팀은 지방이 어떻게 빠져나가는지 확인하기 위해 지방 원자들의 이동 경로를 추적했다. 그 결과, 놀랍게도 지방의 84%가 이산화탄소로 전환된다는 것을 확인했다. 나머지 16%는 땀, 소변, 눈물 등의 액체 형태로 빠져나간다.  지방이 호흡하는 사이에 공기 중으로 빠져나간다는 사실은 일반인뿐 아니라 전문가들에게도 생소하다는 것이 연구팀의 설명이다. 연구팀이 의사, 영양사, 개인트레이너 150명을 대상으로 설문조사를 진행한 결과, 전문가들의 절반이 지방이 에너지로 전환된다고 응답했다. 또 남은 인원의 대부분도 잘못된 지식을 갖고 있거나 지방이 빠져나가는 메커니즘을 제대로 모르고 있었다.  공동 저자인 뉴사우스웨일즈대학교 앤드류 브라운 교수는 “체중이 줄어드는 대사과정에 대해 전문가들이 이처럼 무지하다는 사실이 놀라웠다”고 말했다.  그렇다면 지방은 어떻게 이산화탄소로 바뀌는 걸까. 지방은 산소, 수소, 탄소로 구성돼 있는데 호흡을 하는 과정에서 산소와 결합하면 이산화탄소와 물의 형태로 바뀐다. 그래서 이산화탄소는 날숨으로 빠져나가고 물은 땀이나 소변 등의 형태로 배출되는 것이다.  지방이 이산화탄소로 전환되는 과정은 이와 같은 화학 반응을 거쳐 일어나지만 전문가 집단조차 이러한 산화 반응에 대해 제대로 설명하지 못했다. 심지어 지방이 대변으로 빠져나간다거나 근육으로 변한다는 상식 이하의 답변을 한 전문가들도 있었다.  하지만 연구팀은 이번 연구를 계기로 전문가들이 지방이 어떠한 형태로 몸에서 빠져나가는지 아는데 도움이 될 것으로 보았다. 또 다이어트를 하는 사람들에게 제대로 된 조언과 도움을 줄 수 있을 것이라고 판단했다. 유산소 운동을 통한 격렬한 호흡이 왜 체중 감량에 도움이 되는지 보다 정확히 설명해줄 수 있다는 것이다.  단 연구팀은 호흡하는 양을 늘리기 위해 억지로 호흡 속도를 빠르게 할 필요는 없다고 조언했다. 호흡을 빨리 하다보면 과호흡으로 현기증, 두근거림, 의식상실 등의 부작용이 나타날 우려가 있기 때문이다. 이번 연구는 ‘영국의학저널(British Medical Journal)’에 발표됐다.  코메디닷컴 문세영 기자 (pomy80@kormedi.com)

Ruben Meerman and Andrew Brown explain why the answer might not be what you expect  Fig 2 When somebody loses 10 kg of fat (triglyceride), 8.4 kg is exhaled as CO2. The remainder of the 28 kg total of CO2produced is contributed by inhaled oxygen. Lungs are therefore the primary excretory organ for weight loss. (This calculation ignores fat that may be excreted as ketone bodies under particular (patho)physiological conditions or minor amounts of lean body mass, the nitrogen in which may be excreted as urea) Considering the soaring overweight and obesity rates and strong interest in this topic, there is surprising ignorance and confusion about the metabolic process of weight loss among the general public and health professionals alike. We encountered widespread misconceptions about how humans lose weight among general practitioners, dietitians, and personal trainers (fig 1⇓). Most people believed that fat is converted to energy or heat, which violates the law of conservation of mass. We suspect this misconception is caused by the “energy in/energy out” mantra and the focus on energy production in university biochemistry courses. Other misconceptions were that the metabolites of fat are excreted in the faeces or converted to muscle. We present a novel calculation to show how we “lose weight.” Weight we want to “lose” Excess carbohydrate or protein in the diet is converted to triglyceride and stored in the lipid droplets of adipocytes. Excess dietary fat needs no conversion other than lipolysis and re-esterification. People who wish to lose weight while maintaining their fat-free mass are, biochemically speaking, attempting to metabolise the triglycerides stored in their adipocytes. The chemical formula for an average triglyceride molecule can be deduced from fatty acid composition studies. In 1960, Hirsch and colleagues published data that yield an “average fatty acid” with the formula C17.4H33.1O2.1 This 50 year old result is in remarkable agreement with more recent data.2 Three “average fatty acids” esterified to the glycerol backbone (+3C, +6H) give an “average triglyceride” with the formula C54.8H104.4O6. The three most common fatty acids stored in human adipose tissues are oleate (C18H34O2), palmitate (C16H32O2), and linoleate (C18H32O2),1 2 which all esterify to form C55H104O6. The complete oxidation of a single triglyceride molecule involves many enzymes and biochemical steps, but the entire process can be summarised as: C55H104O6+78O2→55CO2+52H2O+energy Stoichiometry shows that complete oxidation of 10 kg of human fat requires 29 kg of inhaled oxygen producing 28 kg of CO2 and 11 kg of H2O. This tells us the metabolic fate of fat but remains silent about the proportions of the mass stored in those 10 kg of fat that depart as carbon dioxide or water during weight loss. To calculate these values, we traced every atom’s pathway out of the body. The carbon and hydrogen atoms obviously depart as CO2 and H2O, respectively. The fate of a triglyceride molecule’s six oxygen atoms is a conundrum solved in 1949 by Lifson and colleagues.3 They used labelled heavy oxygen (O18) to show that the oxygen atoms of body water and respiratory carbon dioxide are rapidly exchanged through the formation of carbonic acid (H2CO3). A triglyceride’s six oxygen atoms will therefore be shared by CO2 and H2O in the same 2:1 ratio in which oxygen exists in each substance. In other words, four will be exhaled and two will form water. Novel calculation The proportion of a triglyceride molecule’s mass exhaled in CO2 is the proportion of its molecular weight (daltons) contributed by its 55 carbon atoms plus four of its oxygen atoms: (661 Da (C55)+64 Da (O4))/(861 Da (C55H104O6))×100=84% The proportion of mass that becomes water is: (105 Da (H104)+32 Da (O2))/(861 Da (C55H104O6))×100=16% These results show that the lungs are the primary excretory organ for weight loss (fig 2⇓). The water formed may be excreted in the urine, faeces, sweat, breath, tears, or other bodily fluids. Fig 2 When somebody loses 10 kg of fat (triglyceride), 8.4 kg is exhaled as CO2. The remainder of the 28 kg total of CO2 produced is contributed by inhaled oxygen. Lungs are therefore the primary excretory organ for weight loss. (This calculation ignores fat that may be excreted as ketone bodies under particular (patho)physiological conditions or minor amounts of lean body mass, the nitrogen in which may be excreted as urea) Lifting the veil on weight loss At rest, an average 70 kg person consuming a mixed diet (respiratory quotient 0.8) exhales about 200 ml of CO2 in 12 breaths per minute.4 Each of those breaths therefore excretes 33 mg of CO2, of which 8.9 mg is carbon. In a day spent asleep, at rest, and performing light activities that double the resting metabolic rate, each for 8 hours, this person exhales 0.74 kg of CO2 so that 203 g of carbon are lost from the body. For comparison, 500 g of sucrose (C12H22O11) provides 8400 kJ (2000 kcal) and contains 210 g of carbon. Replacing one hour of rest with exercise that raises the metabolic rate to seven times that of resting by, for example, jogging, removes an additional 39 g of carbon from the body, raising the total by about 20% to 240 g. For comparison, a single 100 g muffin represents about 20% of an average person’s total daily energy requirement. Physical activity as a weight loss strategy is, therefore, easily foiled by relatively small quantities of excess food. Our calculations show that the lungs are the primary excretory organ for fat. Losing weight requires unlocking the carbon stored in fat cells, thus reinforcing that often heard refrain of “eat less, move more.” We recommend these concepts be included in secondary school science curriculums and university biochemistry courses to correct widespread misconceptions about weight loss. http://www.bmj.com/content/349/bmj.g7257

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