作者讨论了他们通过卡路里跟踪和间歇性断食进行生物黑客和减肥的经验。一些要点：
- 人体有 4 个储存能量的 "电池"（脂肪、糖原、蛋白质），可转化为 ATP 供能。当这些储存的燃料耗尽时，体重就会下降。
- 与身体基本运作所需的基础代谢率相比，运动消耗的热量很少。
- 通过每天摄入 500 卡路里的热量，中午 12 点到晚上 8 点间歇性禁食，以及改变生活方式（如低碳水化合物饮食和运动），作者在一年内平均每周减重 0.58 磅，总共减重 30 磅。
不瞒你说，在过去的一年里，我做了很多事情，包括生酮饮食、（连续）血糖/β-羟基丁酸测试、间歇性禁食、长时间禁水、各种补充剂、血液测试、心率监测仪、DEXA 扫描、睡眠追踪器、睡眠研究、有氧运动设备、阻力训练程序等等，所有这些我就不一一详述了，因为这让我有点像疯狂的科学家。
不过，作为一个在高中/大学期间学过大量物理和化学，但基本上没有学过生物的人来说，做这些实验是非常有趣的，也是我学习生物化学（我喜欢《细胞分子生物学》）、生物学（我喜欢坎贝尔的《生物学》）、人类营养学（我喜欢《高级营养与人类新陈代谢》）等教科书的一个很好的借口。
在这篇文章中，我想重点谈谈我的一些减肥实验，因为：
- 1）体重很容易测量；
- 2）体重的生化过程很有趣。
特别是在 2019 年 6 月，我的体重约为 200 磅，我决定至少要减掉 25 磅，使自己的体重降到约 175 磅，根据一些出版物，这是与我的性别、年龄和身高相关的全因死亡率最低的体重。
显然，目标体重是一个非常钝的工具，它本身与健康和总体幸福感几乎没有关系。
我也知道，减肥是一个敏感而复杂的话题，很多人都从不同的角度讨论过这个问题。
这篇文章的目的是对动物界的生物化学和能量代谢进行深入探讨，并为其他人的生物黑客探险提供潜在的灵感。
身体的电池
准确地说，人体大约有 4 块电池可供使用，每块电池的总容量和可调动的延迟/吞吐量各不相同。
每种存储介质的生化执行细节各不相同，但值得注意的是，在每种情况下，人体都会为一个单一而独特的目的对电池放电：
从 ADP 合成三磷酸腺苷或 ATP（好吧，技术上/除了一些还归于 NADH/NADPH 的 "氧化还原能力"）。
合成过程本身相对简单，只需将一分子二磷酸腺苷（ADP），在其末端接上第 3 个磷酸基团即可。这就好比在分子中挤压和加载弹簧。
这完全不是显而易见的，而且非常了不起--单个分子（ATP）就像一张通用的 1 美元钞票，以能量 "支付 "蛋白质机器所做的大量工作。更妙的是，这个系统竟然起源于远古，是地球上所有生命共有的。
- 需要（主动）跨细胞膜运输某种分子？ATP与跨膜蛋白的结合提供了所需的 "动力"。
- 需要暂时解开 DNA 的氢键？ATP 与蛋白复合物结合，为解开提供动力。
- 需要沿着肌动蛋白丝移动肌球蛋白以收缩肌肉？ATP 来帮忙！
- 需要在细胞的细胞骨架中穿梭蛋白质？ATP 为微小的分子马达（驱动蛋白）提供动力。
- 需要将氨基酸连接到 tRNA 上，以便在核糖体中合成蛋白质？需要 ATP。
现在，人体在任何时候都只能维持极少量的 ATP 分子 "供应"。ATP 会迅速水解，砍掉第三个磷酸基团，释放能量用于工作，留下 ADP。
如前所述，我们大约有 4 块电池，它们都可以 "放电"，从 ADP 重新生成 ATP：
- 超级短期电池。这就是磷肌酸系统，它可以缓冲肌酸上附着的磷酸基团，从而使 ADP 能够非常快速地在局部回收为 ATP。大量运动员服用肌酸补充剂来增加这种缓冲能力。
- 短期电池。糖原是一种葡萄糖多糖，存在于肝脏和骨骼肌中。肝脏可储存约 120 克，骨骼肌可储存约 400 克。血液中还循环着约 4 克葡萄糖。您的身体从葡萄糖的完全氧化（糖酵解和氧化磷酸化的总和）中获得约 4 千卡/克的热量，因此，如果您计算一下，您的糖原电池可储存约 2,000 千卡热量。这也恰好是一个普通成年人的基础代谢率，即维持 24 小时 "不熄灯 "所需的能量。现在，糖原并不是一种神奇的能量存储介质--它不仅能量密度（克/千卡）不高，而且还是一块海绵，会吸附过多的水（每 1 克糖原约含 3 克水），这就给我们带来了问题：
- 长期电池。脂肪组织（脂肪）是目前最主要的超高密度超高容量电池组。例如，截至 2019 年 6 月，我 200 磅的体重中约有 40 磅是脂肪。由于脂肪的能量密度明显高于碳水化合物（9 千卡/克，而不是 4 千卡/克），我的脂肪储存了 40 磅 = 18 千克 = 18,000 克 x 9 千卡/克 = 162,000 千卡。这是一笔惊人的能量。如果能量是唯一的制约因素，我的身体仅靠这些能量就能运行 162,000/2,000 = 81 天。由于 1 根炸药的能量约为 1 兆焦耳（239 千卡），因此我们需要 678 根炸药。或者，由于 100 千瓦时的特斯拉电池组可存储 360 兆焦耳的能量，如果它配有手摇式曲柄，原则上我几乎可以为它充电两次！哈。
- 瘦体重在充分禁食和被迫禁食的情况下，身体的生化过程会采用燃烧瘦体重（主要是肌肉）的方式来为身体提供能量。这是您身体的 "最后手段 "电池。
这四块电池随时都在以不同的量进行充电/放电。
如果你刚吃了一块饼干，你的饼干就会立即被分解成葡萄糖，在血液中循环。如果周围的葡萄糖过多（在吃饼干的情况下），你的合成代谢途径会立即将其储存为肝脏和骨骼肌中的糖原，或者（更少，如果大量存在）将其转化为脂肪。
在分解代谢方面，如果你开始慢跑，在最初的约 3 秒钟内，你将主要使用（1），（2）在接下来的 8-10 秒钟内无氧使用，然后，一旦你的身体通过提高心率、呼吸频率和氧气输送量进入更高的档位，（2、3）将有氧使用（一种潜伏期更长、吞吐量更大的途径）。(如果你让自己挨饿或在饮食中剥夺碳水化合物，（4）就会发挥作用。
由于我是一名计算机科学家，因此很难避免将这种 "能量层次结构 "与典型计算机系统的内存层次结构进行比较。
移动能量（以化学方式储存在分子的高能 C-H / C-C 键中）是非常昂贵的，就像在芯片中移动比特一样。
- (1) 是你的 L1/L2 缓存--它是本地的、即时的，但很小。通过细胞质中的糖酵解产生的无氧
- （2）是你的 RAM，有氧呼吸
- （3）是你的磁盘：延迟高（脂肪酸从脂肪组织通过血液一路穿梭过来！），但吞吐量高，存储量大。
体重减轻的源头
那么，当你 "减肥 "时，体重究竟去了哪里？这是个简单的问题，却难倒了大多数人，包括年轻时的我。你的体重归根结底只是组成你的原子（碳、氢、氮、氧等）的单个重量的总和，这些原子排列成一个复杂的有机分子动物园。有一天，你的体重可能是 180 磅，而第二天可能是 178 磅。那 2 磅的原子去哪儿了？事实证明，你每天的体重波动大多归因于水潴留，而水潴留会随着你的钠含量、当前的糖原水平、各种激素/维生素/矿物质水平等发生很大变化。
胃/肠内容物和粪便/尿液也会增加脂肪含量。
但是，当你 "减掉 "或 "燃烧 "脂肪时，脂肪具体去了哪里？构成脂肪的那些碳原子/氢原子不会就这样蒸发掉。(如果我们的身体能把它们蒸发掉，我们就能得到 E=mc^2 的能量，那就太酷了）。
总之，事实证明，你呼出的气体占你体重的大部分。你的呼吸看起来是透明的，但你吸入了大量氧气，呼出了大量二氧化碳。你刚刚呼出的二氧化碳中的碳，可能几秒钟前还是你脂肪中甘油三酯分子的一部分。
想想你每次呼气（在空腹状态下）都是在一个碳一个碳地呼出你的脂肪，真是非常有趣。有一个很好的 TED 演讲，甚至还有一篇完整的论文，介绍了其中涉及的全部生物化学/化学计量学知识。
细胞呼吸"慢动作 "燃烧。
值得注意的是，就输入（有机化合物）、输出（CO2 和 H2O）和化学计量学而言，你的身体做着完全相同的事情，但燃烧并不是爆炸性的，而是缓慢的、可控的，其中有大量的分子中间产物，这让生物系的学生们苦不堪言。这一生化奇迹从脂肪/碳水化合物/蛋白质（富含 C-C 和 C-H 键的分子）开始，通过糖酵解/β 氧化、柠檬酸循环、氧化磷酸化，最后到电子传递链和哇--你是认真的分子马达--ATP 合成酶，一步步完成慢动作燃烧。
好吧，有可能和核糖体打成平手。更妙的是，这是一个效率极高的过程，它能以 ATP 的形式捕获近 40% 的能量（其余能量以热量形式散失）。这比一般内燃机约 25% 的效率要高得多。
我还跳过了许多无法用一段话来概括的令人难以置信的细节，包括食物是如何被一片一片地分解成微小的醋酸分子的，它们的电子是如何被剥离并装载到分子穿梭器（NAD+ -> NADH）上的，然后它们又是如何通过量子隧道沿着电子传递链（字面意思是沿着蛋白质复合体的 "电线 "从食物流向氧气）流下的、最后，质子如何通过 ATP 合成酶上的小孔流回，像河上的水车一样旋转，为其提供动力，使其吸收 ADP 和磷酸盐，并将它们连接成 ATP。
显式建模。
现在，回到体重问题上，显然 0.58 磅/周的总体速度不是我们预期的 1 磅/周。为了验证能量赤字数学，我在 2019 年底左右花了 100 天非常仔细地跟踪我的每日能量输入和输出。对于输入，我记录了我的总卡路里摄入量 - 我在我的笔记应用程序中记录了我吃的所有东西。当没有营养标签时，我尽力估计摄入量。
幸运的是，我对猜测任何食物中的卡路里都有一种奇怪的痴迷，多年来我一直这样做是为了好玩，而且已经相当擅长了。在检查营养标签上的答案并看看你的正确率是否在 10% 以内之前，总是猜测某些食物中的卡路里，这不是很有趣吗？不？好吧。对于能量输出，我在“活动应用程序”中记录了 Apple Watch 报告的数字。TLDR 只需从摄入量中减去支出即可得出当天的大致赤字，我们可以用它来计算预期的体重减轻，最后与实际体重减轻进行比较。
例如，原始数据的摘录和简单的计算如下所示：
2019-09-23：早上体重180.5。摄入 1700，消耗 2710（Δkcal 1010，Δw 0.29）。明天应该体重180.2 |
营养部分
按重要性粗略排序：
- 仅在中午 12 点至 8 点进食。
- 不要喝任何卡路里的饮料（不含苏打水、不含酒精、不含果汁、避免牛奶）。
- 像瘟疫一样避免吃糖，包括立即分解为糖的碳水化合物含量高的食物（面包、大米、面食、土豆），包括较小程度的天然糖（苹果、香蕉、梨等 - 我们已经将这些糖“武器化”）在过去的几百年里，通过强烈的人工选择，水果变成了真正的糖果棒），浆果也不错。
- 避免加工食品（遵循迈克尔·波伦的启发，只在杂货店的外墙购物，远离杂货店的中心）。
- 对于肉类，主要是鱼，更喜欢鸡肉而不是牛肉/猪肉。
- 对我来说，避免吃牛肉/猪肉