Een artikel over een alledaagse toepassing van de Thermodynamica trekt altijd mijn aandacht. Zo ook het artikeltje met de uitdagende titel De wet van eraf en eraan in de NRC-column (6 juni 2015) van Martijn Katan. Hij gaat met dat artikeltje in tegen de naar zijn mening foute redenering van “… diëtisten en professoren …” dat een gewenste hoeveelheid van je gewicht verminderd kan worden door gedurende een bepaalde tijd minder te eten totdat die hoeveelheid door inspanningen is verdwenen: een balans van voeding en activiteiten. Hij refereert daarbij aan bevindingen van de fysicus Kevin Hall die werkzaam is bij het Amerikaanse Instituut voor Gezondheid, de NIH. Het onderzoeksprogramma van Hall is gericht op het wiskundig formuleren van metabolisme zodat daarmee het lichaamsgewicht onder allerlei omstandigheden voorspeld kan worden. Hall heeft inmiddels een applicatie voor intelligente telefoons uitgebracht waarmee dit idee door iedereen gebruikt kan worden.

Het idee dat Kaplan en Hall voorstaan is geschetst in het vereenvoudigde energiediagram dat hierboven is weergegeven. Naast energietoename door voeding en afname door inspanning is er een constante afname door wat we onderhoud kunnen noemen. Het lichaam heeft een hoeveelheid energie nodig om zijn functies uit te voeren, bijvoorbeeld een constante lichaamstemperatuur te onderhouden. Een belangrijk aspect van het idee is dat die onderhoudskosten afhankelijk zijn van de gewicht van het lichaam, van de grootte van de energiereserve. Voor dit eenvoudige model geeft de Eerste Hoofdwet van de Thermodynamica de energiebalans waaruit volgt dat de reserve toeneemt door het verschil van wat aan voeding wordt ingenomen en wat aan inspanning en onderhoud wordt afgestaan. Omdat het onderhoud afhankelijk is van de grootte van de reserve kan er bij elk patroon van voeding en inspanning een in de tijd constante, stationaire, toestand ontstaan die wordt gekenmerkt door een zekere grootte van de reserve. Kaplan illustreert dat overduidelijk in zijn artikel aan de hand van een wastafel die leeg stroomt met een snelheid die evenredig is met de vulling.

Op uitnodiging van de opleiding Levenswetenschap en Techniek, die gemeenschappelijk wordt verzorgd door de Universiteit van Leiden en de Technische Universiteit van Delft, heb ik een tijd lang het vak Dynamic Energy Budgets (DEB) verzorgd. Het betrof een bijvak voor een relatief klein aantal studenten die zich in de meer theoretische aspecten van het vakgebied wilden specialiseren. Het vak heb ik opgezet aan de hand van een aantal hoofdstukken uit het boek Dynamic Energy and Mass Budgets in Biological Systems van Bas Kooijman.  In sectie 3.6 van hoofdstuk 3 staat keurig uitgelegd hoe de bovengenoemde energiebalans werkt voor biologische systemen in het algemeen en dus voor de mens in het bijzonder. De beschrijving van Kooijman is veel algemener dan hierboven weergegeven en geeft bijvoorbeeld de mogelijkheid om variatie in voeding en soorten van inspanning in rekening te brengen. Bovendien zijn er veel meer aspecten die in aanmerking worden genomen en daarom is het onderhoud maar een relatief klein deel van het hele bouwwerk van de DEB-theorie.

Wat mij aan het artikel van Kaplan verbaasde, was dat ik aan het einde las dat Kaplan emeritus hoogleraar voedingsleer is aan de Vrije Universiteit van Amsterdam. Dat is opmerkelijk omdat Bas Kooijman ook hoogleraar is aan diezelfde universiteit maar dan in de theoretische biologie. Bovendien zijn beide heren lid van de Koninklijke Nederlandse Academie voor Wetenschappen. Het lijkt wel of beide heren nooit met elkaar over dit onderwerp hebben gesproken. Zowel de theorie van Kooijman als de toepassing van Katan in de voedingsleer zouden hierbij groot voordeel hebben gehad, met name in de appreciatie door een groter publiek. Ook Hall kon hiermee zijn voordeel doen want de beschouwing van de theoretische achtergrond voor meer algemene biologische systemen maakt het mogelijk steviger uitspraken te doen over hun gedrag. Voorwaar een gemiste kans.