Der Energieumsatz beim Menschen

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1 Der Energieumsatz beim Menschen 1

2 Mühlleithen

3 Rein energetisch betrachtet Annahme: Der Inhaber des Deckels hätte alle 0,5 l Biere allein getrunken (16?), würde 80 kg auf die Waage bringen und wäre 1,72 m groß. Frage: Wieviele Kilometer bzw. Minuten müsste die Person joggen (7 min km -1 ) bzw. Rennrad fahren (25 km h -1, Oberlenkerhaltung) um, energetisch betrachtet, die dadurch aufgenommene Energie zu kompensieren? 3

4 Inhalt: 1. Grundbilanz 2. Der Energiegehalt von Nahrungsmitteln 3. Bewegung 4. Grundregeln des Trainings 5. Laufen und Radfahren aus energetischer Sicht 4

5 Grundbilanz Messung des Energieumsatzes: direkte Kalorimetrie: Messung der Wämeabgabe des Organismus in einem Kalorimeter indirekte Kalorimetrie: oxidativer Abbau der Nährstoffe zu H 2 O, CO 2 und stickstoffhaltigen Produkten Atemgasanalyse (O 2 -Aufnahme und CO 2 -Abgabe) sowie die Stickstoffausscheidung im Urin Berechnung des Energieumsatzes unter Verwendung der physiologischen Brennwerte 5

6 Grundbilanz tägliche Energieverbrauch = Grundumsatz + nahrungsinduzierte Thermogenese + adaptative Thermogenese (Thermoregulation, Stress) + Arbeits- bzw. Leistungsumsatz (bewegungsabhängige Thermogenese) evtl. + Energie für Wachstum, Schwangerschaft und Stillperiode 6

7 Grundumsatz (GU) = Energieverbrauch unter strikten Ruhebedingungen Biochemische Reaktionen im Intermediärstoffwechsel für Wachstum, Umbau, Neubildung, Erhaltung und Speicherung von Körpersubstanz Transportprozesse: Transport von Stoffwechselzwischenprodukten, komplexen Stoffwechselprodukten über Zellmembranen sowie intrazellulär, Ionentransporte bei Nervenaktivitäten und Informationsprozessen unwillkürliche mechanische Arbeit: Herz-Kreislauf-Arbeit, Atmung, Erhaltung des Muskeltonus (Erwachsener 80 kg: 55 kcal / d für Herztätigkeit, Atmung 68 kcal / d 0.15 l Bier oder Apfelsaft) Messung: Stunden nach der letzten Mahlzeit, kurz nach dem Aufwachen, bei völliger Körperlicher Ruhe und unter thermoneutralen Bedingungen (27-31 Grad Celsius in unmittelbarer Körperumgebung) 7

8 Berechnung des Grundumsatzes (GU) Einfach: Frauen : x kg Körpergewicht (60 kg 1120 kcal 80 kg 1260 kcal) Männer: x kg Körpergewicht (80 kg 1700 kcal) Der Unterschied? Die Muskeln! 8

9 Berechnung des Grundumsatzes nahrungsinduzierte Thermogenese = Steigerung des Energieumsatzes nach Nahrungsaufnahme erhöhte Körpertemperatur und Wärmeabgabe nach Nahrungsaufnahme (für Verdauung, Resorption und Transport der Nährstoffe Energie benötigt wird) ~ 10% des GU adaptive Thermogenese = Energie für die Anpassung an veränderte Bedingungen (Stress, intensive geistige Arbeit, Temperaturveränderungen) Thermoregulation: Unter thermoneutralen Bedingungen ist keine zusätzliche Wärmeproduktion zur Erhaltung der Körpertemperatur notwendig. Temperaturen oberhalb bzw. unterhalb der thermoneutralen Zone führen zu einer Zunahme des Energieumsatzes (Transpiration, Zittern, ) ~ 5% des GU 9

10 Abschätzung des Gesamt-GU Einfach: Frauen : Körpergewicht in kg x 24 x 0.9 (60 kg 1300 kcal 80 kg 1730 kcal) Männer: Körpergewicht in kg x 24 (80 kg 1920 kcal) 10

11 Arbeitsumsatz: bewegungsabh. Thermogenese Abschätzung mittels PAL ( physical activity level ) Multiplikator des GU je nach Belastungsintensität für den Zeitraum körperlicher Arbeit Leichte körperliche Arbeit GU x Mittelschwere körperliche Arbeit GU x 2-4 Schwere körperliche Arbeit, Sport GU x 6-10 Energiebedarf pro Tag: Büroarbeit GU x (2400 kcal) Leichte körperliche Arbeit GU x (2780 kcal) Mittelschwere körperliche Arbeit GU x (3260 kcal) Schwere körperliche Arbeit GU x (4320 kcal) 11

12 Arbeitsumsatz bei Bewegung kcal pro Minute = VO 2 (Sauerstoffaufnahme in l min -1 ) x 5 Das metabolisches Äquivalent (MET): 1 MET ist die O 2 -Aufnahme einer erwachsenen Person im Sitzen = 3.5 (Mann) bzw. 3.2 (Frau) ml VO 2 pro Minute und kg Körpergewicht kcal/h = [METs x 3.5 (bzw. 3.2) x kg Körpergewicht] x 0.3 Mann, 80 kg 84 kcal / h 12

13 Veranschaulichung des MET Sitzen in der Wohnung oder im Büro umhergehen Gehen mit ca. 5 km/h Hausarbeit (Staubsaugen, Bodenwischen) Rasenmähen Tanzen Langsames Schwimmen Joggen (= langsames Laufen) Bergwandern mit Gepäck Fahrradfahren schnelles Schwimmen Schnelleres Laufen (12 km h -1 ) 1MET 2 METs 3 METs 3 bis 5 METs 3 bis 6 METs 3 bis 8 METs 6 METs 6 bis 8 METs 7 bis 9 METs 6 bis 12 METs bis 12 METs 12 METs 13

14 Energieumsatz beim Laufen Faustregel: Körpergewicht in kg x Zahl der km = Energieumsatz in kcal (gilt für das Laufen, beim Gehen ist der Umsatz geringer!) 14

15 Die Energieaufnahme H. J. Schlichting Einfache Themen zur Physik des Sports 15

16 Physiologische Brennwerte Grundbestandteil Brennwert in kj/g Brennwert in kcal/g Kohlenhydrate 17 4 Mehrwertige Alkohole 10 2,4 Protein (Eiweiß) 7 4 Fett 37 9 Ethanol (Alkohol) 29 7 Organische Säuren 13 3 Salatrims (Fettersatzstoffe) 25 6 Ballaststoffe

17 Physiologischen Brennwerte siehe auch:

18 Die Energiebalanz Generell wird der individuelle Energieverbrauch bzw. bedarf gerne überschätzt so wie das Ausmaß der Energiezufuhr erfahrungsgemäß gerne unterschätzt wird. 18

19 Was hilft für eine ausgeglichene oder negative Bilanz? 1 kg Fettgewebe entspricht einem Energiegehalt von ca kcal. Das bedeutet, man muss ca kcal einsparen bzw. zusätzlich verbrauchen, um ein Kilo abzuspecken. Jede körperliche Aktivität hilft, erst recht beim abnehmen! 19

20 Bewegung Sport - Training Bewegung ist Bewegung Sport ist etwas Soziales oder Kompetitives Training ist regelmäßige körperliche Bewegung (Belastung) zum Zwecke der Leistungssteigerung oder Erhaltung der körperlichen Leistungsfähigkeit auf der Basis von Wachstumsprozessen in den beanspruchten Organen. Bewegung oder Sport ist nicht automatisch Training. Nicht jede körperliche Aktivität ist trainingswirksam! 20

21 Das Medikament Bewegung Regelmäßiges körperliches Training ist die - sicherste - umfassendste - wirkungsvollste Einzelmaßnahme zur Vorbeugung und Behandlung von Diabetes mellitus (T2DM) Bluthochdruck Osteoporose u. Sarkopenie (ab ca. 30 Jahre 1% physiologischer Muskelschwung / Jahr) Depression (und die effektivste anti-aging -Maßnahme) 21

22 Abnehmen, aber wie? Regelmäßiges Ausdauertraining mit nicht zu geringer Intensität (mind. 3 x pro Woche)! Die Belastungsintensität richtet sich nach dem Trainingszustand. Sie sollte zum effektiven Kalorienverbrauch und damit auch zur effektiveren Fettverbrennung über dem propagierten Fettverbrennungsbereich liegen und zumindest 20 Minuten gehalten werden können - je länger, desto effektiver (je nach Trainingszustand und Leistungsfähigkeit, für Anfänger sind bereits 10 Minuten wirksam!). Je extensiver die Belastungsintensität, desto länger kann bzw. sollte die Belastungsdauer sein. Je kürzer die Belastungsdauer (z. B. bei Zeitmangel), desto intensiver muss trainiert werden, um den gewünschten Effekt (einen ausreichenden Kalorienverbrauch) zu erzielen. Intensives Ganzkörper-Krafttraining ein- bis zweimal pro Woche (Erhaltung/Aufbau der Muskelmasse). 22

23 Stichwort Fettverbrennungspuls Abbildung Belastung Anteile am Stoffwechsel: das sind die relativen Anteile! 23

24 Stichwort Fettverbrennungspuls und das sind absoluten Anteile! Es gibt aber sehr wohl ein Fettstoffwechseltraining bei LZA-Sportlern! (LZA LangZeitAusdauer Marathon- und Ultraläufer, Triathleten, Radrennfahrer ) 24

25 Folgerung je intensiver die Belastung desto höher der Energieumsatz (verbrauchte Kohlenhydrate (in Leber, Muskelzellen, ) werden nach der Belastung auch wieder aufgefüllt indem Fette zu Kohlenhydraten verstoffwechselt werden) So viel und so anstrengend wie möglich? NEIN!!! 25

26 Trainingslehre gilt für jedermann für den Anfänger wie für den Profi Dosierung eines Trainings: 1. Intensität ( Dosis ) 2. Dauer ( Dosis ) 3. Häufigkeit ( Dosisintervall ) 4. Umfang ( wöchentliche Gesamtdosis ) individuell abhängig von Leistungsfähigkeit und Trainingszustand! 26

27 Trainingslehre gilt für jedermann Ermittlung der Belastungsintensitäten für das Ausdauertraining Orientierung an der max. Wattleistung bzw. max. HF (woher?) Untergrenze: 50% der max. PWC = ca. 70% der HF max (bei Untrainierten meist 75% HF max ; bei Trainierten 65-70% der HF max ) Obergrenze: 70-75% der max. PWC = 85-88% der HF max (bei Trainierten bis 90% HF max und höher) HF Herzfrequenz ( Puls ) PWC physical working capacity 27

28 Das Prinzip der Superkompensation 28

29 Das Prinzip der Superkompensation marathon.pitsch-aktiv.de Man wird nicht schneller / besser bei der sportlichen Aktivität, sondern in den Pausen dazwischen! 29

30 Energieumsatz beim Laufen und Radfahren P = P / η + in out P GU P out 3, = μmgv + ρc Av / 2 P = μm v R w out, L N P in (m N = 70 kg) Spezifische energetische Transportkosten H. J. Schlichting, W. Suhr, Physik in unserer Zeit 2, 39 (2008) 30

31 Rein energetisch betrachtet Annahme: Der Inhaber des Deckels hätte alle 0,5 l Biere allein getrunken (16?), würde 80 kg auf die Waage bringen und wäre 1,72 m groß. Frage: Wieviele Kilometer bzw. Minuten müsste die Person joggen (7 min km -1 ) bzw. Rennrad fahren (25 km h -1, Oberlenkerhaltung) energetisch betrachtet kompensiert werden? Antwort: 16 x 5 x 42 kcal = 3360 kcal Jogging ~ 42 km, 295 min RR 168 km, 401 min (130 W CW) 31

32 Es gibt keine Wundermittel und keine Geheimnisse! Es gibt nur die Wahrheit der Energiebilanz! ( und viele faule Ausreden ) 32