3.1 Energie-Einheiten

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2 Energie-Einheiten kj = 4,184 kcal kcal = 0,24 kj Die Kalorie war lange Zeit die gemeinsame Einheit aller Energieformen, wie etwa für chemische, elektrische oder kinetische Energie. Sie ist definiert als die Wärmeenergie, die 1 Gramm Wasser bei normalem Atmosphärendruck zugeführt werden muss, um dessen Temperatur von 14,5 auf 15,5 C zu erhöhen. Da die Anwendung der Kalorie als Einheit wegen der Abhängigkeit der spezifischen Wärme des Wassers von Druck und Temperatur problematisch ist, wird Energie heute durch Umrechnung in Joule definiert. Das Joule ist die abgeleitete gemeinsame SI-Einheit für Energie, Arbeit und Wärme. Für die Umrechnung gilt: 1 cal = 4,184 J bzw. 1 Joule = 0,239 cal. Grundumsatz Altersgruppe Formel für die Voraussage des Grundumsatzes (GU) nach WHO, 1985 Frauen Jahre GU = 0,056 kg KG + 2, Jahre GU = 0,062 kg KG + 2, Jahre GU = 0,034 kg KG + 3,538 Über 60 Jahre GU = 0,038 kg KG + 2,755 Männer Jahre GU = 0,074 kg KG + 2, Jahre GU = 0,063 kg KG + 2, Jahre GU = 0,048 kg KG + 3,653 Über 60 Jahre GU = 0,049 kg KG + 2,459 Der Energiebedarf des Menschen lässt sich in drei wesentliche Komponenten unterteilen: Grundumsatz, Umsatz für körperliche Aktivität und die Energie für die nahrungsinduzierte Thermogenese. Der Grundumsatz ist der Energieverbrauch einer gesunden Person in Ruhe, morgens vor dem Aufstehen, nach mindestens 12-stündiger Nahrungskarenz in einer thermoneutralen Umgebung. Er entspricht dem Energiebedarf für die Aufrechterhaltung aller lebenswichtigen Prozesse. Beim Erwachsenen mit leichter körperlicher Arbeit macht der Grundumsatz mit % den größten Teil des täglichen Energiebedarfs aus.

3 8 12 % werden für die postprandiale Thermogenese, % für körperliche Aktivität benötigt. Dazu kommen maximal 10 % für weitere Faktoren, wie z.b. Thermoregulation. Der Grundumsatz kann mittels indirekter Kalorimetrie über die Bestimmung des Sauerstoffverbrauchs und der Kohlendioxidproduktion relativ genau erfasst werden. Einfacher und für die Praxis ausreichend genau lässt sich der Grundumsatz mit statistischer Sicherheit mittels prädiktiver Formeln ermitteln. Sehr häufig werden dazu die von der WHO empfohlenen Formeln benutzt (s.o.). Die Berechnung ergibt den Grundumsatz in MJ/Tag. Durch Multiplikation mit 239 erhält man den Grundumsatz in kcal/tag. Der Grundumsatz ist keine konstante Größe, sondern unterliegt individuellen Schwankungen. So wird er beispielsweise durch den Schlafrhythmus oder die Außentemperatur beeinflusst. Der Energieverbrauch des Körpers ist in erster Linie von der fettfreien Körpermasse abhängig. Da Frauen einen höheren Anteil an Fettgewebe haben, ist ihr Grundumsatz generell um etwa 10 % niedriger anzusetzen als der von Männern. Im Übrigen hat auch die genetische Veranlagung einen Einfluss auf die Höhe des Grundumsatzes. Mit zunehmendem Alter kommt es durch eine Reduzierung des stoffwechselaktiven Gewebes (v.a. Muskelgewebe) zu einer Verminderung des Grundumsatzes. Energie-Einheiten 87 Übungsaufgaben: Errechnen des Grundumsatzes Errechnen Sie den Grundumsatz folgender Patienten: Marta Meier, Körpergröße 158 cm, Gewicht 70 kg, 69 Jahre Karl Schmidt, Körpergröße 180 cm, Gewicht 81 kg, 41 Jahre Susanne Zack, Körpergröße 162 cm, Gewicht 47 kg, 22 Jahre.

4 Energiebedarf bei körperlicher Aktivität Gesamtenergieumsatz = PAL Grundumsatz Ein erheblicher Teil des Energieumsatzes beruht auf dem Energiebedarf für körperliche Aktivität. Somit hat die Art der beruflichen Beschäftigung ebenso wie das Freizeitverhalten einen bedeutenden Einfluss auf den täglichen Energiebedarf. Mithilfe der so genannten PAL-Werte (= physical acitivity level) lässt sich der durchschnittliche tägliche Energiebedarf eines Erwachsenen in Abhängigkeit von seiner körperlichen Aktivität leicht als Mehrfaches des Grundumsatzes errechnen. Unter hierzulande üblichen Lebensbedingungen kann der PAL-Wert zwischen 1,2 und 2,4 variieren. Durch den Bezug auf den Grundumsatz werden auch Faktoren wie Körpergewicht, Alter und Geschlecht berücksichtigt. Dadurch wird der Energieaufwand für definierte körperliche Aktivitäten auch bei unterschiedlichen Personen vergleichbar. Für Heranwachsende kann der tägliche Energiebedarf mit der o.g. Formel nicht berechnet werden, da zusätzliche Energie für den Aufbau der Körpermasse benötigt wird. Tab.: PAL-Werte zur Berechnung des durchschnittlichen täglichen Energieumsatzes bei unterschiedlichen körperlichen Aktivitäten PAL* Körperliche Aktivität Beispiele 1,2 Ausschließlich sitzende oder Alte, gebrechliche Menschen liegende Lebensweise 1,4 1,5 Ausschließlich sitzende Tätigkeit Büroangestellte, Feinmechaniker 1,6 1,7 Sitzende Tätigkeit, zeitweilig Laboranten, Kraftfahrer, zusätzlicher Energiebedarf Fließbandarbeiter für gehende und stehende Tätigkeiten 1,8 1,9 Überwiegend gehende und Hausfrauen,Verkäufer, stehende Tätigkeit Handwerker, Kellner, Apotheker 2,0 2,4 Körperlich anstrengende Bauarbeiter, Landwirte, berufliche Arbeit Waldarbeiter, Bergarbeiter, Leistungssportler * Für sportliche Betätigungen oder für anstrengende Freizeitaktivitäten (30 60 Minuten, 4- bis 5-mal pro Woche) können zusätzlich pro Tag 0,3 PAL-Einheiten zugelegt werden.

5 Übungsaufgaben: Errechnen des Energieumsatzes Energiebedarf bei körperlicher Aktivität Berechnen Sie den durchschnittlichen täglichen Energieumsatz für die Ihnen bereits bekannten Patienten aus dem Kapitel»Grundumsatz«. Sie gehen folgenden Berufen nach: Marta Meier: Hausfrau Karl Schmidt: Sachbearbeiter Susanne Zack: Laborantin. 89

6 Beurteilung des Körpergewichts nach Broca Normalgewicht nach Broca: Körperlänge (cm) 100 Körpergewicht (kg) Broca-Index = Broca-Normalgewicht (kg) Nach statistischen Untersuchungen einer amerikanischen Versicherungsgesellschaft ist das»normalgewicht nach Broca«das Gewicht mit dem geringsten Risiko zu erkranken oder vorzeitig zu sterben. Der Broca-Index als Quotient aus dem gemessenen Körpergewicht und dem errechneten Broca-Normalgewicht gibt eine Aussage über den Grad der Abweichung vom Sollgewicht. Er wird häufig in Prozent angegeben (multipliziert mit 100). Eine Adipositas besteht dann, wenn das Ist-Gewicht um mehr als 20 % über dem Soll-Gewicht liegt. Das früher populäre»idealgewicht nach Broca«(Normalgewicht abzüglich %) basierte auf z. T. fehlerhaften Untersuchungen. Es wird heute nicht mehr empfohlen, da es zu niedrig und damit für die Gesundheit unvorteilhaft ist.

7 Übungsaufgaben: Errechnen des Normalgewichts Beurteilung des Körpergewichts nach Broca Errechnen Sie das Normalgewicht sowie den Broca-Index für folgende Patienten: Marta Meier, Körpergröße 158 cm, Gewicht 70 kg Karl Schmidt, Körpergröße 180 cm, Gewicht 81 kg Peter Müller, Körpergröße 184 cm, Gewicht 92 kg. 91

8 Beurteilung des Körpergewichts mit dem Body Mass Index (BMI) Körpergewicht (kg) BMI= Körpergröße (m) Körpergröße (m) Der BMI gilt heute als Standard zur Beurteilung des Körpergewichts. Er ist definiert als Quotient des Körpergewichts (kg) und dem Quadrat der Körpergröße (m 2 ). Von den verschiedenen Gewichtsgrößen-Indizes korreliert der BMI am besten mit der Körperfettmasse. Allerdings ist im Einzelfall zu berücksichtigen, dass ein hohes Körpergewicht auch z.b. aus großer Muskelmasse oder extrazellulärem Wasser (Ödeme) resultieren kann. So haben Body- Builder oder Leistungssportler oft einen hohen BMI bei gleichzeitig niedriger Körperfettmasse. Bei Kindern und Jugendlichen hat sich die Verwendung des BMI bis heute nicht etabliert. Zur Beurteilung des Ernährungszustands werden hier stattdessen weiterhin die Wachstums- und Gewichtskurven in Perzentilen angewandt. Der Ernährungszustand wird anhand des BMI allgemein wie folgt beurteilt: BMI Beurteilung < 18,5 Untergewicht 18,5 24,9 Normalgewicht 25 29,9 Leichtes Übergewicht: Bei Vorliegen weiterer Risikofaktoren wird Gewichtsreduktion empfohlen 30 Adipositas: Gewichtsreduktion empfohlen Statistische Untersuchungen haben ergeben, dass ein BMI > 30 bzw. < 18,5 kg/m 2 mit einer erhöhten Mortalität einhergeht. In Abhängigkeit vom Alter werden folgende BMI-Bereiche hinsichtlich der Gesundheit als wünschenswert beurteilt: Jahre Jahre Jahre Jahre Jahre über 64 Jahre 24 29

9 Übungsaufgaben: Errechnen des BMI Beurteilung des Körpergewichts mit dem Body Mass Index (BMI) Errechnen Sie Ihren eigenen BMI Errechnen Sie den BMI folgender Patienten und beurteilen Sie das Körpergewicht unter gesundheitlichen Aspekten: Marta Meier, Körpergröße 158 cm, Gewicht 70 kg, 69 Jahre, Karl Schmidt, Körpergröße 180 cm, Gewicht 81 kg, 41 Jahre, Susanne Zack, Körpergröße 162 cm, Gewicht 47 kg, 20 Jahre Wie viel Kilo muss Frau Zack mindestens zunehmen, um Normalgewicht zu erlangen? Errechnen Sie für Ihre eigene Körpergröße und Ihr Alter den gesundheitlich empfehlenswerten Gewichtsbereich. 93

10 Fettverteilung Taillenumfang (cm) Waist-Hip-Ratio (WHR) = Hüftumfang (cm) Der Quotient aus Taillen- und Hüftumfang ist ein häufig genutztes anthropometrisches Maß zur Beurteilung der Fettverteilung. Als Begriff hat sich die englische Bezeichnung Waist-Hip-Ratio eingebürgert. Übergewichtige Männer weisen in der Regel ein androides oder abdominelles Fettverteilungsmuster auf, d.h. der Taillenumfang (Abdominalfett) übertrifft den Hüftumfang. Bei Frauen ist es meist umgekehrt. Doch gibt es auch Frauen mit androider bzw. auch Männer mit gynoider Fettverteilung. Abdominell abgelagertes Fett geht mit einem höheren Risiko kardiovaskulärer Folgeerkrankungen einher als Fett im Hüftbereich. Somit ist also nicht nur das Ausmaß des Übergewichts, sondern auch die Verteilung der Fettdepots für die Bewertung des Körpergewichts bedeutsam. Bei nur mäßigem Übergewicht ist die WHR ein Entscheidungskriterium für die Frage, ob eine Gewichtsreduktion notwendig ist. Die Waist-Hip-Ratio sollte bei Männern unter 1,0 und bei Frauen unter 0,85 liegen, darüber liegende Werte gehen mit einem deutlich erhöhten Risiko für Folgeerkrankungen einher. Neuerdings wird auch der Taillenumfang allein für die Risiko-Bewertung von Übergewicht herangezogen. Ein Taillenumfang von mehr als 102 cm bei Männern bzw. von mehr als 88 cm bei Frauen wird als deutlich erhöhtes Krankheitsrisiko angesehen.

11 Übungsaufgabe Fettverteilung Ermitteln Sie Ihre eigene Waist-Hip-Ratio.

12 Nährstoffdichte Nährstoffdichte Nährstoffgehalt(µg/mg/g pro 100 g Lebensmittel) [µg/mg/g pro MJ] = Brennwert (MJ pro 100 g Lebensmittel) Die Nährstoffdichte beurteilt ein Lebensmittel als Nährstofflieferant. Dabei wird der Nährstoffgehalt in Beziehung zum Energiegehalt des Lebensmittels gesetzt: die Nährstoffdichte ist definiert als Quotient von Nährstoffgehalt und Brennwert eines Lebensmittel. Je höher die Nährstoffdichte ist, desto günstiger ist das Verhältnis zwischen Nährstoff- und Energiegehalt. Es ist zu beachten, dass die Zubereitung eines Lebensmittels dessen Nährstoffdichte verändern kann: etwa wenn der Energiegehalt steigt (z.b. beim Frittieren) oder der Gehalt eines Nährstoffs abnimmt (z.b. Verlust von Kalium im Kochwasser). Die Kenntnis der Nährstoffdichte ist wichtig, wenn eine energiebegrenzte aber nährstoffreiche Ernährung erforderlich ist. Alte Menschen beispielsweise benötigen eine Ernährung mit überdurchschnittlich hoher Nährstoffdichte, da der Energieumsatz im Alter sinkt, der Bedarf an Protein, Mineralstoffen, Vitaminen und Spurenelementen jedoch unverändert bleibt. Die Nährstoffdichte lässt sich auch für die gemischte Kost eines Tages berechnen. So wird jeweils die Summe der Nährstoffgehalte durch die Summe der Brennwerte der verzehrten Portionen dividiert. Anhand der DGE- Empfehlungen der Nährstoffdichten für die verschiedenen Bevölkerungsgruppen ist eine Beurteilung des Versorgungszustands eines Menschen möglich. Obst und Gemüse weisen aufgrund ihres hohen Vitamin- und Mineralstoffgehaltes und ihres geringen Energiegehaltes die höchsten Nährstoffdichten auf. Auch fettarme Milch(produkte) sowie mageres Fleisch und Fisch verfügen über hohe Nährstoffdichten. Beispiel 1: Die Nährstoffdichte verschiedener Obstsorten Die Banane ist als besonders kaliumreiches Obst bekannt. Gleichzeitig ist sie aber auch sehr energiereich. Bezogen auf die Nährstoffdichte schneiden andere Obstsorten wie z.b. Erdbeeren ebenso gut ab. Obst Kalium Energie Nährstoffdichte für (mg je 100 g) (MJ je 100 g) Kalium (mg/mj) Banane 382 0, Erdbeere 147 0,

13 Übungsaufgaben: Errechnung der Nährstoffdichte Nährstoffdichte Errechnen Sie die Nährstoffdichte der unten genannten Lebensmittel für die angegebenen Nährstoffe: Lebensmittel Calcium Energie Nährstoffdichte für (mg je 100 g) (MJ je 100 g) Calcium (mg/mj) Trinkmilch 3,5% Fett 120 0,267 Trinkmilch 1,5% Fett 123 0,195 Buttermilch 109 0,144 Lebensmittel Vitamin B1 Energie Nährstoffdichte für (mg je 100 g) (MJ je 100 g) Vitamin B1 (mg/mj) Kalbsschnitzel 0,18 0,414 Schweineschnitzel 0,80 0,443 Hinterschinken 0,80 1,145

14 98 Literaturquellen Biesalski, Hans Konrad u.a. (Hrsg.): Ernährungsmedizin. Stuttgart, New York 1999 Biesalski, Hans Konrad; Grimm, Peter: Taschenatlas der Ernährung. Stuttgart, New York 1999 Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE): Referenzwerte für die Nährstoffzufuhr. Frankfurt am Main 2000 Elmadfa, Ibrahim; Fritzsche, Doris: Die große GU Vitamin und Mineralstoff Tabelle. München 1998 Müller, Manfred J.: Ernährungsmedizinische Praxis: Methoden Prävention Behandlung. Berlin, Heidelberg 1998 Paul-Prößler, Ute: Was heißt Nährstoffdichte? Aus : wichtige Fragen richtige Antworten, CMA Centrale Marketing-Gesellschaft der deutschen Agrarwirtschaft mbh (Hrsg.), 1998 Schauder, Peter; Ollenschläger Günter: Ernährungsmedizin: Prävention und Therapie. München, Jena 1999 Suter, Paolo M.: Checkliste Ernährung. Stuttgart, New York 2002