Energieumsatz

Was passiert mit der Energie durch unserer Ernährung im Körper?

Wie der Körper den Energieverbrauch und die Energiebilanz steuert

Der Energieumsatz eines Organismus bezieht sich auf die Menge an Energie, die er innerhalb eines bestimmten Zeitraums verbraucht. In der Regel betrachten wir einen Zeitraum von 24 Stunden, wenn wir über den täglichen Energieumsatz sprechen. In bestimmten Situationen, wie zum Beispiel beim Sport, kann es aber auch interessant sein zu wissen, wie viel Energie pro Stunde verbraucht wird.

Anders als Pflanzen, die Sonnenlicht in Energie umwandeln können, sind Menschen und Tiere darauf angewiesen, Energie aus der Nahrung zu gewinnen. Der Energieumsatz eines Lebewesens hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie zum Beispiel von seiner Aktivität oder von der Temperatur seiner Umgebung. Wenn wir uns bewegen, benötigt unsere Muskulatur mehr Energie als im Ruhezustand. Außerdem verbraucht unser Körper bei heißem oder kaltem Wetter mehr Energie, um seine normale Temperatur aufrechtzuerhalten. Innerhalb eines Organismus gibt es auch Unterschiede in der Intensität des Stoffwechsels. Zum Beispiel verbrauchen Fettdepots weniger Energie als lebenswichtige Organe wie das Herz, die Leber oder die Nieren.

Der Energieumsatz setzt sich rechnerisch aus drei Hauptkomponenten zusammen: dem Grundumsatz, dem Leistungsumsatz (auch Aktivitäts- oder Arbeitsumsatz genannt) und der thermogenen Reaktion des Körpers auf die Nahrungsaufnahme.

Wie berechne ich, wie viele Kalorien ich brauche (Grundumsatz)?

Es gibt viele Formeln zur Berechnung des Grundumsatzes, aber eine vereinfachte Formel, die zumindest das Geschlecht berücksichtigt, lautet:

Für Frauen: 0,9 × 24 × Körpergewicht in kg
Für Männer: 1,0 × 24 × Körpergewicht in kg

Zum Beispiel beträgt der Grundumsatz einer 50 kg schweren Frau nach dieser Formel 1.080 kcal, und der Grundumsatz eines 80 kg schweren Mannes beträgt 1.920 kcal.

Was ist der Grundumsatz?

Der Energiegrundumsatz ist Dein Energieverbrauch, den Du für die Grundfunktionen des Körpers benötigst, ohne körperliche oder geistige Anstrengung. Das bedeutet Grundfunktionen wie Atmen, Schlafen, die Funktion deiner Organe, etc.

Was ist der Leistungsumsatz und wie berechnet man ihn?

Anders als beim Grundumsatz ist der Leistungsumsatz der Energiebedarf bei Belastung bzw. Anstrengung.

Der Leistungsumsatz ist die Menge an Energie, die dein Körper benötigt, wenn er aktiv ist und Arbeiten verrichtet. Dieser Energieverbrauch ergibt sich aus verschiedenen Aktivitäten wie körperlicher Bewegung, Prozessen zur Regulation der Körpertemperatur und der Verdauung. Die Skelettmuskulatur, die etwa 40 bis 50% deines Körpergewichts ausmacht, kann bei intensiver Nutzung ihren Energiebedarf im Vergleich zum Grundumsatz um das Zwanzigfache steigern. Die Muskulatur trägt zwischen 15% bei wenig aktiven Menschen und 50% bei Athleten zum Gesamtenergieverbrauch bei.

Wenn du intensiven Sport treibst, kannst du in einer Stunde mehr als 10 kcal pro Kilogramm Körpergewicht verbrennen.

Was ist denn die nahrungsinduzierte Thermogenese?

Kompliziertes Wort, einfache Bedeutung. Die nahrungsinduzierte Thermogenese ist die Menge an Energie, die während der Nahrungsaufnahme verbraucht wird. Zum Beispiel beim kauen, schlucken und verdauen. Kohlenhydrate, Fett und Eiweiß geben nicht nur Energie, sondern verbrauchen auch unterschiedlich viel Energie.

Die nahrungsinduzierte Thermogenese ist der Energieaufwand, den dein Körper benötigt, um die Nährstoffe, die du durch die Nahrung aufgenommen hast, zu verarbeiten. Die Menge dieser Energie hängt vor allem von der Art der Nahrung ab. Wenn du beispielsweise Proteine isst, verbraucht dein Körper etwa 18-25% der aufgenommenen Energie für die Verarbeitung. Bei Kohlenhydraten sind es etwa 4-7%, und bei Fetten etwa 2-4%. Bei einer normalen Mischkost wird oft von etwa 10% ausgegangen.

Komplexe Nährstoffe wie Polysaccharide erfordern mehr Energie für ihre Verstoffwechselung als einfache Nährstoffe wie Monosaccharide. Zusätzlich spielt die Effizienz deines Verdauungssystems eine Rolle. Studien deuten darauf hin, dass es tatsächlich Menschen gibt, die Nährstoffe effizienter oder weniger effizient verarbeiten, was zu Unterschieden im Energieverbrauch führen kann.

Um den Gesamtenergieumsatz zu bestimmen und die einzelnen Komponenten zu gewichten, verwenden Ernährungs- und Sportwissenschaftler verschiedene Methoden. Diese Methoden helfen dabei, herauszufinden, wie viele Kalorien eine Person benötigt, insbesondere unter verschiedenen Bedingungen wie unterschiedlichen sportlichen Anforderungen. Im Folgenden werden einige dieser Methoden näher erläutert.

Woher weis ich nun, wie viel Kalorien ich benötige?

Um den Gesamtenergieumsatz zu bestimmen und die einzelnen Komponenten zu gewichten, verwenden Ernährungs- und Sportwissenschaftler verschiedene Methoden. Diese Methoden helfen dabei, herauszufinden, wie viele Kalorien eine Person benötigt, insbesondere unter verschiedenen Bedingungen wie unterschiedlichen sportlichen Anforderungen. Im Folgenden werden einige dieser Methoden näher erläutert.

Die Kalorimetrie ist eine Methode, um herauszufinden, wie viel Energie dein Körper benötigt. Hierbei gibt es zwei Arten: direkte und indirekte Methoden.

Bei den direkten Methoden misst man direkt, wie viel Wärme dein Körper abgibt. Dies geschieht mit speziellen Geräten, ist jedoch aufwendig.

Die indirekte Methode, die beim Menschen häufiger verwendet wird, misst bestimmte Werte während des Atmens. Dabei geht es um den Sauerstoffverbrauch und die Menge an Kohlendioxid, die du ausatmest.

Der Energieverbrauch wird dann aus diesen Werten berechnet, und zwar anhand einer Formel. Das Ergebnis zeigt, wie viele Kalorien dein Körper benötigt.

Wenn du genauer wissen möchtest, welche Art von Nahrung dein Körper verbrennt (Fett oder Kohlenhydrate), schaut man auf den sogenannten respiratorischen Quotienten (RQ). Ist dieser Wert nahe bei 1, bedeutet das, dass dein Körper hauptsächlich Kohlenhydrate verbrennt. Ist der Wert niedriger, geht es mehr in Richtung Fettverbrennung.

Sportler können diese Informationen nutzen, um ihre Ernährung zu optimieren und die richtige Energiequelle für ihre Aktivitäten auszuwählen.

Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit streben Ernährungsberater danach, den Energieverbrauch mit noch einfacheren und alltagstauglicheren Methoden zu ermitteln. Der Vorteil liegt darin, dass auf teure und wenig alltagstaugliche Messgeräte verzichtet werden kann. Der Nachteil besteht jedoch in der größeren Ungenauigkeit der ermittelten Energieverbräuche, da es sich eher um Näherungs- als um exakte Messmethoden handelt. Im Folgenden werde ich drei dieser Methoden näher erläutern.

Eine unkomplizierte Methode ist die Ernährungsprotokoll-Gewichtskontrolle. Hierbei wird über einen bestimmten Zeitraum genau das Körpergewicht sowie die aufgenommene Energiemenge (oder der gesamte Verzehr mithilfe eines Ernährungsprotokolls) der betreffenden Person dokumentiert. Ideal wäre ein Zeitraum von mindestens einer Woche, der die üblichen Essgewohnheiten, Arbeitsabläufe und Bewegungsgewohnheiten widerspiegelt. Durch den Vergleich zwischen der zugeführten Energiemenge und der Entwicklung des Körpergewichts kann dann der individuelle Energieverbrauch abgeleitet werden.

Berechnungsmöglichkeiten PAL und Differenzierte Bestimmungsmethode

Eine weitere Methode zur Bestimmung ist der sogenannte Physical Activity Level, kurz PAL. Hier werden Menschen je nach ihrem körperlichen Aktivitätsniveau einer von fünf Typisierungsgruppen zugeordnet. Jede Gruppe hat dabei einen spezifischen PAL-Faktor (siehe Tabelle 1), der mit dem Grundumsatz multipliziert den Gesamtenergieverbrauch ergibt. Im Falle von sportlichen Aktivitäten werden dem PAL-Faktor je nach Umfang zusätzliche PAL-Einheiten hinzugefügt.

Was ist die PAL-Methode? 

Angenommen, wir haben eine 80 kg schwerer Mann, der als Büroangestellter hauptsächlich sitzende Tätigkeiten verrichtet und abends 45 Minuten Sport treibt.

Der PAL-Faktor beträgt 1,5 (aufgrund der überwiegend sitzenden Tätigkeit im Büro) + 0,3 (Zuschlag für 45 Minuten Sport) = 1,8.

Die Berechnung des Tages-Energieverbrauchs erfolgt wie folgt:

Berechnung:

1,8 (Leistungsumsatz) × 1,0 kcal (Grundumsatz) × 24 Stunden × 80 kg (Körpergewicht)

= 3.456 kcal

Eine andere Methode zur Bestimmung deines täglichen Energieverbrauchs nennt sich "Differenzierte Bestimmungsmethode". Hier wird dein Tag in verschiedene Aktivitätsphasen unterteilt, wie Schlafen, Sitzen, Arbeiten, Sport usw. Jede dieser Phasen hat einen unterschiedlichen Energieverbrauch. Das Ziel dieser Methode ist es, genauer abzuschätzen, wie viel Energie du insgesamt benötigst, indem die Energieanforderungen für jede dieser Phasen berücksichtigt werden.

Die Berechnung des Tages-Energieverbrauchs für eine 59 kg schwere Person mit verschiedenen Aktivitäten könnte wie folgt aussehen:

12 Stunden Sitzen (Arbeit und Zuhause):

Energieverbrauch: 12 Stunden x 0,024 kcal/kg/min x 59 kg x 60 min/h = 1.019,5 kcal

8 Stunden Schlaf:

Energieverbrauch: 8 Stunden x 0,016 kcal/kg/min x 59 kg x 60 min/h = 453,1 kcal

1 Stunde Laufen mit 12 km/h:

Energieverbrauch: 1 Stunde x 0,196 kcal/kg/min x 59 kg x 60 min/h = 693,8 kcal

2 Stunden Gehen:

Energieverbrauch: 2 Stunden x 0,056 kcal/kg/min x 59 kg x 60 min/h = 396,5 kcal

1 Stunde Stehen:

Energieverbrauch: 1 Stunde x 0,020 kcal/kg/min x 59 kg x 60 min/h = 70,8 kcal

Gesamt = 1.019,5 + 453,1 + 693,8 + 396,5 + 70,8 = 2.633,7 kcal

Die Berechnungsmethode berücksichtigt den gesamten Tag, der aus 24 Stunden oder 1.440 Minuten besteht. Dies ermöglicht eine genauere Anpassung an die Schwankungen im täglichen oder wöchentlichen Ablauf. Ein Nachteil dieser Methode ist jedoch, dass nicht für alle Aktivitäten und Intensitäten des täglichen Lebens genaue Werte verfügbar sind. In solchen Fällen muss man auf Schätzungen zurückgreifen.