Energiebedarf, Energieverfügbarkeit und Energieverbrauch

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Ob viele Kohlenhydrate, viel Eiweiß oder viel Fett in der Ernährung beim Gewichtsmanagement die Nase vorn haben – wissenschaftlichen Konsens gibt es bislang nicht. Spätestens, wenn einem die Argumente ausgehen, kommt das Totschlagargument schlechthin: Abnehmen oder zunehmen – alles eine Frage von Energiezufuhr und Energieverbrauch bzw. von Kalorienzufuhr und Kalorienverbrauch. Doch wie setzt sich der Energiebedarf eigentlich zusammen und welchen Einflussfaktoren ist dieser unterworfen? Ermitteln Sie mit unseren Berechnungstools Ihren eigenen Bedarf.

Grundlagen zu Energiebedarf, Energiebereitstellung und Energieverbrauch

Energie benötigen wir für unsere grundlegenden Körperfunktionen. Hierzu gehören unter anderem:

  • die Erhaltung der Körperwärme
  • die Aufrechterhaltung von Organfunktionen, Muskeltätigkeit/Bewegung, Verdauung, etc.
  • die Aufrechterhaltung der Gehirnfunktion
  • Wachstum, Stoffwechsel und Regeneration

Dabei unterscheiden wir den Grundumsatz und den Arbeitsumsatz bzw. den Leistungsumsatz.

Etwa 10 % der zugeführten Energie gehen als „unverdaubare“ Energie verloren. Dies ist damit zu begründen, dass die Nährstoffe während der Verdauung nicht vollständig aufgeschlossen und aufgenommen werden.

Schätzungsweise weitere 10 % werden durch die nahrungsinduzierte Wärmebildung (postprandiale Thermogenese oder spezifisch-dynamische Wirkung) verbraucht. Damit wird dem Energieverbrauch für Transport, Umbau und Speicherung der Nährstoffe Rechnung getragen. Dabei ist die Effizienz der Wärmebildung durch Nährstoffe, die mit der Nahrung aufgenommen werden, unterschiedlich. Diese liegt bei Fetten durchschnittlich zwischen 2 und 4 %, bei Kohlenhydraten zwischen 4 und 10 % und bei Proteinen zwischen 14 und 20 %. Der Anteil an Eiweißen, Fetten und Kohlenhydraten bestimmt somit die Effizienz des Stoffwechsels und die Energiemenge, die für den Verbrauch durch körperliche Aktivitäten zur Verfügung steht. Im Übrigen liegt die spezifisch-dynamische Wirkung für Alkohol wohl bei etwa 20 %.

Die verschiedenen Organsysteme verbrauchen die uns zur Verfügung gestellte Energie dabei in unterschiedlichem Ausmaß. Genaue Angaben dazu unterscheiden sich von Literatur- zu Literaturquelle. Im Groben lässt sich jedoch sagen, dass Muskulatur, Leber und Gehirn zu den Energiegroßverbrauchern zählen. Herz, Nieren und Fettgewebe hingegen verbrauchen schon etwas weniger Energie gemessen am Gesamtumsatz.

 

 

Der Grundumsatz

Die Berechnung des Energiebedarfs ist mittels verschiedener Formeln möglich. Die einfachste Formel lautet: Pro Kilogramm Körpergewicht und Stunde ist etwa 1 kcal nötig. Eine 65 kg schwere Frau käme damit auf einen Grundumsatz von etwa 1.560 kcal. Bei leichter körperlicher Aktivität erhöht sich dieser Bedarf etwa um 1/3 (ca. 2.080 kcal); bei intensiver körperlicher Tätigkeit um 2/3 (ca. 2.600 kcal).

Der errechnete Wert für den Grundumsatz, auch Ruhe-Energie-Umsatz genannt, bezieht sich auf den minimalen Energiebedarf. Das ist quasi die Energiemenge, die wir durchschnittlich in völliger Ruhe und im Liegen zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur und für grundlegende Stoffwechsel- bzw. Organfunktionen wie Herztätigkeit und Atmung in 24 Stunden benötigen.

Der Grundumsatz ist keine feste Größe und wird durch eine Reihe an individuellen und zeitlichen Faktoren beeinflusst. Diese werden in den Berechnungen teilweise nicht berücksichtigt und führen daher zu ungenauen Ergebnissen. Berücksichtigt sind Alter, Geschlecht, Körpergröße und Körpergewicht, wobei Frauen allein durch geringeren Anteil an Muskelmasse einen niedrigeren Grundumsatz aufweisen.

Der Ruhe-Energie-Umsatz korreliert zwar grundsätzlich mit dem Körpergewicht. Mit steigendem Fettmasseanteil jedoch steigt der Energieverbrauch nur geringfügig, da dieser im Wesentlichen von der Muskelmasse abhängt. Somit steigt der Energiebedarf bei Gewichtszunahme nur, wenn es sich um eine Zunahme an „fettfreier Masse“ wie der Muskulatur handelt.

Der Arbeits- bzw. Leistungsumsatz

Im Grundumsatz noch nicht enthalten ist der Anteil an Bewegung und muskulärer Arbeit. Dieser errechnet sich aus der Multiplikation des PAL (physical activity level) mit dem Grundumsatz. Die PAL-Werte berücksichtigen die durchschnittliche Belastungs- bzw. Bewegungsaktivität, beispielsweise in Abhängigkeit des ausgeübten Berufes. So verbrauchen Büroangestellte bedingt durch ihre Tätigkeit im Allgemeinen weniger Energie als Lehrer und Verkäufer. Leistungssportler oder bestimmte Handwerker verbrauchen mehr Energie im Beruf als Studierende oder Lkw-Fahrer. Die in der Praxis angewandten PAL-Werte wurden für verschiedene Berufsgruppen mit jeweils unterschiedlichem Freizeitverhalten experimentell ermittelt.

Berechnungstool Grund- und Leistungsumsatzes

Eine körperliche Belastung geht zwangsläufig mit einem erhöhten Sauerstoffbedarf einher, der sich durch eine erhöhte Atem- und Herzfrequenz zeigt und so den Energieverbrauch erhöht. In der Regel wird der Energieverbrauch durch sportliche Aktivitäten jedoch überschätzt. So ist die Belastung einzelner Muskelgruppen, wie es im Bodybuilding häufig zu beobachten ist, nicht so energetisch aufwendig wie allgemein angenommen. Entscheidend sind Anzahl und Art der belasteten Muskelfasern insgesamt.

Berechnungstool Energieverbrauch beim Sport

Auch wenn die PAL-Werte eine standardisierte Einordnung des durchschnittlichen Energiebedarfs in Abhängigkeit der ausgeübten Tätigkeit erlauben, kann die Anwendung in der Praxis zu deutlichen Fehleinschätzungen führen [May 2008].

 

 

Einflüsse auf den Energiebedarf und -verbrauch

Der Schluss legt nahe: kenne ich meinen Energiebedarf, passe ich meine Energiezufuhr daran an. Ganz so einfach ist es jedoch nicht. Denn die Berechnungen zum Energiebedarf zeigen gewisse Schwächen.

  • Die Berechnungen gehen von einer bestimmten Körperzusammensetzung aus.
  • Die Berechnungen gehen vom gleichen Trainingszustand bzw. einer ähnlichen Effizienz der Muskelarbeit aus. Die Umwandlung von Energie in Muskelarbeit unterscheidet sich bei gleichem Trainingsstand aber um bis zu 20 Prozent.
  • Die Berechnungen gehen von einer identischen Stoffwechselaktivität (inkl. Hormonstatus) aus.
  • Die Berechnungen gehen von einer vergleichbaren Anzahl bzw. Dichte sowie Stärke der Mitochondrien in den Zellen und Geweben aus.
  • Die Faktoren Lebensstil (Rauchen, Sitzen, Stress, Umweltgifte etc.) bleiben in den Berechnungen ebenso unberücksichtigt wie einige Umweltbedingungen (Hitze, Kälte).

Auch ist der Umsatz von Nährstoffen bzw. Kalorien aus Lebensmitteln in Energie individuell verschieden und hängt unter anderem von der Kohlenhydrattoleranz ab [Ebe 2018]. Somit gibt es verschiedene Faktoren, die den Stoffwechsel und damit auch den Energiebedarf sowie -verbrauch beeinflussen.

Unklar ist nur, welche Tragweite den einzelnen Faktoren dabei zukommt. Ziemlich zuverlässig lässt sich sagen, dass Erkrankungen und Medikamente, die Zusammensetzung der Darmflora, der Muskelanteil sowie der Zustand der Mitochondrien und die Wahl der Nährstoffverteilung messbaren Einfluss nehmen können. Andere Faktoren wie Schlaf, Tageslicht und Stress haben vermutlich nur einen geringen Einfluss und greifen eher in die Hunger- bzw. Sättigungsregulation ein.

Schlussendlich kann auch eine Zufuhr an Kalorien unter dem Grundumsatz auf Dauer zur Anpassung des Körpers an den Energiebedarf führen. Dieser wird dadurch gedrosselt. Doch auch hier streitet die Wissenschaft noch, welches Ausmaß diese Drosselung in der Praxis wirklich nimmt.

Mitochondriendichte und -stärke

Im menschlichen Körper befinden sich zwischen 30 und 100 Billionen Zellen. Fast jede Zelle besitzt Mitochondrien. Eine Spermazelle manchmal nur 10, eine befruchtete Eizelle bis zu mehreren Hunderttausend. Im Durchschnitt produzieren 1.000 bis 2.000 Mitochondrien in der Zelle Energie. Plakativ ausgedrückt: Umso höher der Energiebedarf einer Zelle, umso mehr Mitochondrien sind enthalten.

Da Energie nicht gespeichert werden kann, sind wir auf eine kontinuierliche Energieproduktion angewiesen. Und das fordert unseren kleinen Zellkraftwerken einiges ab. Natürlich sind auch Mitochondrien anfällig für bestimmte Gifte, Einflüsse und Verhaltensweisen, wodurch diese absterben und die Neubildung sowie Funktion eingeschränkt sein können. Auf der anderen Seite können die Kraftwerke durch Nährstoffe, Sport, Licht und Schlaf deutlich gefördert werden. Somit hängt der individuelle Energieverbrauch auch vom Gesundheitszustand und der Anzahl der Mitochondrien ab.

Das zeigt sich auch immer mehr in Studien, die einen Zusammenhang zwischen dem Status der Mitochondrien im Körper und der Entstehung von chronischen Erkrankungen wie Adipositas, Diabetes, Fettstoffwechselstörungen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Krebs offenbaren.

Zusammensetzung der Darmflora

Billionen Bakterien im Darm „essen mit“ und verstoffwechseln die mit der Nahrung zugeführten Nährstoffe. So werden Ballaststoffe in Fettsäuren umgewandelt, die die Darmschleimhaut optimal mit Energie versorgen. In wissenschaftlichen Untersuchungen konnten unterschiedliche Mengen und Arten an Stoffwechselprodukten mit unterschiedlichen Effekten auf die Energieausnutzung aus der gleichen Nahrung von Probanden nachgewiesen werden.

Bei Adipösen zeigten Studien, dass sich die Darmflora von Normalgewichtigen deutlich unterscheidet. Die Tragweite ist bis heute nur zu erahnen. So kommen die sogenannten Firmucutes bei Adipösen bis zu 10-mal häufiger vor als Bacteroides. Das scheint sich auch auf den Energiestoffwechsel auszuwirken. Ein Mechanismus könnte auf die Bildung von Toxinen bestimmter Bakterienstämme zurückzuführen sein. Diese fördern Entzündungsprozesse, die wiederum das Stoffwechselgeschehen beeinflussen. In der Tiermast (Masthähnchen) hingegen konnte die Gabe von Laktobazillen zu einem besseren Futteransatz führen. Inwieweit dies auf Menschen übertragbar ist, ist unklar.  Studienergebnisse hierzu sind widersprüchlich.

Erkrankungen und Medikamente

Im Gehirn von adipösen Menschen ist die Gewinnung von Energie aus Glukose (Zucker) stark vermindert. Die gestörte Energiegewinnung des Gehirns könnte eine Erklärung für das häufig fehlende Sättigungsgefühl Übergewichtiger sein. Bei der normalgewichtigen Gruppe stieg der Hirnenergiegehalt nach der Glukosegabe sofort an, während sich bei den adipösen Studienteilnehmern keine Veränderung zeigte. Erst nach einer starken Anhebung des Blutzuckers durch die Infusion erfolgte ein geringer Anstieg auch im Gehirn der übergewichtigen Studienteilnehmer.

Auch Schilddrüsenfunktionsstörungen haben mitunter einen enormen Einfluss auf die Stoffwechselaktivität sowie den Wärmehaushalt und können den Energieverbrauch um bis zu 30 % verändern. Gleiches gilt für Medikamente wie Cortison oder Antiepileptika. Erkrankungen der Nebennieren, das Cushing-Syndrom oder chronische Entzündungsprozesse können den Stoffwechsel zusätzlich negativ beeinflussen.

Auch das Kalorienzählen macht wenig Sinn

Auf der anderen Seite ist der Kaloriengehalt von Lebensmitteln verschiedenen Schwankungen unterworfen. Die im Bundeslebensmittelschlüssel gesammelten und hinterlegten Werte für einfache und zusammengesetzte Lebensmittel gelten als Maßstab für die Angabe von Kalorien auf Lebensmittelverpackungen. Doch der Kaloriengehalt schwankt unter Umständen enorm. Veränderungen durch Zucht, Anbau, Reife, Sorte, Futter, Alter etc. von Tieren und Pflanzen wirken sich unter Umständen auch auf den Kaloriengehalt von Lebensmitteln aus. Die Verfügbarkeit variiert zudem in Abhängigkeit der Verpackung, Verarbeitung und Zerkleinerung. Mit jedem Verarbeitungsschritt steigt die Verfügbarkeit und Verwertbarkeit der enthaltenen Energie. Als grobe Orientierung sind die Daten sicherlich gut geeignet. In der Praxis stößt das Arbeiten mit diesen Zahlen jedoch an Grenzen.

 

 

Fazit

In Anbetracht der verschiedenen Einflussfaktoren wird klar, dass Berechnungen des Energiebedarfs und des Energieverbrauchs sowie das Kalorienzählen nur zur Orientierung des eigenen Bedarfs oder zur Einordnung von Lebensmitteln geeignet sind. In der Praxis ist es ratsamer, diejenigen Einflussfaktoren zu berücksichtigen und zu beherzigen, die das Energiegleichgewicht zwischen Bedarf und Zufuhr steuern.

Im Klartext hieße das zum Beispiel:

  • ausreichend Bewegung und Sport (für eine gut ausgeprägte Muskulatur)
  • eine darauf angepasste Nährstoffzufuhr (Eiweiße, Fette, Kohlenhydrate)
  • wenig verarbeitete Lebensmittel bevorzugen
  • ausreichend Schlaf
  • gutes Stressmanagement
  • unnötige Medikamente vermeiden
  • Erkrankungen optimal therapieren

Downloads

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Diagnostik Energiebedarf, Energieverfügbarkeit und Energieverbrauch  Infokarten Energiebedarf und Energieverbrauch
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2 thoughts on “Energiebedarf, Energieverfügbarkeit und Energieverbrauch”

  1. Tolle Übersicht zum Thema Energie und beeindruckend, dass Gehirn und Leber 25% verbrauchen.
    Gibt es Daten zum Energiebeitrag des Mikrobioms in Form der kurzkettigen Fettsäuren?
    VG Dieter M.

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