Für Prozesse wie die Atmung, die Aufrechterhaltung der Organfunktionen, körperliche und geistige Arbeit benötigen wir Energie. Doch wie hoch ist eigentlich Ihr täglicher Energiebedarf? Und wie hoch ist der Mehrbedarf, den Sie durch Sport erzielen? Der sogenannte Arbeits- bzw. Leistungsumsatz durch Sport wird häufig überschätzt. Wir zeigen Ihnen, wie Sie Ihren täglichen Energiebedarf errechnen können.
Die Einheit für den Energiegehalt der Nahrung wird in Kilojoule (kJ) oder Kilokalorien (kcal) angegeben. Im alltäglichen Gebrauch wird jedoch überwiegend die Einheit Kilokalorien (kcal) verwendet. 1 Kilokalorie entspricht 4,184 Kilojoule, bzw. 1 Kilojoule 0,239 Kilokalorien. Die Umrechnung ist denkbar einfach: Von Kilokalorien in Kilojoule wird der Wert mit 4,184 multipliziert, im umgekehrten Fall durch diesen dividiert.
Die aus dem Abbau der Nährstoffe gewonnene Energie wird zu einem Teil auf andere energiehaltige Verbindungen wie ATP übertragen und kann somit in Ihrem Organismus für verschiedene Formen von Arbeit (z. B. Muskelaktivität) genutzt werden. Der Wirkungsgrad der biologischen Energiekonservierung liegt bei 40 %. Der restliche Anteil von 60 % der Bindungsenergie wird als Wärme freigesetzt. Somit muss mehr Energie für die ATP-Bildung eingesetzt werden als im ATP konserviert wird.
Tabelle 1 zeigt Ihnen, wie hoch der Beitrag der einzelnen Hauptnährstoffe an der ATP-Bildung ist. In Abhängigkeit von der Art der Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße können die Werte um ± 10 % variieren.(1)
| Nährstoff | Bildung von ATP pro 100g Nährstoff | Erforderliche Nährstoffenergie pro Mol ATP |
|---|---|---|
| Kohlenhydrat (Stärke) | 23,5 Mol | 17,4 kcal (73,2 J) |
| Fett (Tristeain) | 51,4 Mol | 18,1 kcal (75,7 J) |
| Eiweiß (Casein) | 20,4 Mol | 20,8 kcal (87,3 J) |
Tab.1: Verwertung der Nährstoffe zur Bildung von ATP(1)
Physiologischer und physikalischer Brennwert – der Unterschied
Unter dem physiologischen Brennwert versteht man die Energie, die bei der Verstoffwechselung („Verbrennung“) eines bestimmten Nährstoffs freigesetzt wird. Für Kohlenhydrate und Fette ist der physiologische Brennwert gleich dem physikalischen. Sie werden im Organismus vollständig zu den energielosen Endprodukten Kohlendioxid und Wasser abgebaut. Bei Eiweiß verhält es sich anders. Ihr Organismus kann Eiweiß nur unvollständig abbauen. Der in den Eiweißmolekülen enthaltene Stickstoff wird als energiehaltige Harnstoffverbindung mit dem Urin ausgeschieden. Daher liegt der physiologische Brennwert von Eiweiß um etwa 25 % unter dem physikalischen im Labor gemessenen Brennwert. Tabelle 2 liefert Ihnen eine Übersicht.(2)
| Nährstoff | Physikalischer Brennwert (Bruttoenergie) |
Physiologischer Brennwert (verdauliche Energie) |
|---|---|---|
| Kohlenhydrat | 4,1 kcal/g (17 kJ/g) | 4,1 kcal/g (17 kJ/g) |
| Fett | 9,3 kcal/g (38,9 kJ/g) | 9,3 kcal/g (38,9 kJ/g) |
| Eiweiß | 5,7 kcal/g (23,9 kJ/g) | 4,1 kcal/g (17 kJ/g) |
Tab. 2: Physikalischer und Physiologischer Brennwert der Hauptnährstoffe(2)
Erfassen des Energieumsatzes
Der tägliche Energieumsatz eines Menschen kann mittels verschiedener Methoden gemessen werden. Dies ist allerdings im Alltag oder in Beratungssituationen nur bedingt praxistauglich. Daher wird der mittlere tägliche Energiebedarf einer Person in der Regel abgeschätzt bzw. errechnet ohne ihn speziell gemessen zu haben.
Beispiele für Messmethoden sind die direkte und indirekte Kalorimetrie.
Bei der direkten Kalorimetrie befindet sich der Proband über einen längeren Zeitraum (mind. 24 Std.) in einer Messkammer. Die bei der Verbrennung der Nährstoffe entstehende Wärme wird gemessen und somit der Umsatz errechnet. Da ein Teil der Wärme zunächst im Körper gespeichert wird, sind kurzfristige Energieumsatzmessungen mittels direkter Kalorimetrie nicht sinnvoll. Zu berücksichtigen ist auch, dass ein weiterer Teil der Wärme in Form von Wasserdampf in die Atemluft abgegeben wird. Bei dieser Methode sind nur Aussagen über den Energieumsatz, jedoch nicht über den Anteil der verschiedenen Nährstoffe am Energieumsatz möglich.
Dies ist bei der Methode der indirekten Kalorimetrie möglich. Deren Prinzip beruht darauf, dass die Nährstoffe oxidativ zu Wasser, Kohlendioxid und stickstoffhaltigen Produkten abgebaut werden. Hier lässt sich der Nährstoffumsatz über die Atemgasanalyse (O2-Aufnahme und CO2-Abgabe) sowie die Stickstoffausscheidung im Urin erfassen, und der Energieumsatz unter Verwendung der bekannten physiologischen Brennwerte berechnen. Die Atemluft wird hierbei mittels einem Mundstück oder einer Gesichtsmaske erfasst.(1)
Ihr täglicher Energiebedarf – der Grundumsatz
Ihr täglicher Energiebedarf setzt sich aus dem Grundumsatz (GU), der nahrungsbedingten Thermogenese, dem Arbeits- bzw. Leistungsumsatz (Muskelarbeit) sowie dem Bedarf für Wachstum, Stress, Krankheit, Schwangerschaft und Stillzeit zusammen.(3) Unter dem GU versteht man den Energieverbrauch unter strikten Ruhebedingungen und im postabsorptiven Zustand. Er wird 12–14 Std. nach der letzten Mahlzeit, direkt nach dem Erwachen sowie unter vollständiger körperlicher Ruhe gemessen. In unmittelbarer Körperumgebung sollten thermoneutrale Bedingungen zwischen 27–31° C herrschen.
Der GU bezeichnet die Energiemenge zur Aufrechterhaltung aller lebensnotwenigen Organleistungen und Stoffwechselfunktionen im absoluten Ruhe- und Wachzustand. Im Gegensatz zum GU lässt sich der Ruhe-Nüchtern-Umsatz (RNU) mittels indirekter Kalorimetrie auch in der Beratung bestimmen. Der RNU liegt etwa 5 % über dem GU und seine Messbedingungen sind etwas praxistauglicher. Hier wird ebenfalls morgens 12–14 Std. nach der letzten Mahlzeit gemessen. Allerdings darf der Proband bekleidet, bei 24–26° C Raumtemperatur im bequemen, entspannten Sitzen gemessen werden.(1) Der GU ist unter anderem abhängig vom Muskelanteil, dem Alter, dem Geschlecht sowie genetischen und hormonellen Einflüssen.
Die postprandiale Thermogenese
Als postprandiale Thermogenese wird die Steigerung des Energieumsatzes nach Nahrungsaufnahme bezeichnet. Ihr Organismus benötigt zum Transport und zur Verstoffwechselung der energieliefernden Hauptnährstoffe Energie. Dies macht sich in einer gesteigerten Wärmebildung bemerkbar und wird als Thermogenese bezeichnet. Je nach Kostzusammensetzung macht die Thermogenese ca. 10 % vom gesamten Energiebedarf aus.
Der Arbeitsumsatz
Um den tatsächlichen täglichen Bedarf abzuschätzen, addieren Sie zum GU den Energiebedarf während des Alltags, während der Arbeit, während des Trainings und anderer Freizeitbeschäftigungen. So erhalten Sie den Gesamtenergiebedarf pro Tag. Eine gängige Methode ist, den täglichen Energiebedarf von unterschiedlichen Berufs- und Freizeitaktivitäten in Form von PAL-Werten (physical activity level) als Mehrfaches des GU anzugeben.
Ihr Energieumsatz im Sport
Um den Energieumsatz durch sportliche Betätigung genauer festzustellen, existieren unterschiedliche Formeln bzw. Möglichkeiten. So setzt zum Beispiel Radfahren im Windschatten den Energieverbrauch herab. In der Praxis lässt sich über die indirekte Kaloriemetrie Ihr Ruhenüchternumsatz bestimmen. Über das Bestimmen Ihres Energieverbrauchs unter Belastung sind Sie in der Lage, Ihren Gesamternerieverbrauch zu bestimmen und Ihre Ernährung hierauf abzustimmen! Fitness für Anfänger III: Grundlagen der Ernährung (Teil 1)
Hanna Sandig
Quellenangaben:
1. Biesalski (Hrsg.) (2004): Ernährungsmedizin. Stuttgart: Georg Thieme Verlag
2. Grosshauser (2010): Ernährung im Triathlon. Hamburg: spomedis GmbH
3. DGE (2000): Referenzwerte für die Nährstoffzufuhr. Frankfurt am Main: Umschau Braus GmbH
Fachsprache
ATP – Adenosintriphosphat ist eine energiereiche Verbindung (Nukleotid), die im menschlichen Organismus biologische Energie erzeugt (Muskelarbeit)
Postabsorptiv – Zeitrahmen, in dem der Absorptionsvorgang der Nährstoffe und der Verdauung abgeschlossen ist (zeitlich „nach“ der Absorption)
Megajoule (MJ) – die Einheit für Energie, Arbeit und Wärme (1 MJ = 1.000 kJ = 239 kcal)
Mol – Mengenangabe bei chemischen Reaktionen
