Gesund im Sport – Energiebedarf und Energieumsatz
Unser Körper verbraucht jederzeit Energie. Diese nehmen wir durch unsere Nahrung auf. Alle Prozesse, die dazu beitragen und wofür Energie relevant ist, erfährst du hier. Außerdem zeigen wir dir, wie wichtig es ist seinen eigenen Energiebedarf zu kennen und wie du diesen ermittelst.
Begriffsklärung: Was ist der Energieumsatz?
Energie ist die Grundlage, damit Menschen aktiv sein, ihren Alltag bewältigen und überhaupt überleben können. Sie ist sozusagen der Treibstoff für alle Vorgänge im menschlichen Körper. Entsprechend wichtig ist es für Menschen - insbesondere Sportler:innen - zu wissen, wie viel Energie sie eigentlich benötigen. Diese Frage beantwortet der sogenannte Energieumsatz.
Der Energieumsatz (auch Energiebedarf genannt) bezeichnet die Menge an Energie, die ein Mensch innerhalb eines Tages verbraucht. Er setzt sich aus drei Komponenten zusammen:
- Grundumsatz: Entspricht dem Energieumsatz, der benötigt wird, um alle lebensnotwendigen Körperfunktionen in Ruhe aufrechtzuerhalten
- Nahrungsinduzierte Thermogenese: Hierbei handelt es sich um die Energie, die für die Nahrungsaufnahme und Verdauung benötigt wird. Gemeinsam mit dem Grundumsatz bildet die Nahrungsinduzierte Thermogenese den sogenannten "Ruheumsatz"
- Arbeitsumsatz: Umfasst den gesamten Energiebedarf, der über die ersten beiden Komponenten (Grundumsatz & Nahrungsinduzierte Thermogenese) hinausgeht. Es kommt hier entsprechend die Energie hinzu, die für Tätigkeiten im Alltag aufgebracht werden muss, hinzu. Entsprechend ist dies auch der Parameter, der je nach Lebensstil am stärksten variieren kann. Je nach Aktivitätslevel kann der Arbeitsumsatz zwischen 10 und 80% des gesamten Energieumsatzes ausmachen.
Bei körperlicher Aktivität können nur maximal 25% der produzierten Energie für die zu verrichtende Arbeit genutzt werden. Der Großteil der produzierten Energie (rund 60%) geht hingegen in Form von Wärme verloren.
Wie wird Energie bereitgestellt?
Entscheidend zur Bereitstellung von Energie ist das Molekül Adenosintriphosphat (kurz: ATP), welches aus Adenosin und drei Phosphat-Gruppen besteht. Wenn dem ATP-Molekül mithilfe des Enzyms ATPase eine Phosphatgruppe abgespalten wird, wird dabei Energie frei und es bleibt Adenosindiphosphat (ADP) übrig. Aus einem Mol ATP können rund 7,5 kcal Energie gewonnen werden. Da die Menge an ATP-Molekülen, die im Körper gespeichert sind, jedoch begrenzt ist, müssen für die Energiebereitstellung weitere ATP-Moleküle zurückgewonnen werden. Dies kann auf drei Wegen erfolgen, welche im Sport - je nach Belastung - eine unterschiedlich große Rolle spielen:
- Hydrolyse von Kreatinphosphat
- Anaerobe Glykolyse
- Zellatmung (oxidativer Stoffwechsel)
Hydrolyse von Kreatinphosphat
In den Muskelzellen befindet sich neben ATP auch noch das hochenergetische Kreatinphosphat (CrP). Dieses kann durch das Enzym Kreatinkinase in Kreatin und einen Phosphatrest aufgespalten werden und es wird Energie frei. Dieser Phosphatrest kann im Anschluss mit der freigewordenen Energie an ein ADP-Molekül gebunden und so zu einem neuen ATP-Molekül verarbeitet werden.
Die Energiebereitstellung über die Hydrolyse von Kreatinphosphat liefert schnell viel Energie. Da jedoch die Gesamtmenge an Kreatinphosphat vergleichsweise gering ist, reicht sie nur für wenige Sekunden hochintensiver Belastungen. Eine Sportart, in der die Energiebereitstellung über Kreatinphosphat beispielsweise eine entscheidende Rolle spielt, ist der 100m-Sprint. Anders als bei der Anaeroben Glykolyse fällt bei der Hydrolyse von Kreatinphosphat kein Laktat an, weshalb eine Übersäuerung der Muskulatur bei derart kurzen Belastungen quasi nicht auftreten kann.
Anaerobe Glykolyse
Die anaerobe Glykolyse besteht aus einer Reihe an Stoffwechselvorgängen, bei denen aus Glukose und Glykogen ATP hergestellt werden. Jedes Mol Glukose kann dabei zu zwei Mol ATP umgewandelt werden. Jedes Mol Glykogen hingegen sogar zu drei Mol ATP. Übrig bleibt neben dem entstandenen ATP dabei auch Pyruvat, welches vom Mitochondrium über das Zwischenprodukt aktivierte Essigsäure zu CO2 und Wasser umgewandelt werden kann. Entsteht jedoch zu viel Pyruvat auf einmal, wird es stattdessen zu Milchsäure (Laktat) umgewandelt. Kommt es zu einer zu hohen Menge an Laktat, übersäuert die Muskulatur und kann nicht mehr richtig arbeiten.
Die Energiebereitstellung über die anaerobe Glykolyse erreicht ihre maximale Durchflussrate nach rund 10 Sekunden und spielt vor allem bei hochintensiven Belastungen zwischen 20 und 60 Sekunden eine wichtige Rolle. Eine typische Sportart, bei der die anaerobe Glykolyse von entscheidender Bedeutung ist, ist der 400m-Lauf.
Zellatmung (oxidativer Stoffwechsel)
Während auf anaerobem Wege über die Hydrolyse von Kreatinphosphat und die anerobe Glykolyse schnell hohe Mengen an Energie bereitgestellt werden können, wird die meiste Energie im Alltag auf aerobem Wege - also unter Verwendung von Sauerstoff - bereitgestellt. Dieser Vorgang, welcher auch den Namen "Zellatmung" trägt, findet in den Mitochondrien statt. Ausgangsubstrate für die Zellatmung sind Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße.
Wie auch bei der anaeroben Glykolyse können bei der Zellatmung Glukose und Glykogen in ATP umgewandelt werden. Die Energieausbeute, die aus einem Mol Glukose oder Glykogen gewonnen werden kann, ist dabei um ein vielfaches höher als bei der aneroben Glykolyse (39 bzw. 38 Mol ATP im Vergleich zu 4 bzw. 3 Mol ATP). Auf der Kehrseite dauert dieser Vorgang jedoch auch weitaus länger als auf anaerobem Wege. Entsprechend ist die aerobe Energiebereitstellung gerade bei langen und weniger intensiven Belastungen von großer Bedeutung.
Auch wenn ihr Anteil an der insgesamt für eine Belastung benötigten Energie, je nach Dauer der Aktivität variiert, laufen die drei verschiedenen Arten der Energiebereitstellung nie losgelöst voneinander, sondern immer parallel ab.
Wie kann ich meinen eigenen Energieumsatz ermitteln?
Jeder Mensch hat einen individuellen Energiebedarf, der von zahlreichen Faktoren abhängt. Allgemein gesagt ist es wichtig, einen ausgewogenen Energiehaushalt zu haben. Dies bedeutet, dass der Körper so viel Energie aufnimmt, wie er verbraucht. Die Energiezufuhr entspricht dem Energieverbrauch. Nimmt der Mensch mal mehr auf, spricht man von einer positiven Energiebilanz. Nimmt er weniger auf, von einer negativen. Um eine negative Energiebilanz zu verhindern, muss man seinen eigenen Energieumsatz kennen. Wie zu Beginn erwähnt, setzt sich der Energieumsatz aus dem Ruheumsatz und dem Arbeitsumsatz zusammen. Um diesen zu ermitteln, fangen wir erstmal beim Ruheumsatz an.
Der Ruheumsatz ist die Energiemenge, die der Körper bei völliger Ruhe im Liegen verbraucht, 12 Stunden nach der letzten Nahrungsaufnahme und bei konstanter Umgebungstemperatur von 20°C. Er ist abhängig von vier Faktoren:
- Gewicht
- Größe
- Alter
- Geschlecht
Deinen Ruheumsatz kannst du auch selbst näherungsweise mit der Harris-Benedict-Formel berechnen:
Ruheumsatz Mann (in kcal/Tag): 66,47 + (13,7 x Körpergewicht in kg) + (5 x Körpergröße in cm) - (6,8 x Alter in Jahren)
Ruheumsatz Frau (in kcal/Tag): 655,1 + (9,6 x Körpergewicht in kg) + (1,8 x Körpergröße in cm) - (4,7 x Alter in Jahren)
Eine 45-jährige Frau, die 170cm groß ist und 60kg wiegt, hat nach dieser Formel einen Grundumsatz von rund 1326 kcal pro Tag.
Rechnung: (655,1 + (9,6 x 60) + (1,8 x 170) - (4,7 x 45) = 655,1 + 576 + 306 - 211,5 = 1.325,6)
Neben dem Grundumsatz ist auch noch der Arbeitsumsatz entscheidend. Er gibt die durch körperliche Aktivität verbrauchte Energiemenge an. Auch dieser lässt sich grob über Faustformeln berechnen. Dafür wird einzelnen Aktivitäten ein bestimmter Aktivitätsfaktor zugeteilt. Einige davon haben wir dir in der folgenden Tabelle zusammengestellt:
| Tätigkeit | Aktivitätsfaktor |
|---|---|
| Schlafen | 0,95 |
| Überwiegend sitzende Tätigkeit (z.B. Büroarbeit) | 1,4 - 1,5 |
| Viel sitzend mit gelegentlicher Bewegung | 1,6 - 1,7 |
| Überwiegend gehend oder stehende Tätigkeit (z.B. Kellner) | 1,8 - 1,9 |
| Sport oder körperlich anstrengende Tätigkeiten | 2,0 - 2,4 |
Der Aktivitätsfaktor kann jederzeit unterschiedlich sein. Die Anzahl der Stunden, in der wir uns ungefähr gleich verhalten, wird einfach mit dem entsprechenden Aktivitätsfaktor multipliziert, und die einzelnen Werte daraufhin zusammengezählt. Dieses muss noch einmal durch 24 geteilt werden, um das Durchschnittsverhalten pro Stunde zu berechnen.
Beispiel: Bei einer Bürotätigkeit mit gelegentlicher Bewegung und einem Ausgleich durch zwei Stunden Sport am Abend könnte die Berechnung so aussehen:
((8 × 0,95) + (14 × 1,6) + (2 × 2,2)): 24 = 1,43
Mithilfe dieses Wertes kann man nun den Gesamtbedarf ausrechnen. Dazu multiplizieren wir den Ruheumsatz mit dem eben ausgerechneten Wert (1,43). In unserem Beispiel mit der Frau erhalten wir so folgenden Energiebedarf als Ergebnis:
1326 kcal × 1,43 = 1896 kcal
Statt über Faustformeln gibt es auch die Möglichkeit über eine direkte oder indirekte Kalorimetrie den Energieumsatz zu messen. Dies ist im Vergleich jedoch weitaus aufwändiger. Mehr zu dieser Art der Messung des Energieumsatzes erfährst du hier.
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