Energie

Wofür braucht der Körper Energie?

Der menschliche Organismus braucht, wie jedes andere Lebewesen auch, Energie und Nährstoffe, um „funktionieren“ zu können. Beides erhält der Körper mit der Nahrung, die im Verdauungstrakt soweit aufgeschlossen wird, dass ihm die einzelnen Nährstoffe zur Verfügung stehen.

Der Körper benötigt Energie und Nährstoffe, um folgende Aufgaben erfüllen zu können:

  • Erhaltung der Körperwärme
  • Aufrechterhaltung körperlicher Funktionen – Gehen, Muskeltätigkeit, Verdauung, Organfunktionen etc.
  • Aufrechterhaltung geistiger Funktionen
  • Wachstum
  • Wiederaufbau verloren gegangener Körperbestandteile, z. B. Haare, Fingernägel, Haut
  • Stoffwechseltätigkeiten

Nährstoffe liefern Energie

Den Bedarf an Energie deckt der Körper aus der Oxidation der Nährstoffe Kohlenhydrate, Fett, (Alkohol) und zum Teil auch Eiweiß. Die „Verbrennung“ erfolgt nicht, wie bei einem Ofen plötzlich und unter Flammenbildung, sondern geht langsam, in vielen Teilschritten vor sich. Die dabei freiwerdende Energie nutzt der Körper für die oben aufgeführten, vielfältigen Aufgaben.

Die Stoffwechselendprodukte (im Volksmund als „Schlackenstoffe“ bezeichnet), die bei dieser Verbrennung entstehen, werden über die Atmung, über die Niere oder den Darm ausgeschieden.

Grundlagen der Ernährung

Berechnung des Energiebedarfs

Angaben über die Höhe der Energiezufuhr oder des Energiebedarfs erfolgen in Kalorien (kcal) oder Joule (J). Die Umrechnung kann mit Hilfe der folgenden Formeln erfolgen.

  • bezogen auf Kilojoule (= 1000 Joule)
    • 1 kcal = 4,184 kJ (mit Faktor 4 multiplizieren)
    • 1 kJ = 0,239 kcal (mit Faktor 0,24 muliplizieren oder durch Divisor 4 dividieren)
  • bezogen auf Megajoule (= 1000 Kilojoule oder 106 Joule)
    • 1000 kcal = 4,184 MJ (Megajoule)
    • 1 MJ = 239 kcal

Nach internationaler Übereinkunft ist die Einheit der Energie Kilojoule, jedoch wird heute immer noch die Kilokalorie verwendet.

Bestimmung des Grundumsatzes

Neben aufwendigen Verfahren wie der direkten und der indirekten Kalorimetrie stehen auch Formeln zur rechnerischen Ermittlung des Grundumsatzes zur Verfügung.

Hier Grundumsatz und Gesamtenergieumsatz berechnen

Dazu zählt z. B. die häufig zitierte Formel von Harris und Benedict aus dem Jahr 1919, die das Körpergewicht, die Körpergröße, das Alter und das Geschlecht berücksichtigt.

Formeln nach Harris und Benedict (1919)

Männer: GU (kcal/d
= 66,473 + 13,752 * Körpergewicht [kg] + 5,003 * Körpergröße [cm]
– 6,755 * Alter [Jahre]

Frauen: GU (kcal/d)
= 655,096 + 9,563 * Körpergewicht [kg] + 1,850 * Körpergröße
[cm] – 4,676 * Alter [Jahre]

Auch die WHO entwickelte zusammen mit der FAO geschlechtsspezifische Formeln.
Bei diesen wird außer dem Geschlecht das Alter einbezogen.

Grundumsatz nach WHO (Frauen)

AltersgruppeFormel

 

≤ 3 JahreGU (MJ) = 0,244 x KG [kg] – 0,1303 – 10 JahreGU (MJ) = 0,085 x KG [kg] + 2,03311-18 JahreGU (MJ) = 0,056 x KG [kg] + 2,89819-30 JahreGU (MJ) = 0,062 x KG [kg] + 2,03631-60 JahreGU (MJ) = 0,034 x KG [kg] + 3,538> 60 JahreGU (MJ) = 0,038 x KG [kg] + 2,755

 

Grundumsatz nach WHO (Männer)

AltersgruppeFormel

 

≤ 3 JahreGU (MJ) = 0,249 x KG [kg] – 0,1273 – 10 JahreGU (MJ) = 0,095 x KG [kg] + 2,11011-18 JahreGU (MJ) = 0,074 x KG [kg] + 2,75419-30 JahreGU (MJ) = 0,063 x KG [kg] + 2,89631-60 JahreGU (MJ) = 0,048 x KG [kg] + 3,653> 60 JahreGU (MJ) = 0,049 x KG [kg] + 2,459

 

Die Berechnung des Grundumsatzes nach den Formeln der WHO ergibt einen Wert in der Einheit Megajoule (MJ). Der Grundumsatz lässt sich leicht in Kilokalorien umrechnen, indem dieser Wert mit dem Faktor 239 multipliziert wird.

In der Praxis legt man Referenzmaße zugrunde, die in folgender Tabelle aufgeführt sind. Es handelt sich dabei um Durchschnittswerte!

Durchschnittliche Höhe des Grundumsatzes:

Alter Körpergewicht (kg) Grundumsatz (kcal/Tag)
m w m w
15-19 Jahre 67 58 1820 1460
19-25 Jahre 74 60 1820 1390
25-51 Jahre 74 59 1740 1340
51-65 Jahre 72 57 1580 1270
65 Jahre und älter 68 55 1410 1170

Quelle: D-A-CH: Referenzwerte für die
Nährstoffzufuhr

Beurteilung des Körpergewichtes (BMI)

Zur Erfassung von Normalgewicht und Übergewicht wurden folgende Größe-Gewicht-Indizes entwickelt.

Der Broca-Index

Die Entwicklung des Broca-Index wird dem französischen Arzt Paul Broca (1824-1880) zugesprochen. Dieser ist zwar sehr leicht zu handhaben, gilt jedoch als veraltet, da die Körpergröße nicht adäquat berücksichtigt wird.

Normalgewicht = Körpergröße in cm – 100

Der Body-Mass-Index (BMI)

Der Body-Mass-Index, übersetzt „Körpermasseindex“, geht auf den belgischen Statistiker Quetelet (1796-1874) zurück. Die Maßzahl wird auch in wissenschaftlichen Untersuchungen verwendet.

BMI = Körpergewicht (kg) : Körpergröße (m)2

Richtwerte und Empfehlungen für die Energiezufuhr

Folgender Auszug gibt Ihnen einen Überblick über die  durchschnittliche Höhe der Energiezufuhr pro Tag.

Alter männlich weiblich
15 bis unter 19 Jahre 3100 kcal 2500 kcal
19 bis unter 25 Jahre 3000 kcal 2400 kcal
25 bis unter 51 Jahre 2900 kcal 2300 kcal
51 bis unter 65 Jahre 2500 kcal 2000 kcal
über 65 Jahre 2300 kcal 1800 kcal

Quelle: D-A-CH: Referenzwerte für die
Nährstoffzufuhr

Die Werte gelten für Personen, die eine körperlich leichte berufliche Tätigkeit ausüben.

Für andere Berufsgruppen sind folgende Zuschläge erforderlich:

  • Mittelschwerarbeiter: ca. 600 kcal
  • Schwerarbeiter: ca. 1200 kcal
  • Schwerstarbeiter: ca. 1600 kcal

Bei der Arbeitstätigkeit unterteilt man in:

leichte Tätigkeit mittelschwere Tätigkeit schwere Tätigkeit schwerste Tätigkeit
Büroangestellte/er Schlosser/in Maurer/in Hochofenarbeiter
Hausfrau/-mann Maler/in Leistungssportler/in Arbeiter im Steinkohlebau (Hauer)
Lehrer/in Gärtner/in Masseur/in Hochleistungssportler/in
Schneider/in Verkäufer/in Dachdecker/in Waldarbeiter
Pkw-Fahrer/in Autoschlosser/in Zimmermann Stahlarbeiter

Quelle: D-A-CH: Referenzwerte für die
Nährstoffzufuhr

Wodurch wird der Energiebedarf bestimmt?

Der Energiebedarf ist von Mensch zu Mensch und von Tag zu Tag verschieden. Wie viel Energie ein Mensch benötigt, hängt von vielen äußeren und inneren Einflüssen ab. Der Energiebedarf setzt sich zusammen aus:

Grundumsatz + Leistungsumsatz + Verdauungsverluste + nahrungsinduzierte Thermogenese = Gesamt-Energiebedarf

Hier Grundumsatz und Gesamtenergieumsatz berechnen

Sowohl der Grundumsatz als auch der Leistungsumsatz werden wiederum von vielerlei Faktoren beeinflusst, die im Weiteren näher erläutert werden. Für die Verdauungsverluste muss im Gegensatz zu Grund-, Leistungsumsatz und nahrungsinduzierter Thermogenese keine Energie aufgewendet, sondern Energie kompensiert werden.

Verdauungsverluste betreffen ca. 10 % der in den Lebensmitteln enthaltenen Energie. Sie ergeben sich dadurch, dass die Nahrung im Körper nicht vollständig aufgeschlossen wird und ein Teil der Nährstoffe über den Stuhl bzw. den Urin oder die Haut wieder ausgeschieden wird. Diesen Verlusten wird bei der Berechnung des physiologischen Brennwerts der Lebensmittel, der etwas geringer ausfällt als der physikalische, Rechnung getragen. Die nahrungsinduzierte Thermogenese, in der älteren Literatur auch als „spezifisch-dynamische Wirkung“ bezeichnet, berücksichtigt die Energie, die für den Transport, den Umbau und die Speicherung der Nährstoffe verwendet wird (wiederum ca. 10 %). Bei diesen Vorgängen entsteht vermehrt Wärme, daher auch die Bezeichnung „nahrungsinduzierte Thermogenese“.

Der Grundumsatz

Der Grundumsatz wird auch Ruhe-Nüchtern-Umsatz genannt.

Er entspricht der Energiemenge, die ein Mensch in 24 Stunden, in völliger Ruhe und im Liegen zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur und für den Grundstoffwechsel (Herztätigkeit, Atmung etc.) im Durchschnitt benötigt.

Der Grundumsatz ist nicht bei allen Menschen gleich, sondern von Mensch zu Mensch verschieden und wird von vielen
Faktoren beeinflusst. Er stellt den größten Teil des Energieverbrauchs bei normaler körperlicher Belastung dar. Der Mensch ist als gleichwarmes Lebewesen darauf ausgerichtet, eine konstante Körpertemperatur von 36-37° C zu halten. Er verwendet etwa 60 % des Grundumsatzes für die körpereigene Wärmebildung.

Die verschiedenen Organsysteme sind in unterschiedlichem Ausmaß am grundlegenden Energieverbrauch beteiligt:

Organ Prozentualer Anteil am Grundumsatz Muskulatur 24 % Leber 22 % Gehirn 19 % Niere 10 % Herz 7 % Fettgewebe 4 % andere 14 % total 100 %

Die wichtigsten Faktoren, die den Grundumsatz beeinflussen, sind:

  • Alter ↓
  • Geschlecht: Männer > Frauen
  • Körperbau
    • Größe und Gewicht ↑
    • Prozentuale Körperzusammensetzung (Muskelmasse im Verhältnis zu Fett),
      abhängig von der Muskelmasse ↑
  • Hormone ↑ oder ↓
  • Stress ↑
  • Fieber ↑
  • Medikamente: evtl. ↑
  • Klima: kalt > warm

Der durchschnittliche Grundumsatz wird üblicherweise mit 1 kcal (4,2 kJ) pro Kilogramm Körpergewicht pro Stunde angegeben.

Beispiel:

Ein körperlich gut trainierter 25-jähriger Mann mit einer Körpergröße von 1,85 Metern hat einen höheren Grundumsatz als eine mäßig trainierte
30-jährige Frau mit einer Körpergröße von 1,65 Metern.

Leistungsumsatz

Jede weitere Leistung, die ein Mensch zusätzlich zum Grundumsatz vollbringt, verbraucht weitere Energie.
Diese Energiemenge wird als Leistungsumsatz bezeichnet.

Arbeitsumsatz + Freizeitumsatz = Leistungsumsatz

Die Höhe des Leistungsumsatzes wird ebenfalls durch vielerlei Faktoren bestimmt. Die wichtigsten Faktoren, die den Umsatz beeinflussen sind:

  • Muskeltätigkeit (z. B. Bewegung, Sport) ↑
  • Energiebedarf für Wachstum (bei Kindern und Jugendichen) ↑
  • Wärmeregulation (bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen) ↑ oder ↓
  • Verdauungstätigkeit ↑
  • geistige Tätigkeit (nur geringer Einfluss) ↑