Ursprünglich
wurde die Energieabgabe eines Organismus unmittelbar gemessen:
Probanden wurden in thermisch isolierte Räume gesetzt und die Erwärmung
von Kühlwasser ermittelt (direkte Kalorimetrie). Man kann aber auch vom Sauerstoffverbrauch auf die Energieproduktion des Körpers schließen (indirekte Kalorimetrie): Stimmen die experimentellen Bedingungen, dann werden pro Liter verbrauchtem Sauerstoff etwa 5 Cal (~20 kJ) Energie frei. Auf diese Weise kann die Wärmeleistung unter thermischen Indifferenzbedingungen und ohne Belastung (Grundumsatz), ohne sportliche Aktivität (Ruheumsatz) oder während Muskeltätigkeit gemessen werden (Arbeitsumsatz) - was von sportmedizinischem Interesse ist. Sauerstoffverbrauch und CO2-Produktion nehmen mit körperlicher Belastung zu (bis ~ 20fach) - sie sind über Zitratzyklus und mitochondrialen Elektronentransport (oxidative ATP-Synthese) miteinander verknüpft. Im Ruhezustand zeigt der Quotient zwischen CO2-Produktion und O2-Verbrauch (RQ, respiratorischer Quotient) noch etwas anderes an: Werden Kohlenhydrate abgebaut, ist das Verhältnis 1:1 (Kohlenhydrate enthalten viel Sauerstoff); werden hingegen Fettsäuren metabolisiert, beträgt das Zahlenverhältnis nur 0,7 (Fettsäuren enthalten wenig Sauerstoff - sie haben einen höheren Brennwert). Die Intensität körperlicher Belastung wird über die Sauerstoffaufnahme abgeschätzt. Als metabolisches Äquivalent bezeichnet man den auf das Körpergewicht normierten Energieumsatz: Als 1 MET gilt bei Männern der Umsatz von 3,5 ml O2/kg Körpergewicht, bei Frauen von 3,15 ml O2/kg (Beispiel: 80 kg KG, 280 ml O2/min .. 3,5 ml O2/kg). Bei Werten über 6 MET spricht man von schwerer körperlicher Belastung. |
1 Watt = 1 Joule / Sekunde |
1 Liter O2 liefert ~5 Cal oder ~20 kJ |
Das kalorische Äquivalent (KÄ) für Sauerstoff beträgt ~20 kJ / l O2 Berechnung des Energieumsatzes: Aufgenommene Sauerstoffmenge mal KÄ (pro Zeit) |
Respiratorischer Quotient: CO2-Abgabe / O2-Aufnahme Berechnung: [CO2] Alveolarluft / ([O2] Einatemluft - [O2] Alveolarluft) |
Substrat |
Energie (Cal / g) | Energie (kJ / g) |
Kohlenhydrat |
4,1 | 17 |
Fett |
9,3 | 39 |
Protein |
4,1 | 17 |
Energieumsatz und Sauerstoffverbrauch Nach Fahlke / Linke / Raßler / Wiesner, Taschenatlas Physiologie, 2. Aufl. 2015, U&F |
||||||
MJ/d |
W |
VO2 (ml/min) |
||||
m |
f |
m |
f |
m |
f |
|
Grundumsatz |
7,1 |
6,3 |
85 |
75 |
245 |
215 |
Freizeitumsatz |
9,6 |
8,4 |
115 |
100 |
330 |
280 |
Schwerstarbeit |
20,1 |
15,5 |
240 |
186 | 690 | 535 |
Steigerung durch postprandiale Thermogenese (spezifisch- dynamische Wirkung, TEF) |
1,4 |
1,2 |
17 |
14 |
48 |
41 |
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