Methoden zur Bestimmung des Energieverbrauchs: Kalorimetrie & Formeln

Grundlagen der indirekten Kalorimetrie

Die indirekte Kalorimetrie dient der Bestimmung des Gesamtenergieverbrauchs durch Messung des Sauerstoffverbrauchs (O₂) und der Kohlendioxidproduktion (CO₂).

Der Stoffwechselprozess lässt sich vereinfacht darstellen als: Nahrung + O₂ → CO₂ + H₂O + Energie (Wärme). Um den Proteinanteil zu berücksichtigen, ist die Bestimmung des Harnstoff-Stickstoffs (Harn-N) notwendig.

• Ca. 1 g Harnstoff-Stickstoff (N) entspricht der Oxidation von 6,25 g Protein.

Die Menge an Kalorien, die pro Liter O₂ im Stoffwechsel produziert wird, ist relativ konstant, unabhängig davon, welcher Brennstoff (Kohlenhydrate, Lipide oder Proteine) verwendet wird.

Einschränkungen und Anwendungen

Alle physiologischen Situationen, die den Gasaustausch des Körpers beeinflussen, können die Schätzung des Energieverbrauchs verändern. Dazu gehören:

• Änderungen im Säure-Basen-Gleichgewicht durch Azidose.
• Hyperventilationszustände (oder Schluckauf usw.).

Der Respiratorische Quotient (RQ)

Der Respiratorische Quotient (RQ) wird berechnet als: VCO₂ / VO₂. Dieses Verhältnis ermöglicht es, den Anteil von Kohlenhydraten, Lipiden, Proteinen und Alkohol in der aufgenommenen Nahrung zu bestimmen.

Die Doppelt-markiertes-Wasser-Methode

Die orale Verabreichung von ²H₂¹⁸O (doppelt markiertes Wasser) ermöglicht die Bestimmung der Flüssigkeitsansammlung über mehr als 7 Tage mittels Massenspektrometrie.

Diese Methode wird zur Schätzung des totalen Metabolismus (TMR), energetischer Parameter, der körperlichen Aktivität und der nahrungsinduzierten Thermogenese (TID) verwendet. Diese Werte sollten in der Energiebilanz übereinstimmen.

Bestimmung des Grundumsatzes (BMR)

Die Bestimmung des Grundumsatzes (Basal Metabolic Rate, BMR) mittels Kalorimetrie muss bei einer wachen und ruhenden Person durchgeführt werden, nach einer Fastenperiode von 8-12 Stunden und unter kontrollierten Umgebungsbedingungen.

Ruheenergieverbrauch (REE)

Der Ruheenergieverbrauch (Resting Energy Expenditure, REE) beschreibt den Energieverbrauch unter normalen Nahrungsaufnahmebedingungen und ohne vorheriges Fasten.

Schätzung des Energieverbrauchs: Formeln

Es ist nicht immer möglich, den gesamten Energieverbrauch oder den Grundumsatz (BMR/TMR) direkt zu messen. Es gibt Formeln, die gute mathematische Annäherungen an den Energiebedarf einer Person liefern:

Formel nach Harris und Benedict

• Frauen: REE (kcal) = 655,5 + (9,53 × P) + (1,85 × H) - (4,67 × E)
• Männer: REE (kcal) = 66,5 + (13,5 × P) + (5 × H) - (6,77 × E)

Dabei ist E = Alter (Jahre), P = Gewicht (kg), H = Größe (cm).

Formel nach Brody-Kleiber

• Für Frauen und Männer: REE (kcal) = 70 × P^0.75

Faustformeln zur schnellen Schätzung

• Frauen: 0,95 kcal / kg / h
• Männer: 1 kcal / kg / h

Bestimmung der nahrungsinduzierten Thermogenese (TID)

Die nahrungsinduzierte Thermogenese (TID) ist definiert als die Zunahme des Energieverbrauchs über den basalen Werten hinaus als Reaktion auf die Nahrungsaufnahme. Die Messung ist schwieriger und weniger reproduzierbar aufgrund folgender Faktoren:

• Individuelle physiologische Faktoren: Alter, genetische Belastung, Insulinsensitivität.
• Eigenschaften von Lebensmitteln: Menge, Zusammensetzung, Schmackhaftigkeit.
• Methodische Überlegungen: Uhrzeit, Dauer, Umweltfaktoren.

Die TID wird mittels indirekter Kalorimetrie bestimmt.

Bestimmung des Energieverbrauchs bei körperlicher Aktivität

Die Bestimmung der freien und freiwilligen körperlichen Aktivität durch Kalorimetrie ist oft unmöglich. Die Doppelt-markiertes-Wasser-Methode ermöglicht Studien unter normalen Lebensbedingungen, erlaubt jedoch nicht die Identifizierung der Energieausgaben einzelner Aktivitäten.

Schätzung der körperlichen Aktivität (MET)

MET: Metabolisches Äquivalent. Der Sauerstoffverbrauch einer ruhenden Person wird auf 3,5 ml/min/kg geschätzt und als metabolisches Äquivalent (MET) definiert. Verschiedene Aktivitäten des täglichen Lebens und die Dauer der Ausübung werden in Vielfachen des metabolischen Äquivalents (MET) ausgedrückt.

Einleitung: Ausgewogene Ernährung

Eine ausgewogene Ernährung ermöglicht es dem Individuum (Erwachsene, in physiologischen Wachstumsphasen oder besonderen Situationen), einen optimalen Gesundheitszustand zu erhalten und die Ausübung der verschiedenen notwendigen Aktivitäten zu ermöglichen. Alle Essgewohnheiten, die für jede Kultur charakteristisch sind, sind gültig, wenn sie einer Auswahl von Lebensmitteln entsprechen, die dem Menschen in jedem Moment des Lebenszyklus die notwendigen Nährstoffe liefern.