- Energiebilanz = Energiezufuhr – Energiefreisetzung
Langzeitveränderungen der Energiebilanz sind das, was letztendlich bestimmen wird, was mit dem Körper geschieht. Eine langfristige, über den Verbrauch hinaus gehende Energiezufuhr wird zu einer Zunahme an Körpermasse führen. Ein langfristiges Kaloriendefizit (die Energiefreisetzung übersteigt die Energiezufuhr) führt zu einer Reduzierung der Körpermasse. Ob diese Veränderung der Körpermasse aus Fett, Muskeln oder einer Kombination von beidem besteht, hängt von einigen Faktoren ab.
Es ist der Teil der Energiefreisetzung der Gleichung, der für gewöhnlich als Stoffwechselrate bezeichnet wird und worüber ich hier sprechen möchte. In den nächsten Abschnitten möchte ich auf unterschiedliche Komponenten der Stoffwechselrate und wie diese durch Faktoren wie Übergewicht, Geschlecht, Training, Ernährung, usw. beeinflusst werden, eingehen. Dies wird schließlich in einer Diskussion bezüglich der Festsetzung der Kalorienzufuhr für unterschiedliche Ziele enden. Ich werde in diesem Artikeln mit Abkürzungen nur so um mich werfen, weshalb ich den Leser an dieser Stelle vorwarnen möchte.
Die meisten Quellen unterscheiden vier unterschiedliche Komponenten der Gesamtenergiefreisetzung (total Energy Expenditure (TEE)): die Stoffwechselrate im Ruhezustand oder Basisstoffwechselrate, die thermische Wirkung von Aktivitäten, die thermische Wirkung der Nahrung und eine adaptive Komponente. Wir werden uns diese im Folgenden näher ansehen.
Die Stoffwechselrate im Ruhezustand oder Basisstoffwechselrate (Basal oder Resting Metabolic Rate (BMR oder RMR))
Auch wenn viele Quellen dazu neigen, diese beiden Begriffe als gegeneinander austauschbar anzusehen, beschreiben sie nicht wirklich dasselbe. Beide repräsentieren grob die Anzahl der Kalorien, die man benötigt, um die grundlegendsten Funktionen des Körpers aufrecht zu erhalten, worauf ich in Kürze noch näher eingehen werde. Der wahre Unterschied besteht darin, wie diese Werte gemessen werden. Die Basisstoffwechselrate (Basal Metabolic Rate (BMR)) bezieht sich technisch gesehen auf das absolute Minimum an Energie, das vom Körper benötigt wird, um seine Grundfunktionen aufrecht zu erhalten. Für eine echte Messung der MBR muss die entsprechende Person schlafen, was unpraktisch ist (manchmal wird dieser Wert in der wissenschaftlichen Literatur auch als Stoffwechselrate während des Schlafes (Sleeping Metabolic Rate oder SMR) bezeichnet).Stattdessen messen die meisten Studien und Laboratorien die Stoffwechselrate im Ruhezustand (RMR). Die RMR wird morgens vor der ersten Mahlzeit gemessen, während sich die entsprechende Person im Ruhezustand befindet und liefert im Allgemeinen Werte, die um 5 bis 15% höher als die tatsächliche BMR ausfallen (selbst Wachsein verbrennt geringfügig mehr Kalorien). Es ist jedoch in den meisten Fällen weitaus praktischer, die RMR zu messen und ich werde mich deshalb im Folgenden auf diesen Wert beziehen.
Wie oben erwähnt wurde, bezieht sich die RMR auf die Energie, die benötigt wird, um die grundlegendsten Körperfunktionen aufrecht zu erhalten. Während der Leser dies liest und sich mehr und mehr langweilt, laufen in seinem Körper tausende zellulare Reaktionen ab. Sein Gehirn verwendet Glukose als Energiequelle, seine Augenmuskeln verbrauchen Energie, während er die Seite liest, sein Herz schlägt und seine Muskeln sind in gewisser Hinsicht angespannt, während er auf seinem Stuhl sitzt. In seinen Muskeln wird Protein abgebaut und wieder synthetisiert, was auch mit den Fettsäuren in den Fettzellen geschieht (diese Prozesse werden als nutzlose Zyklen bezeichnet, da sie nicht wirklich etwas bewirken, doch sie benötigen trotzdem Energie). Seine Zellen transportieren kontinuierlich Natrium in die Zellen und Kalium aus den Zellen heraus (was als Na/K+ Pumpe bezeichnet wird), wobei auch dieser Prozess Energie benötigt. Und die Liste geht weiter und weiter… - und alles hiervon verwendet Energie.
Der Leser weiß vermutlich, dass Adenosin Triphosphat (ATP) die "Währung" der vom Körper auf fundamentalster Ebene verwendeten Energie ist. ATP ist das einzige Substrat, das direkt für die Energieproduktion verwendet werden kann. Andere Substanzen (d.h. Kohlenhydrate, Fett, Protein und Alkohol) werden verwendet, um ATP zu produzieren.
Die Stoffwechselrate im Ruhezustand (RMR) wird primär von der Menge an fettfreier Muskelmasse, über die man verfügt, bestimmt. Auch wenn der genaue Wert von Studie zu Studie etwas variiert, scheinen etwa 65% der Varianz der Stoffwechselrate im Ruhezustand auf Unterschiede bezüglich der Menge an fettfreier Muskelmasse zurückführbar zu sein. Dies bedeutet, dass eine größere Menge an fettfreier Körpermasse eine höhere Stoffwechselrate im Ruhezustand und umgekehrt bedeutet. Wenn alles andere gleich ist (was in der Praxis nie der Fall sein wird), hat eine Person mit mehr fettfreier Körpermasse eine höhere Stoffwechselrate im Ruhezustand. Um ehrlich zu sein, lässt sich alleine anhand des Körpergewichts, auch wenn man die fettfreie Körpermasse nicht berücksichtigt, die Stoffwechselrate im Ruhezustand verdammt gut abschätzen, doch die fettfreie Körpermasse ist wahrscheinlich ein besserer Indikator.
Ich möchte an dieser Stelle klarstellen, dass ich bei der fettfreien Körpermasse Muskeln, Organe, Gehirn, usw. mit einrechne. In Wirklichkeit verbraucht die Muskulatur auf täglicher Basis nicht so viel Energie. Obwohl sie fast 40% der Gesamtkörpermasse ausmacht, trägt sie nur 25% zur Stoffwechselrate im Ruhezustand bei. Im Gegensatz hierzu, sind die Organe für fast 60% der Stoffwechselrate im Ruhezustand verantwortlich, da sie sehr viel aktiver sind.
Im Gegensatz zu dem, was allgemein angenommen wird, verbraucht auch Fett eine geringe Menge an Energie und trägt somit zur Stoffwechselrate im Ruhezustand bei. Es ist nicht viel – vielleicht 6-7 Kalorien pro Kilo – doch auch das summiert sich auf. Wenn man 25 bis 50 Kilo Fett mit sich herumträgt, verbrennt man 150 bis 350 Kalorien pro Tag, um dieses Fett aufrecht zu erhalten.
Auch das Geschlecht beeinflusst die Stoffwechselrate im Ruhezustand. Es ist eine schlechte Nachricht für Frauen, denn Männer verfügen im Durchschnitt über eine höhere Stoffwechselrate im Ruhezustand als Frauen. Ein Teil davon ist ganz einfach die Folge davon, dass Männer in der Regel über mehr fettfreie Körpermasse verfügen. Dies bedeutet, dass ein Mann bei einem gegebenen Körpergewicht typischerweise weniger Fett und mehr fettfreie Körpermasse mit sich herumträgt. Doch selbst wenn man diese Unterschiede herausrechnet, weisen Frauen immer noch eine um 3% niedrigere Stoffwechselrate im Ruhezustand als Männer auf. Die Ursache hierfür ist wahrscheinlich hormoneller Natur und betrifft Unterschiede bezüglich der Spiegel von (und Sensitivität gegenüber) Hormonen wie Leptin, Schilddrüsenhormonen, Insulin und Katecholaminen. Selbst Östrogen und Progesteron beeinflussen die Stoffwechselrate im Ruhezustand geringfügig. Es wird jedoch noch komplizierter: Während des weiblichen Menstruationszyklus, kann die Stoffwechselrate im Ruhezustand deutlich variieren.
Auch das Alter beeinflusst die Stoffwechselrate im Ruhezustand: Wenn man älter wird, sinkt die Stoffwechselrate im Ruhezustand leicht. Ein Teil hiervon ist ganz einfach die Folge eines Verlustes an fettfreier Körpermasse, doch ein anderer Teil hiervon repräsentiert wahrscheinlich eine allgemeine Verlangsamung der Körperfunktionen.
Wenn man andere Variablen, wie Fettmasse, Geschlecht und Alter mit einrechnet, dann kann man etwa 85% der Varianz der Stoffwechselrate im Ruhezustand vorhersagen. Dies bedeutet, dass man, wenn man fettfreie Körpermasse, Fettmasse, Geschlecht und Alter kennt, die Stoffwechselrate im Ruhezustand mit einer Genauigkeit von 85% vorhersagen kann. Dies lässt weitere 15% unberücksichtigt. Diese 15% sind im Grunde genommen die genetische Lotterie. Rücken wir diese 15% ins rechte Licht.
Sagen wir, dass wir zwei Personen mit einer abgeschätzten Stoffwechselrate im Ruhezustand von 2000 kcal pro Tag haben (ignorieren wie an dieser Stelle, wie wir diesen Wert abgeschätzt haben). Dieser Wert könnte um 15% (300 kcal pro Tag) variieren. Das sind 300 kcal Gesamtvarianz oder 150 kcal pro Tag in jede Richtung. Es könnte sich also um eine tatsächliche Stoffwechselrate im Ruhezustand zwischen 1850 und 2150 kcal pro Tag handeln. Dies hängt mit dem genetischen Zeugs zusammen, das ich bereits erwähnt habe und steht auch mit der Zunahme bzw. dem Verlust an Körpergewicht in Zusammenhang.
Jemand mit einer relativ niedrigen Stoffwechselrate (welche typischerweise einige andere Defekte, wie eine reduzierte Fettoxidation und Probleme bei der Regulierung von Hunger und Appetit begleitet) ist für Übergewicht und Fettsucht anfällig, wenn er die typische amerikanische Ernährungsweise befolgt. Zusätzlich hierzu wird eine solche Person auch im Rahmen einer kalorienreduzierten Diät langsamer abnehmen. Sie muss entweder die Kalorien stärker reduzieren, mehr Sport treiben oder ganz einfach eine langsamere Rate des Gewichts-/Fettabbaus akzeptieren.
Schauen wir uns die beiden oben erwähnten Beispielpersonen mit einer vorausberechneten Stoffwechselrate von 2000 kcal, aber einer Varianz von 300 kcal pro Tag in beide Richtungen, an. Wenn wird beide auf eine Diät mit 1500 kcal pro Tag setzen, würden wir deutlich unterschiedliche Resultate erwarten. Die Person mit einer Stoffwechselrate von 2150 kcal pro Tag weist ein Kaloriendefizit von 650 kcal pro Tag auf, was etwas über einem Pfund Fettabbau pro Woche entspricht. Die Person mit einer Stoffwechselrate von 1850 kcal pro Tag generiert lediglich ein Defizit von 350 kcal pro Tag, was gerade einmal einem halben Pfund Fettabbau pro Woche entspricht. Um dieselbe Rate des Fettabbaus zu erreichen, müsste die zweite Person die Kalorien entweder um weitere 300 kcal pro Tag (auf magere 1200 kcal) reduzieren, die täglichen Aktivitäten signifikant steigern (eine Stunde Ausdauertraining) oder eine Kombination von beidem verwenden.
Zurzeit werden wissenschaftliche Untersuchungen durchgeführt, um festzustellen, welche spezifischen Defekte dazu führen, dass einige Menschen eine niedrigere als eine normale Stoffwechselrate aufweisen. Auch wenn die spezifischen Faktoren bisher noch nicht bestimmt werden konnten, sind es wahrscheinlich Unterschiede der Spiegel verschiedener Hormone (Insulin, Schilddrüsenhormone, Leptin, die Katecholamine) sowie die allgemeine Empfindlichkeit gegenüber diesen Hormonen. Auch andere genetische Variationen, wie z.B. die entkoppelnden Proteine (UCP, siehe unten) könnten hierbei eine Rolle spielen.
Wie wir im nächsten Kapitel sehen werden, beruht die Reduzierung der Stoffwechselrate im Ruhezustand zum Teil auf einem Abfall der Spiegel von Insulin, Schilddrüsenhormonen, Katecholaminen und insbesondere Leptin. Eine Erhöhung der Stoffwechselrate im Ruhezustand bei einer über den Verbrauch hinausgehenden Nahrungszufuhr kommt aus den entgegen gesetzten Gründen zustande.
Es gibt einige Diskussionen darüber, ob Training die Veränderungen der Stoffwechselrate im Ruhezustand beeinflusst. Einige Studien haben eine höhere Stoffwechselrate im Ruhezustand (für das Körpergewicht) bei aerob-trainierten Sportlern im Vergleich zu körperlich inaktiven Personen festgestellt, doch andere Studien konnten keine solchen Unterschiede feststellen. Jegliche Wirkung wird wahrscheinlich gering sein.
Ein Training mit Gewichten sollte durch eine Erhöhung der Muskelmasse eine geringfügige Auswirkung auf die Stoffwechselrate im Ruhezustand besitzen, auch wenn nicht alle Studien zeigen, dass dies der Fall ist. Unglücklicherweise heben die meisten Untersuchungen hervor, wie geringfügig diese Wirkung ist – ein Pfund Muskelmasse verbrennt im Ruhezustand etwa 6 Kalorien. Die alten Werte von 40 bis 100 Kcal pro Pfund waren ganz einfach eine grobe Überschätzung und wenn man nicht gerade eine Tonne Muskelmasse aufbaut, dann wird man die Stoffwechselrate im Ruhezustand wahrscheinlich nicht signifikant erhöhen (nicht, dass der Aufbau von Muskeln nicht andere Vorzüge besitzt).
Insgesamt macht die Stoffwechselrate im Ruhezustand 50 bis 70% des täglichen Energieverbrauchs aus. Wenn man sich über diese Bandbreite wundert, sei darauf hingewiesen, dass diese mit der variablen Natur der Aktivität zusammenhängt. Bei Personen, die täglich exzessive Mengen an Kalorien durch Training verbrauchen (man denke an Ausdauersportler, die 4 Stunden und mehr trainieren), wird die Stoffwechselrate im Ruhezustand, relativ gesehen, einen geringeren Prozentsatz des Gesamtkalorienverbrauchs ausmachen, wogegen sie bei relativ untätigen Personen einen größeren Prozentsatz ausmacht. Die absolute Menge an verbrannten Kalorien wird sich nicht verändern, sondern lediglich der Prozentsatz, den die Stoffwechselrate im Ruhezustand ausmacht.
Ich werde dem Leser im nächsten Kapitel einige detailliertere Gleichungen zur Verfügung stellen, doch im Durchschnitt kann die Stoffwechselrate im Ruhezustand einfach durch eine Multiplikation des Gewichts mit 22 – 24 kcal pro Kilo abgeschätzt werden. Bei einer Person, die 70 Kilo wiegt, liegt die Stoffwechselrate somit bei 1540 bis 1580 kcal pro Tag.
Die thermische Wirkung der Nahrung (Thermic Effect of Food oder TEF)
Die thermische Wirkung der Nahrung (TEF, auch als spezifische dynamische Aktion (SAD) oder ernährungsinduzierte Thermogenese (Dietary Induced Thermogenesis DIT) bekannt) bezieht sich auf die leichte Erhöhung der Stoffwechselrate, die nach dem Essen durch die Verarbeitung und Verwendung der verzehrten Nährstoffe zustande kommt. Protein muss z.B. in seine Aminosäuren zerlegt und in der Leber verarbeitet werden, was Energie verbraucht. Darüber hinaus, regt die einfache Tätigkeit des Essens die Proteinsynthese in unterschiedlichen Gewebetypen (Organe, Leber, Muskeln) an. All dies benötigt Energie. Kohlenhydrate werden in Glukose aufgebrochen, welches durch die Leber transportiert wird, verarbeitet wird, usw. Fett durchläuft die geringste Verarbeitung. Es gibt jedoch Ausnahmen wie mittelkettige Triglyzeride (MCTs), welche in etwas größerem Umfang in der Leber verarbeitet werden und im Rahmen dieses Prozesses eine geringfügige Erhöhung der Stoffwechselrate (über die thermische Wirkung der Nahrung) bewirken. previewWie sich herausstellt, besitzen unterschiedliche Nährstoffe unterschiedliche individuelle thermische Wirkungen. Protein besitzt die stärkste thermische Wirkung, die im Bereich von 20 bis 30% liegt. Dies bedeutet, dass von den Proteinkalorien, die man zu sich nimmt, 20 bis 30% bei der Verarbeitung verloren gehen. Die Speicherung von Kohlenhydraten in Form von Glykogen bedarf etwa 5 bis 6% der Gesamtkalorien. Kohlenhydrate, die in Fett umgewandelt werden (was in nicht sehr signifikanten Mengen geschieht), verbrauchen bis zu 23% der Gesamtkalorien als thermische Wirkung der Nahrung. Die meisten Fette besitzen nur eine minimale thermische Wirkung, die bei vielleicht 2 bis 3% liegt (da sie bei nur minimaler Verarbeitung als Fett in den Fettzellen gespeichert werden können).
Da es für gewöhnlich unpraktisch ist, sich hinzusetzen und die individuelle thermische Wirkung eines jeden Nahrungsmittels zu berechnen, verwendet man normalerweise 10% als Abschätzung für die thermische Wirkung der Gesamtkalorienzufuhr. Wenn man also pro Tag 3000 kcal in Form einer "normalen" gemischten Ernährung zu sich nimmt, kann man davon ausgehen, dass die thermische Wirkung der Nahrung bei etwa 300 kcal pro Tag liegt. Man wird außerdem herausfinden, dass die Umverteilung der Makronährstoffe im Allgemeinen – mit der Ausnahme von extremen Diäten, wie z.B. reinen Proteindiäten – nur eine sehr minimale Auswirkung auf die Stoffwechselrate über die thermische Wirkung der Nahrung besitzt.
Betrachten wir z.B. den Unterschied der thermischen Wirkung von Kohlenhydraten und Fett. 5 bis 6% vs. 3%. Dies bedeutet, dass man für alle 100 Kalorien, die man in Form von Kohlenhydraten oder Fett zu sich nimmt, 5 bis 6 oder 3 kcal verbrennt. Wenn man 100 Fettkalorien durch 100 Kohlenhydratkalorien ersetzt, würde man, aufgrund der thermischen Wirkung der Nahrung, gigantische 2 bis 3 zusätzliche kcal verbrennen. Wenn man 1000 Fettkalorien durch 1000 Kohlenhydratkalorien ersetzt, würde man 20 bis 30 kcal mehr verbrennen. Wenn man dazu in der Lage wäre 2000 Fettkalorien durch Kohlenhydratkalorien zu ersetzen, dann würde man, aufgrund der thermischen Wirkung der Nahrung, 40 bis 60 kcal mehr verbrennen. Eine Studie fand heraus, dass die Stoffwechselrate bei einer kohlenhydratreichen Diät im Vergleich zu einer proteinreichen Diät um etwa 4% höher (etwa 100 kcal pro Tag) lag. Das ist trotzdem nur maximal ein Pfund mehr Gewichtsverlust pro Monat, also nicht wirklich weltbewegend.
(Anmerkung des Übersetzers: hierbei muss es sich im Original um einen Fehler handeln (siehe unten). Vermutlich war keine proteinreiche, sondern eine fettreiche Diät gemeint.)
Der einzige Zeitpunkt, an dem die thermische Wirkung der Nahrung einen deutlichen Unterschied machen kann, ist, wenn man Kohlenhydrate oder Fett durch Protein ersetzt. Für jede 100 Kalorien in Form von Kohlenhydraten/Fett, die man durch Protein ersetzt, kann man erwarten 25 kcal mehr zu Verbrennen (30 kcal für Protein vs. 3 bis 6 kcal für Fett/Kohlenhydrate). Wenn man die Proteinzufuhr von 60 auf 120 Gramm pro Tag erhöht, kann man hierdurch die thermische Wirkung der Nahrung um 80 kcal steigern. Wenn man die Proteinzufuhr verdreifacht, dann könnte man die thermische Wirkung der Nahrung um 150 kcal erhöhen. Die 20 bis 30% thermische Wirkung von Protein können bei extremer Proteinzufuhr sogar noch signifikanter ausfallen. Solche extremen Proteinmengen sind jedoch nicht wirklich praktikabel und werden außerhalb der Bodybuilding Subkultur nicht verwendet. Abgesehen von den extremsten Diäten bleibt die Proteinmenge recht statisch und Kohlenhydrate und Fett werden manipuliert – die Wirkung hiervon ist im Bezug auf die thermische Wirkung der Nahrung nur minimal.
Zum Abschluss sollte ich erwähnen, dass einige Untersuchungen herausgefunden haben, dass insulinresistente Personen eine beeinträchtigte thermische Reaktion auf die Nahrungszufuhr aufweisen können, wobei es zu einer Reduzierung um etwa 50% kommen kann. Dies könnte denkbar signifikant werden. Bei einer täglichen Kalorienzufuhr von 3000 kcal liegt die thermische Wirkung der Nahrung bei geschätzten 300 kcal. Wenn man dies halbiert, dann hat man nur noch einen erhöhten Energieverbrauch von 150 kcal pro Tag. Im Laufe eines Monats summiert sich dies auf 4500 kcal oder 1,5 Pfund Gewichtsunterschied auf. Ich würde annehmen, dass eine Korrektur der Insulinresistenz durch den Abbau von Körperfett, eine Senkung des Insulinspiegels und zahlreiche andere Interventionen diesen Defekt korrigieren und eine normale thermische Reaktion auf die Nahrung ermöglichen dürfte.
Thermische Wirkung der Aktivität (Thermic Effect of Activity (TEA))
Die thermische Wirkung der Aktivität (TEA) bezieht sich auf alle Aktivitäten oberhalb des Basislevels. Wenn man von der Couch aufsteht und herumläuft, dann geht dies in die thermische Wirkung der Aktivität ein. Dasselbe gilt für Hausarbeit und das Training im Fitnessstudio. Aufgrund der extremen Unterschiede bezüglich der täglichen Aktivitätslevel ist die thermische Wirkung der Aktivität die variabelste aller Komponenten des Gesamtenergieverbrauchs ist, die von 10 bis 100% über die Basisstoffwechselrate hinausgehen kann. Relativ bewegungsarme Menschen verbrennen vielleicht 10 bis 30% mehr als die Basisstoffwechselrate pro Tag. Extrem aktive Menschen (man denke an Sportler, die mehrere Stunden täglich trainieren) können 50 bis 100% mehr als die Basisstoffwechselrate durch Aktivitäten verbrennen. Dies macht eine Bestimmung der thermischen Wirkung der Aktivität zu einer echten Plage, da ganz einfach eine so große Varianz involviert ist. Es gibt einige grobe Abschätzungen, doch diese sind nicht besonders akkurat. Ich werde hierauf später noch eingehen.Die Kalorien, die durch die thermische Wirkung der Aktivität verbrannt werden, bestehen aus zwei separaten Faktoren: Kalorien, die während der Aktivität verbrannt werden und Kalorien, die danach verbrannt werden. Der Kalorienverbrauch während der Aktivität kann recht variabel sein. Jemand, der auf dem Laufband trottet, verbrennt vielleicht nur 5 bis 10 kcal pro Minute. Ein Elitesportler kann dazu in der Lage sein, 20 kcal oder mehr pro Minute über einen längeren Zeitraum zu verbrennen. Ein Training mit Gewichten kann grob geschätzt 7 bis 9 kcal pro Minuten verbrennen, wobei dies von den ausgeführten Übungen, der Anzahl der Wiederholungen und der Länge der Pausen zwischen den Sätzen abhängt. Abhängig von Dauer und Intensität einer gegebenen Trainingseinheit, kann der Kalorienverbrauch von irrelevant bis extrem reichen.
Darüber hinaus kommt es typischerweise zu einer Erhöhung des Kalorienverbrauchs nach dem Training (die auch als zusätzlicher Sauerstoffverbrauch nach dem Training oder EPOC (excess post-exercise oxygen consumption) bezeichnet wird), aber dieser neigt dazu, extrem variabel zu sein. Entgegen der weit verbreiteten Meinung ist die Erhöhung des Kalorienverbrauchs nach aerobem Training ziemlich irrelevant. Man wird vielleicht an anderer Stelle lesen, dass aerobes Training die Stoffwechselrate im Ruhezustand für 24 Stunden erhöht, doch diese ist völlig falsch (die Studien, die dies nahelegten, waren aus einer ganzen Reihe von technischen Gründen fehlerhaft).
Die Erhöhung der Stoffwechselrate im Ruhezustand (d.h. Kalorien, die nach einer aeroben Trainingseinheit verbrannt werden), die durch aerobes Training hervorgerufen wird, hängt sowohl von der Dauer als auch der Intensität der Trainingseinheit ab. Eine typische aerobe Trainingseinheit, die mit niedriger Intensität für eine kurze Dauer ausgeführt wird (was ein Freund von mir als halbherziges Morgencardio bezeichnet, da die meisten Menschen dies morgens tun), verbrennt nach der Trainingseinheit vielleicht zusätzliche 5 bis 10 kcal. Na Super…
Bei höherer Intensität oder einer Ausführung bis zur Erschöpfung kann sich die durch aerobes Training bewirkte Erhöhung der Stoffwechselrate im Ruhezustand insgesamt 100 bis 150 kcal nähern. Doch dies bedarf typischerweise Intensitäten und/oder einer Trainingsdauer, die eine durchschnittliche Person nicht durchstehen kann oder will. Nur ein gut trainierter Sportler wäre dazu in der Lage, diese Art von Trainingsleistung zu erbringen, um die Stoffwechselrate im Ruhezustand durch aerobes Training signifikant zu erhöhen und diese Personen haben es im Allgemeinen nicht nötig Fett zu verlieren.
Ein spezieller Typ der aeroben Aktivität, der als Intervalltraining bezeichnet wird (im Grunde genommen Sprinttraining) scheint die Stoffwechselrate im Ruhezustand in weitaus größerem Umfang als typisches aerobes Training zu erhöhen, doch es ist schwer, hierfür exakte Zahlen zu ermitteln.
Bei einem Training mit Gewichten sieht das völlig anders aus. Studien haben gezeigt, dass ein korrekt ausgeführtes Training mit Gewichten die Stoffwechselrate im Ruhezustand für 24 bis 36 Stunden deutlich erhöhen kann. Eine aktuelle Studie, bei der lediglich 12 Sätze ausgeführt wurden, konnte einen Wert von 700 zusätzlichen kcal oberhalb des Basiswertes messen, die während der zwei Tage nach der Trainingseinheit verbrannt wurden. Dies kann sich schnell aufsummieren.
(Anmerkung des Übersetzers: In späteren Artikeln weist Lyle McDonald darauf hin, dass dies die einzige Studie ist, die eine solch drastische Erhöhung des Kalorienverbrauchs nach einem Training mit Gewichten zeigt, und dass die Resultate dieser Studie nie repliziert werden konnten. Andere Studien zum Thema zeigen einen sehr viel niedrigeren zusätzlichen Kalorienverbrauch nach dem Training und/oder verwenden ein unrealistisches Volumen).
Ich sollte kurz einen der großen Widersprüche des Trainings erwähnen: die Personen, die die meisten Kalorien durch Aktivitäten verbrennen müssten (typischerweise übergewichtig und außer Form), sind in der Regel nicht hierzu in der Lage, während Menschen, die Tonnen an Kalorien verbrennen können (hoch trainierte, schlanke Sportler) dies nicht nötig haben. Natürlich können untrainierte Personen im Laufe der Zeit ihre Kapazität Kalorien während des Trainings zu verbrennen drastisch steigern, während sich ihre Fitness verbessert (und sie an Gewicht verlieren), weshalb dies nicht als Grund angesehen werden sollte, nicht zu trainieren. Ich versuche lediglich einige Realitäten hervorzuheben.
Eine kurze Bemerkung
Ich sollte anmerken, dass die Stoffwechselrate im Ruhezustand und die thermische Wirkung der Nahrung – abgesehen von extremen Diäten, während denen sowohl die Stoffwechselrate im Ruhezustand als auch die thermische Wirkung der Nahrung einbrechen - zum größten Teil statischer Natur sind. Eine Zunahme von 10 Pfund Muskelmasse wird die Stoffwechselrate im Ruhezustand lediglich um etwa 60 Kalorien erhöhen. Wenn man die adaptive Komponente der Stoffwechselrate (siehe nächster Abschnitt) ignoriert, würde ein Gewichtsverlust von 10 Pfund die Stoffwechselrate um lediglich 100 kcal pro Tag reduzieren.Es bedürfte 1000 zusätzlicher Kalorien, um zusätzliche 100 kcal durch die thermische Wirkung der Nahrung zu verbrennen (und man würde hierbei mit 900 kcal enden, die gespeichert würden). Dieselben 100 kcal könnten mit 10 bis 20 Minuten moderatem bis intensivem Training verbrannt werden. Ich werde hierüber in einigen Kapiteln noch mehr erzählen. Abgesehen von einem massiven Gewichtsverlust oder einer massiven Gewichtszunahme, welche die Stoffwechselrate im Ruhezustand signifikant beeinflussen können, ist der Faktor, mit dem man den Kalorienverbrauch mit Abstand am stärksten beeinflussen kann, wahrscheinlich die körperliche Aktivität.
Die adaptive Komponente
Die adaptive Komponente des Gesamtenergieverbrauchs ist eine Art von Sammelkategorie für alles, das nicht in die anderen Kategorien passt. Die adaptive Komponente (welche manchmal auch als Thermogenese bezeichnet wird, was nichts anderes als die Produktion von Wärme bedeutet) kann weiter in eine obligatorische Komponente und eine fakultative Komponente unterteilt werden, wobei wir uns dies nicht im Detail ansehen müssen.Im Allgemeinen bezieht sich die adaptive Komponente auf Veränderungen des Energieverbrauchs aufgrund von Veränderungen der Umwelt. Im Grunde genommen repräsentiert sie eine Veränderung der Stoffwechseleffizienz, was bedeutet, dass man beim selben Körpergewicht mehr oder weniger Kalorien verbrennt, als man erwarten würde.
Bei kaltem Wetter kommt es z.B. durch das Zittern zu einer Erhöhung des Kalorienverbrauchs. Fieber oder Verletzungen können die Stoffwechselrate aufgrund des erhöhten zellularen Umsatzes und hormonellen Reaktionen, die auftreten, um 10% oder mehr erhöhen. Ein Training mit Gewichten, das Muskelverletzungen verursacht, erhöht den Proteinumsatz, was für einen großen Teil der zusätzlich nach dem Training verbrannten Kalorien verantwortlich ist.
Während einer Diät kann es zusätzlich zu einer Reduzierung der Basisstoffwechselrate aufgrund eines Gewichtsverlusts zu einer adaptiven Reduzierung der Stoffwechselratte kommen, die auf hormonellen Veränderungen beruhen (was bedeutet, dass man weniger Kalorien verbrennt, als man basierend auf der Veränderung des Körpergewichts erwarten würde. Selbst wenn man nur 10 Pfund verloren hat, kann die Basisstoffwechselrate um weitaus mehr als 100 Kalorien pro Tag sinken). Wie sich herausstellt, kommt es bei einigen Personen zu einer adaptiven Reduzierung der Stoffwechselrate, die größer als bei anderen ausfällt und dies trägt zu einem Teil der Varianz des Gewichts-/Fettabbaus bei unterschiedlichen Personen bei.
Ich habe bereits in vorhergehenden Kapiteln das braune Fettgewebe (BAT) erwähnt. Während das braune Fettgewebe, wie ich dem Leser bereits erzählt habe, für die adaptive Komponente der Stoffwechselrate bei Tieren und Neugeborenen verantwortlich ist, besitzen Erwachsene nicht viel braunes Fettgewebe.
Infolge ihrer Untersuchungen des brauen Fettgewebes haben Wissenschaftler eine neue Klasse von Proteinen entdeckt, die als entkoppelnde Proteine (Uncoupling Proteins, UCPs) bezeichnet werden. Um eine unnötig technische Diskussion zu vermeiden, sollte man ganz einfach erkennen, das diese entkoppelnden Proteine dazu neigen, zu einer Verschwendung von Energie in den Mitochondrien durch die Generierung von Wärme zu führen. Das erste entkoppelnde Protein UCP1 (alias Thermogenin) wurde im braunen Fettgewebe entdeckt, von dem wir nicht besonders viel haben, weshalb wir es ignorieren können. Zwei weitere entkoppelnde Proteine (UCP2 und UCP3) wurden jedoch auch in den menschlichen Muskeln und dem menschlichen Fettgewebe gefunden.
Ursprünglich hatte man gehofft, dass UCP2 und UCP3 beim Menschen eine ähnliche Rolle wie UCP1 bei Tieren spielen, doch dies scheint nicht der Fall zu sein. Es sieht vielmehr so aus, als ob UCP2 und UCP3 primär an der Verwendung von Energieträgern beteiligt sind, was insbesondere für die Fettsäureoxidation (Verbrennung) gilt. Wenn die Fettsäurespiegel steigen, wie dies z.B. während des Fastens der Fall ist, steigen die Spiegel der entkoppelnden Proteine in den Zellen, um bei der Verbrennung dieser Fettsäuren zu helfen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass Medikamente (oder Supplements), die die entkoppelnden Proteine beeinflussen, sich nicht vorteilhaft auf den Energieverbrauch auswirken könnten. Entkoppelnde Proteine sind lediglich nicht der heilige Gral für den Fettabbau, wie man ursprünglich gedacht hat.
Und zu guter Letzt ist ein interessanter Teil der adaptiven Komponente der Stoffwechselrate etwas, dem Wissenschaftler den süßen Namen Non-exercise Adaptive Thermogenesis oder NEAT (nicht mit dem Training zusammenhängende adaptive Thermogenese) gegeben haben.
NEAT bezieht sich mehr oder weniger auf das Herumzappeln und die täglichen Bewegungen – also im Grunde genommen seltsame spontane Bewegungen, die Kalorien verbrennen, ohne wirklich etwas zu bewirken. Wenn man sich an seine Schulzeit erinnert, dann gab es da diesen einen mageren Typen, der ständig mit seinen Händen herumzappelte, seine Beine bewegte und ähnliche Dinge tat. Er verbrannte Kalorien mit einer sehr viel größeren Rate, als man vielleicht angenommen hätte. Selbst den ganzen Tag lang Kaugummi zu kauen kann eine Menge Kalorien verbrennen.
Wie sich herausstellt ist die NEAT für 200 bis 900 kcal des täglichen Kalorienverbrauchs verantwortlich und es gibt diesbezüglich eine massive Varianz zwischen unterschiedlichen Menschen. Dies gilt insbesondere bei einer über den Verbrauch hinausgehende Kalorienzufuhr – einige Menschen fahren die NEAT auf super hohe Level hoch und bleiben schlank, andere tun dies nicht und werden leicht fett.
Um dies ins rechte Licht zu rücken, sei erwähnt, dass 900 Kalorien pro Tag etwa 1,5 Stunden hartem Training entsprechen. Das ist eine Tonne von Kalorien, die lediglich durch Herumgezappel verbrannt wird. Unglücklicherweise scheint die NEAT genetisch bestimmt zu sein – entweder man reguliert die NEAT während Zeiten der überschüssigen Nahrungszufuhr nach oben oder nicht. In dieser speziellen Studie wiesen Frauen übrigens die geringste NEAT Reaktion auf.
Zusätzlich hierzu sieht es so aus, als ob die Kapazität, die NEAT zu erhöhen, an die adaptive Herunterregulierung des Stoffwechsels während einer Diät gekoppelt ist. Eine Studie fand heraus, dass dieselben Personen, die am besten dazu in der Lage waren, ihre Stoffwechselrate während einer überhöhten Kalorienzufuhr heraufzuregeln, den geringsten Abfall der Stoffwechselrate während einer Diät aufwiesen. Umgekehrt galt, dass die Personen, deren Stoffwechselrate während einer übermäßigen Kalorienzufuhr am wenigsten anstieg, den größten Abfall der Stoffwechselrate während einer Diät aufwiesen.
Wissenschaftler bezeichnen dies als "verschwenderische" (eine schlechte Speicherung überschüssiger Kalorien, ein leichter Gewichtsabbau) und "sparsame" (eine gute Speicherung überschüssiger Kalorien und ein schlechter Gewichtsabbau) Phänotypen. Wir könnten diese Personen auch als genetisch gesegnet und genetisch angeschissen bezeichnen. Die letztgenannte Personengruppe hat es nicht nur am schwersten Fett zu verlieren, da ihr Stoffwechsel am stärksten und schnellsten einbricht, sondern sie neigen außerdem auch dazu, Fett am leichtesten zu speichern.
Zusammenfassung
Die Veränderungen der Gesamtkörpermasse (Zunahme oder Abnahme) geht letztendlich auf die langfristige Energiebilanz zurück, welche durch die Energiezufuhr (über Nahrung) und die Energiefreisetzung bzw. den Energieverbrauch (über die Stoffwechselrate) bestimmt wird. Der Gesamtenergieverbrauch wird durch vier Komponenten bestimmt.Die erste Komponente ist die Basisstoffwechselrate (BMR), welche die Kalorien repräsentiert, die benötigt werden, um die grundlegenden Körperfunktionen aufrecht zu erhalten.
Die zweite ist die thermische Wirkung der Nahrung (TEF), welche die Kalorien repräsentiert, die bei der Verarbeitung der Nahrung, die man zu sich genommen hat, verbraucht werden.
Die dritte ist die thermische Wirkung der Aktivität (TEA), welche sich auf alle Kalorien bezieht, die über die Basisstoffwechselrate (BMR) hinausgehend verbrannt werden. Hausarbeiten, einfach nur aufrecht auf einem Stuhl sitzen und jegliches Training tragen zur thermischen Wirkung der Aktivität bei.
Zu guter Letzt gibt es die adaptive Komponente der Stoffwechselrate, welche eine Sammelkategorie für eine ganze Reihe unterschiedlicher Stoffwechselprozesse darstellt. Dies umfasst Veränderungen aufgrund von Umweltfaktoren wie Kälte, Krankheit (Fieber), Veränderungen aufgrund einer gesteigerten oder reduzierten Nahrungszufuhr oder die NEAT (nicht mit dem Training zusammenhängende adaptive Thermogenese), welche sich auf Herumgezappel und grundlegende Bewegungen bezieht.