Allgemeine Ernährungslehre (Subject) / Energieumsatz (Lesson)

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• Energie wird benötigt für; - Erhaltung biologischer Strukturen - Gewährleistung biologischer Funktionen - Wachstum das beinhaltet: mechanische Arbeit, osmotische Arbeit (Transportarbeit) und chemische Arbeit (Biosynthese)  
• 1. Traditionelle Einheit der Energie 2. Einheit des SI-Systems 1. Kalorie (cal), 1kcal = Energiemende, die 1g (1l) Wasser bei normalem Atmosphärendruck von 14,5 auf 15,5°C erwärmt 2. Joule (J), 1J= Energiemenge, die benötigt wird, um über die Strecke von 1m die Kraft 1N aufzuwenden   1J= 0,239 cal <=> 1cal = 4,184 J
• Ernegetisches (Joulesches) Äquivalent Energie, die bei der Verbrennung von Nährstoffen pro Liter O2 freigesetzt wird: KH: 21,13 kJ Fette: 19,62 kJ Proteine: 18,79 kJ (50% KH und 50% Fette: 20,3 kJ, weil (21,12+19,62)/2)
• Energiezufuhr und Verfügbarkeit: 1. Energielieferanten 2. Zelluläres Energiesubstrat 1. KH, Fett, Protein, Alkohol 2. ATP (Hydrolyse der terminale Phosphatgruppe liefert ca. 33,5 kJ/mol ATP frei = 85kg/Tag Energieverbrauch in Ruhe= 3mol (1,5kg) ATP/h
• Thermodynamischer Wirkungsgrad der Zelle Physikalische Verbrennung (Oxidation) von 1Mol Glucose liefert 686kcal, von denen 277,4 kcal als energiereiches Phosphat (38 Mol ATP) gespeichert werden Wirkungsgrad: 277,4/686*100%=0,404*100% =40,4%
• 1. Physikalischer Brennwert 2. Physiologischer Brennwert 1. Wärmeenergie, die bei vollständiger Verbrennung der Energieträger (KH, Fett, Protein, Alkohol) unter Zufuhr von O2 und in Anwesenheit von Platin (Katalysator) entsteht 2. Energie, die vom Organismus genutzt werden kann
• Methoden zur Bestimmtung des Energieumsatzes im Organismus 1. Bilanztechnik --> veraltet 2. direkte Kalorimetrie 3. indirekte Kalotimetrie 4. Umsatzmessung nach Gabe stabiler Isotope - Doubly labelled water methode - Bikarbonat Methode
• Direkte Kalorimetrie Prinzip: Messung der vom Körper abgegebenen Wärme => Rückschluss auf umgesetzte Engergie Apparaturen: 1. Eis-Kalorimeter (Kleintiere); 2. Raumkalorimeter (Menschen) Nachteile: . hohe Anschaffungskosten, hoher Platzbedarf, erlaubt nur Aussagen über Engergieumsatz, nicht über Art des verbrauchten Substrates
• Indirekte Kalorimetrie, Prinzip - Abbau von Makronährstoffen zu H2O, CO2 und N-haltigen Endprodukten (z.B. Harnstoff) im Organismus - mittel Stöchiometrie könnten bestimmte Anteile des verbrauchten O2 und des gebildeten CO2 den Substraten zugeordnet werden => Nährstoffumsatz anhand der Atemgasanalyse und über die N-Ausscheidungen im Urin messbar
• Indirekte Kalorimetrie, Durchführung - gängige Systeme basieren auf dem Haubensystem: 1. Proband atmet unter Haube 2. O2 wird zugeführt 3. Expirationsluft wird abgesaugt und das Volumen von CO2 und O2 bestimmt CO2-Produtkion = CO2Gehalt der Expirationsluft O2-Verbrauch = O2Zufuhr - O2Abgabe Expirationsluft  
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• indirekte Kaloriemetrie, Berechnung 1. Erfassung O2-Aufnahme 2. Erfassung CO2-Abgabe (optional 3. Messung des ausgeschiedenen N zur Berechnung der oxidierten Eiweißmenge O2/CO2) 4. Bestimmung des Respiratorischen Quotienten RQ RQ= ausgeatmetes CO2/ eingeatmetes O2 Fall 1: O2=300 Liter, COs= 255 Liter => RQ=0.85 Fall 2: O2 und CO2 = Fall 1 und Oxidation von 40 g Protein = 35 l O2/ 28 l CO2 => RQ= 227 l CO2/265 l O2= 0.857

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