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Ernährungsphysiologie der Tiere (Fach) / Energiestoffwechsel (Lektion)

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• 7.1 Physikalischer und Physiologischer Brennwert Physikalischer Brennwert Die unter Zufluss von Sauerstoff durch die vollständige Verbrennung der Energieträger (Kohlenhydrate, Fett, Proteine, Alkohol) in Form von Wärme freiwerdende Energie entspricht ihrem physikalischen Brennwert H0, die in Energieäquivalenten (kJ/g) angegeben wird. Kohlenhydrate, Fette und Alkohol werden auch im Organismus zusammen mit O2 vollständig zu CO2 und H2O metabolisiert. Bei diesen Substanzen stimmen der physikalische und der physiologische Brennwert nahezu überein. Geringe Abzüge für die scheinbare Verdaulichkeit dieser Nährstoffe in natürlichen Komponenten sind vorzunehmen.
• 7.1 Physikalischer und Physiologischer Brennwert Physiologischer Brennwert Der physiologische Brennwert kann durch direkte oder indirekte Kalorimetrie erfasst werden oder durch Korrektur des physikalischen Brennwerts um scheinbare Absorption und Urin-Energie (Proteine) berechnet werden. Proteine werden nur bis zur Stufe des Harnstoffs verstoffwechselt. Die Ausscheidung des Harnstoffs und weiterer N-Verbindungen (Kreatinin, Harnsäure) über den Harn verursacht Energieverluste in Höhe von 5,32 kJ/g Protein. Zur Ermittlung des physiologischen Brennwerts muss der physikalische Brennwert H0 daher neben der scheinbaren Absorptionsrate noch um diese Energieverluste über den Harn korrigiert werden. Durch bakterielle Fermentation werden Ballaststoffe für den menschlichen Stoffwechsel energetisch zugänglich. Einige löslische Ballaststoffe (z.B. Pektin) sind so nahezu vollständig abbaubar. Allerdings nimmt dabei der Energieverlust in Form von Faeces und Gasen (CH4,H2) zu, sodass der tatsächliche Energiebeitrag niedrig und schwer zu schätzen ist.
• 7.1 Physikalischer und Physiologischer Brennwert 7.1.1 Ermittlung des physikalischen Brennwerts im adiabatischen Bombenkalorimeter (Bruttoenergie, gross energy = GE) Prinzip: In ein Druckgefäß, die sog. kalorimetrische Bombe, wird eine definierte Menge der zu bestimmenden getrockneten Substanz sowie reiner Sauerstoff eingeschlossen. Die Probe wird über einen Draht gezündet und vollständig verbrannt. Die freiwerdende Verbrennungswäre erhöht die Temperatur des umgebenden Wassermantels (Innenkessel). Der Temperaturanstieg wird ermittelt und dient zu Berechnung des physikalischen Brennwerts H0. Zur vollständigen Erfassung der Verbrennungswäre arbeitet das Kalorimeter nach dem adiabatischen Prinzip, d.h., es findet kein Wärmeaustausch zwischen Innenkessel und Umgebung statt. Um diese Bedingungen aufrechtzuerhalten, ist der Innenkessel mit Bombe über einen Temperaturregler mit dem Außenmantel verbunden. Der Außenmantel fungiert als integrierte Heizung und Kühlung. Die kleinste Temperaturänderung des Innenkessels führt somit zu exakt derselben Temperaturänderung des Außenmantels.
• 7.2 Verdauliche Energie digestible energy = DE Als verdauliche Energie wird die Energieaufnahme minus Energieexkretion über Faeces bezeichnet.
• 7.3 Berechnung zum Enerigeverbrauch des Menschen Der Gesamtenergieumsatz des Menschen setzt sich wie folgt zusammen: Grundumsatz 45-60% Körperliche Aktivität 30-40% Prostprandiale Thermogenese 8-15% Unwillkürliche Muskelaktivitäten bis 10% Thermoregulation bis 5%
• 7.3 Berechnung zum Energieverbrauch des Menschen 7.3.1 Grundumsatz (GU) Unter dem GU versteht man den Energieverbrauch unter strikten Ruhebedingungen. Er soll 12-14 Stunden nach der letzten Mahlzeit, kurz nach dem Aufwachen, bei völliger körperlicher Ruhe und unter thermoneutralen Bedingungen (27-31°C in unmittelbarer Körperumgebung) gemessen werden. Er deckt den Energiebedarf aller Organe und ist abhängig von Geschlecht, Alter, Größe, Gewicht, Muskelmasse und Hormonstatus (Thyroxin). Die Muskelmasse bestimmt im Wesentlichen die Höhe des Grundumsatzes. Nicht ganz so streng sind die Bestimmungen für den Ruhe-Nüchtern-Umsatz (RNU). Dieser wird auch 12-14 Stunden nach der letzten Mahlzeit, morgens, bekleidet bei 24-26°C Raumtemperatur und bei bequemen Sitzen gemessen. Der RNU liegt ca. 5% über dem GU. Auf S. 130 sind einige Formeln zum GU aufgeführt.
• 7.3 Berechnung zum Energieverbrauch des Menschen 7.3.2 Nahrungsinduzierte (postprandiale) Thermogenese Die nahrungsinduzierte Thermogenese (NIT), auch thermogene Wirkung der Nahrung genannt, berücksichtigt die Steigerung des Energieumsatzes nach Nahrungsaufnahme. Sie beruht auf der Verdauung der Nahrung, Resorption, Transport und Speicherung der Nährstoffe und ist geschlechtsunabhängig. beträgt 8-15% des täglichen Enerigeumsatzes ist abhängig von den aufgenommenen Nährstoffen (2-4% der mit Fett, 4-7% der mit KH und 18-25% der mit Protein aufgenommenen Energiemenge) Die postprandiale Thermogenese hält nach einer proteinreichen Mahlzeit fast doppelt so lange an wie nach einer kohlenhydrat- oder fettreichen Mahlzeit. Das liegt in der Harnstoffsynthese begründet.
• 7.3 Berechnung zum Energieverbrauch des Menschen 7.3.3 Leistungsumsatz (Körperliche Aktivität) Der Leistungsumsatz (früher Arbeitsumsatz) ist der Energieaufwand, der über den Grundumsatz hinaus für physiologische Leistungen wie körperliche Aktivität, Schwangerschaft, Stillen, Wachstum und Aufrechterhaltung der Körpertemperatur erforderlich ist. Er ist abhängig von der Art, Dauer und Intensität der Leistung. Eine Berechnung ist z.B. über die ausgeübte Arbeit (im Sinne von Beruf) möglich. Dabei wird folgende Einteilung verwendet: sehr leichte Tätigkeit: bettlägerige Person leichte Arbeit: Programmierer, Studenten mittelschwere Arbeit: Fliesenleger, Gärtner schwere Arbeit: Hochofenarbeiter, Leistungssportler Bei der Berechnung des Leistungsumsatzes mithilfe der ausgeübten Arbeit ist auf jeden Fall zu beachten, dass die berechneten Werte nur Anhaltswerte sein können. Der tatsächliche Energiebedarf kann von Person zu Person stark schwanken. Auch ist entscheidend, ob und wieviel Sport in der Freizeit betrieben wird. Tabellen auf S. 132
• 7.3 Berechnung zum Energieverbrauch des Menschen 7.3.4 Unwillkürliche Muskelaktivitäten Muskelkontraktion durch unbewusste bzw. unwillkürliche Bewegungen kann bis 10% des Gesamtenergieumsatzes ausmachen.
• 7.3 Berechnung zum Energieverbrauch des Menschen 7.3.5 Regulation der Körpertemperatur Abfall der Körpertemperatur: Zitterfreie Thermogenese: Erhöhte Oxidationsrate und Entkopplung der Atmungskette in Fettgewebe, Muskel, Leber Zitterthermogenese: Durch Muskelkontraktionen wird vermehrt Wärme gebildet Anstieg der Körpertemperatur: Erhöhte Herzfrequenz Vermehrte Durchblutung der Haut Bildung von Schweiß

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