Humanbiologie (Fach) / Energiegewinnung und -speicherung, Kalorimetrie (Lektion)

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• Definition von Energie Fähigkeit eines Systems, Arbeit zu leisten Kraft (N) x Weg (m) = Arbeit (J) 1 Kalorie = 4,184 J 1 Kilokalorie = 4185 J = 4,185 kJ
• Definition Energiebedarf Gibt an, wieviele Kalorien ein Mensch/Organismus täglich braucht, um Energie für Aufrechterhaltung der Organ- und Zellfunktion und für Verrichtung der täglichen Arbeit zur Verfügung zu haben Energiebedarf setzt sich aus Grundumsatz und Leistungsumsatz zusammen
• Grundumsatz Kalorienverbrauch eines nüchternen, körperlich und geistig ruhenden Menschens bei 20° C Energie, die zur Aufrechterhaltung des Organismuses eines Menschen zugeführt werden muss Leber und Muskulatur sind zu je 25%, Nervensystem mit 18% und Herzmuskel mit 10% am Grundumsatz beteiligt Beeinflusst durch Geschlecht, Gewicht, Größe, Alter und Hormone sowie durch tages- und jahreszeitliche, als auch klimatische Schwankungen Berechnung: 1 kcal pro Stunde pro kg Körpergewicht (24 x Körpergewicht)
• Energieumsatz, Leistungsumsatz Energie, die zusätzlich zum Grundumsatz zugeführt werden muss, um körperliche Leistung vollbringen zu können Abhängig von Intensität der körperlichen Arbeit Bezogen auf Arbeits-, Freizeit-, Ruhe- und Grundumsatz Kann bestimmt werden durch direkte oder indirekte Kalorimetrie
• Indirekte Kalorimetrie Energieumsatz wird indirekt berechnet aus O2-Aufnahme und CO2-Abgabe Energieverbrauch wird anhand der gemessener Atemgaskonzentration bestimmt Für den Energieumsatz benötigte Sauerstoffaufnahme wird gemessen entsprechend des kalorischen Sauerstoffäquivalents von Glucose, Fett und Eiweiß
• Direkte Kalorimetrie Abgabe der Körperwärme wird in einem thermisch isolierten, von Eis umgebenen Raum gemessen Korrelation zur Menge von Schmelzwasser
• Messparameter zur Abschätzung der körperlichen Leistung Grundumsatzrate Erholungspulssumme Anaerobe Schwelle/Laktatanstiegswert O2-Aufnahme und CO2-Abgabe unter Ausbelastung (indirekte Kalorimetrie) Ermüdungsanstieg
• Erholungspulssumme Erhöhter Puls nach körperlicher Belastung Anzahl der Pulse, die über dem Ruhepuls liegen Zusätzlicher Sauerstoff, der nach körperlicher Aktivität aufgenommen wird (Sauerstoffschuld) muss vom Kreislauf im Organismus verteilt werden, wozu das Herz mehr arbeiten muss als in Ruhe
• Sauerstoffschuld Am Anfang einer körperlichen Belastung wird Energie aus den ATP- und Kreatinphosphatspeichern zur Verfügung gestellt Anaerob → kein Sauerstoff für nötig Am Ende der körperlichen Belastung müssen diese Speicher wieder aufgefüllt werden Dazu ist Sauerstoff nötig Man sagt deshalb, der Körper geht zu Beginn einer körperlichen Belastung "Sauerstoffschuld" ein
• Reihenfolge Energiebereitstellung bei körperlicher Belastung ATP-Verbrauch (alaktazid, anaerob) Kreatinphosphat-Verbrauch (alaktazid, anaerob) Anaerobe Glykolyse (laktazid, anaerob) Aerobe Glykoluyse (alaktazid, aerob) Fettverbrennung (alaktazid, aerob)
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• Energiegewinnung durch Glucoseabbau Glykolyse: Glucose → Pyruvat (aerob oder anaerob/laktazid)- Im Zytosol der Zelle Oxidative Decarboxilierung: Pyruvat → Acetyl-CoA (aerob)- In den Mitochondrien Citratzyklus: Einschleusen von Acetyl-CoA setzt Zyklus in Gang, bei dem Energie in Form von GTP und den Energieträgern NADH/H+ und FADH2 gebildet wird (aerob)- In den Mitochondrien Atmungskette: Im Citratzyklus gewonnene Energie wird Gewinnung von ATP aus ADP genutzt (aerob)- In den Mitochondrien Durch Glucoseabbau wird also Energie in Form von ATP gewonnen
• Metabolische und energetische Unterschiede zwischen aeroben und anaeroben Glucoseabbau Bei körperlicher Belastung wird zunehmend mehr O2 aufgenommen, wodurch zunehmend mehr Energie bereit gestellt wird Aerober Glucoseabbau: Glucose → Pyruvat → CO2 + Wasser Dabei entstehen 34 ATP pro Mol Glucose Irgendwann hat Körper aber Grenze erreicht, bei der nicht mehr O2 eingeatmet werden kann, um so die Leistung zu steigern (anaerobe Schwelle) Anaerober Glucoseabbau: Pyruvat → Laktat 2 ATP pro Mol Glucose

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