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Der Körper benötigt die Nährstoffe, die wir zu uns nehmen, zur Energiebereitstellung, zum Aufbau und zur Regeneration der Gewebe sowie zur Steuerung des Stoffwechsels. Energie ist die Essenz des Lebens. Der Körper ist dabei auf die Nahrungsmittel angewiesen, die uns die Natur zur Verfügung stellt. Diese Lebensmittel müssen in eine Energieform überführt werden, die der Körper nutzen kann. Zu diesem Zweck hat der Organismus eine Reihe von metabolischen Systemen entwickelt, um Energie zu produzieren und für unterschiedliche Zwecke zu nutzen, wie den Aufbau von Geweben, Transportvorgänge zwischen den einzelnen Organen, Muskelkontraktionen etc.
Sport bedeutet Leistung und damit Energieumsatz pro Zeit! Die Basis jeder sportlichen Leistung stellt die Fähigkeit des Organismus dar, die richtige Menge an Energie zur richtigen Zeit bereitzustellen und ihren Umsatz den spezifischen Anforderungen des jeweiligen sportlichen Ablaufes entsprechend zu steuern. Die energetischen Anforderungen können in den verschiedenen sportlichen Disziplinen sehr unterschiedlich sein. In Schnelligkeits- und Schnellkraftbelastungen, z.B. im 100 m Sprint, hängt der Erfolg von der Fähigkeit ab, große Mengen an Energie in möglichst kurzer Zeit, d.h. mit hoher Geschwindigkeit, bereit zu stellen.
In Ausdauerbelastungen geht es darum , die Energieproduktion für eine lange Zeit möglichst konstant zu halten. Der Marathonläufer kommt mit einem viel geringeren Energieverbrauch pro Zeiteinheit aus als der 100 m Läufer, er muss diesen Energieumsatz allerdings über 42 km aufrecht erhalten. In anderen Sportarten wechselt der Energieverbrauch je nach Situation sehr stark. Man denke beispielsweise an den hohen momentanen Energieverbrauch des Golfers beim langen Treibschlag im Vergleich zum geringen Verbrauch beim Einputten des Balls. Jede Sportart stellt somit für sie typische Ansprüche an die Energiebereitstellung des Athleten.
Die Diskussion der Bedeutung der Ernährung als Energiequelle und als Steuerungsmöglichkeit der Energiebereitstellung ist aus mehreren Aspekten heraus wichtig. Eine nicht ausreichende Versorgung mit wichtigen Nährstoffen, z.B. Kohlenhydraten zur Auffüllung des Muskelglykogens bzw. zur Konstanterhaltung des Blutzuckers, kann vorzeitige Ermüdung bewirken. Ermüdung kann jedoch auch die Folge einer Unfähigkeit der Steuerung der energiebereitstellenden Systeme aufgrund eines Mangels von energetisch an und für sich gar nicht behutsamen, aber als Regulationsfaktoren wichtigen Spurenelementen sein wie Vitaminen und Mineralien.
Der Organismus ist in der Lage, Energie in verschiedener Form zu speichern, z.B. als Fettgewebe oder auch in der Muskulatur selbst. Ein aufgrund zu größer Fettmengen zu hohes Körpergewicht kann sich ebenso negativ auf die Leistungsfähigkeit auswirken wie ein zu niedriges Körpergewicht als Folge eines Abbaus von aktivem Muskelgewebe.
Definition Energie
Energie wird als die Fähigkeit definiert, Arbeit zu leisten. Arbeit, auch als mechanische Energie bezeichnet, ist eine der möglichen Energieformen. Der Sportler, der einen Ball wirft oder eine Strecke läuft, leistet dabei Arbeit, bzw. produziert mechanische Energie.
Energiespeicherung im Organismus
Nahrungsmittel wie Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße beinhalten gespeicherte Energie. Der Mensch nimmt sie mit seiner Ernährung auf, baut sie im Verlaufe des Verdauungsprozesses zu kleinen Untereinheiten ab, resorbiert diese und transportiert sie in die Körpergewebe, in denen sie entweder einer direkten Nutzung zur Bereitstellung biochemischer Energie zugeführt oder in andere komplexere Formen umgebaut werden, die entweder der Synthese von Geweben oder der Speicherung um Zwecke einer späteren Energiebereitstellung dienen.
Sämtliche Energiebereitstellung im Organismus erfolgt stets aus dem Adenosintriphosphat (ATP). Dabei handelt es sich um ein komplexes Molekül, das energiereiche Phosphatbindungen enthält. Wenn diese enzymatisch aufgespaltet werden, wird Energie rasch und in größerer Menge frei, die genutzt werden kann, um biologische Prozesse in Gang zu setzen, darunter - für die Bewegung besonders wichtig - die muskuläre Kontraktion.
Neben dem ATP verfügt die Zelle über eine weitere energiereiche Phosphatverbindung, das Kreatinphosphat (KP), das sich nur in geringen Mengen in den Geweben befindet. Auch KP kann ohne Nutzung von Sauerstoff direkt Energie bereitstellen, stets allerdings auch wiederum nur über den Weg einer Resynthese von ATP.
Phosphate stehen der Zelle nur in geringer Menge zur Verfügung, daher müssen sie bei Bedarf aus anderen Energiereserven nachgebildet werden. Solche Energiereserven stehen dem Körper in großer Menge in Form von Kohlenhydraten, Fetten und Eiweißen zur Verfügung, eine Menge, die ohne Nahrungsaufnahme für mehrere Wochen ausreicht.
Jeder der drei Energieträger kann bei Bedarf zumindest teilweise in die beiden anderen umgewandelt werden. Bei sehr lang andauernden Belastungen werden beispielsweise auch aus Eiweißen Kohlenhydrate bebildet.
Kohlenhydrate werden gespalten und als Glykogen in den Muskeln und zum Teil auch in der Leber gelagert. Die Speicherkapazität beträgt bei untrainierten Menschen etwa 370 bis 450 Gramm in den Muskeln und 100 bis 130 Gramm in der Leber. Sie lässt sich durch Training in Verbindung mit einer kohlenhydratreicher Ernährung steigern. Die aus Glykogen zur Verfügung gestellte Kalorienmenge beträgt rund 4200 - 8400 kj.
Die Speicher in der Leber dienen vor allem der Aufrechterhaltung des Blutzuckers und der Versorgung des Gehirns, das in der Regel auf Glukose als Brennstoff angewiesen ist.
Werden zu viele Kohlenhydrate aufgenommen, so werden sie in Fett umgewandelt und in Depots gespeichert. Kohlenhydrate liegen in Form des Blutzuckers sowie des Leber- und Muskelglykogens vor. Das größte Energiedepot stellt das Körperfett dar. Fettreserven finden sich in Form von Triglyzeriden in der Skelettmuskulatur sowie im Fettgewebe. Weiterhin steht eine zwar geringe, aber sofort verfügbare Fettmenge in Form der im Blut transportierten Triglyzeride und der freien Fettsäuren zur Verfügung.
Auch das körpereigene Eiweiß, speziell das Muskelgewebe, stellt im Prinzip eine Energiereserve dar, die aber unter normalen Umständen nicht oder nur wenig in Anspruch genommen wird.
Energiereserven
Der menschliche Organismus unterliegt wie alle Lebewesen dem biologischen Grundgesetz der Erhaltung der Energie, das besagt:
Mögliche Arbeitsleistung = Energielieferung aus Nahrung und Energiereserven
Die Energiereserven befähigen zur sofortigen Leistung, und die Nahrungszufuhr füllt die verbrauchten Energiereserven wieder auf. Die kurzfristigen Energiespeicher der energiereichen Phosphate ATP und KP sind deswegen so klein, da sie sehr rasch wieder regeneriert werden.
Die Kohlenhydratvorräte sind demgegenüber erheblich größer. Aber selbst wenn man bedenkt, dass sie durch entsprechende Trainings- und Ernährungsmaßnahmen mehr als verdoppelt werden können, sind sie im Vergleich zu den Fett-Energie-Reserven wiederum ungleich kleiner. Bei langen Ausdauerleistungen ist es daher für den Organismus günstiger, das fast unerschöpfliche Energiereservoir der Fette anzapfen zu können, um dadurch die begrenzten Kohlenhydratspeicher zu schonen.
Die Nutzung der Fettreserven muss der Organismus jedoch erst durch entsprechendes Training und die dazu passende knappe Ernährung trainieren. Für Eiweiße gibt es zwar den sog. Aminosäurepool, aber keine den Kohlenhydraten und Fetten vergleichbaren Speicher. Das weist darauf hin, dass Eiweiße von der Natur für die Energiegewinnung normalerweise nicht vorgesehen sind.
Die ausgeglichene Energiebilanz
Kein Sportler isst mit Diätwaage und Nahrungsmitteltabelle in der Hand. Die Nahrungsaufnahme wird weitgehend durch den natürlichen Appetit und das körperliche Befinden geregelt. Gerade nach einem sehr intensiven Training haben Sportler meistens sogar weniger Appetit, so dass erst an Tagen mit geringerer Belastung dieses Defizit durch vermehrten Appetit wieder ausgeglichen wird. Erst wenn sich Energiebedarf und -zufuhr langfristig nicht ausgleichen, tritt ein Körpergewichtsverlust ein.
Ein Sportler sollt sich daher täglich wiegen, am besten morgens mit nüchternem Magen, da das Gewicht im Laufe des Tages trainingsbedingt erheblich schwanken kann. Das Gewicht, mit dem die besten Wettkampfleistungen erzielt werden, wird als Wettkampfgewicht bezeichnet. Meistens kann man es nur kurzfristig halten, während das durchschnittliche Körpergewicht 1-2 kg darüber liegt. Im allgemeinen gilt: Je besser der Trainingszustand, desto geringeren Schwankungen unterliegt das Körpergewicht.
Energiequellen
Auch wenn die Bildung von ATP auf dem Abbau der drei wichtigsten Energieträger Kohlenhydrate, Fette und bis zu einem gewissen Grade auch Eiweißen beruht, kann die Energiebildung nicht funktionieren, wenn nicht auch die anderen Nährstoffklassen Wasser, Vitamine und Mineralien in ausreichender Menge verfügbar sind. Ihre Bedeutung liegt vor allem in der Zusammenarbeit mit den Proteinen, in der Gewährleistung von Aufbau und Funktion zahlreicher Enzyme, die an der Regelung der energetischen Prozesse in der Muskelfaser beteiligt sind.
Wasser wird benötigt, um energiereiche komplexe Moleküle im Verlaufe der sog. Hydrolyse aufzuspalten.
Zahlreiche Vitamine spielen für die energiefreisetzenden Prozesse eine wichtige Rolle. Eine Reihe von Vitaminen der B-Gruppe ist an verschiedenen Stellen an der Energietransformation in der Zelle beteiligt.
Auch zahlreiche Mineralstoffe sind für energetische Prozesse unverzichtbar. Dies trifft insbesondere für Eisen zu. Das im Hämoglobin gebundene Eisen sorgt für den Transport des Sauerstoffs zur Muskelfaser. Weitere wichtige Mineralien, die als Bestandteil von Enzymen an der Energiefreisetzung, an der muskulären Kontraktion oder an anderen energetisch bedeutsamen Prozessen beteiligt sind, sind Zink, Magnesium, Kalium, Natrium und Kalzium.
Zusammenfassend ist für eine adäquate Energiebereitstellung nicht nur eine ausreichende Zufuhr der drei Energieträger Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße mit der Ernährung von Bedeutung, sondern auch die ausreichende Aufnahme von Nährstoffen, die für die Regulierung der Energiefreistellung wichtig sind, nämlich Wasser, Vitamine und Mineralstoffe.
Stoffwechsel
Definition:
Unter Stoffwechsel (Metabolismus) wird die Summe aller physikalischen und biochemischen Prozesse verstanden, die im Organismus ablaufen. Stoffwechselprozesse sind beispielsweise die Umwandlung der aufgenommenen Nahrungsmittel, die Bildung von körpereigenen Strukturen, Hormonen und Enzymen, das Wachstum und der Abbau von Knochen, Muskeln und anderen Geweben sowie viele mehr.
Diese Beispiele zeigen bereits, dass man den Metabolismus grundsätzlich in zwei verschiedene Anteile unterteilen kann, nämlich Aufbauprozesse (Anabolismus) und Abbauvorgänge (Katabolismus). Der Aufbau von komplexen Körperstrukturen, beispielsweise die Zunahme der Muskelmasse unter einem Krafttraining oder die Steigerung der aeroben Enzymkapazität im Verlaufe eines Ausdauertrainings, stellt somit einen anabolen Prozess dar, der Energie benötigt. Umgekehrt wird beim Abbau komplexer Körperstrukturen zu einfacheren Einheiten, z.B. beim Abbau von Muskelglykogen zu Glukose und weiter zu Kohlendioxid und Wasser, Energie gewonnen, die dann wiederum den energetischen Bedarf anaboler Prozesse decken kann. Der Stoffwechsel stellt somit einen ständigen Wandel von energetischen Prozessen dar oder kurz gesagt: Stoffwechsel ist Leben. Die Geschwindigkeit, mit der metabolische Prozesse ablaufen, kann, in Abhängigkeit von den jeweiligen Umständen, sehr unterschiedlich sein. Der tägliche Energiebedarf, d.h. die Summe aller Stoffwechselprozesse, lässt sich grundsätzlich in drei Anteile untergliedern:
1. Der basale Energieumsatz in Ruhe, der sog. Grundumsatz, sowie die Steigerung dieses Energieumsatzes.
2. nach Nahrungsaufnahme
3. unter körperlicher Belastung
Aerober und anaerober Stoffwechsel
Geschieht die Umwandlung von Fett und Kohlenhydraten unter Sauerstoffzufuhr, bezeichnet man den Prozess als aeroben Stoffwechsel. Die Energieausnutzung ist dabei besonders effektiv und kann den Körper über eine lange Zeit versorgen, denn es werden auch die Fettreserven in Anspruch genommen. Bei der Verwertung der Kohlenhydrate entsteht pro Liter Sauerstoff mehr Energie als beim Abbau der Fette: 5,05 kcal aus Glykogen gegenüber 4,65 kcal aus Fett. Die Geschwindigkeit, in der Energie zur Verfügung gestellt wird, ist bei Kohlenhydraten fast doppelt so hoch wie bei Fetten.
Ist nicht genügend Sauerstoff verfügbar, steht dem Organismus ein anderer,, weniger günstiger Weg der Energiegewinnung zur Verfügung: der anaerobe Stoffwechsel.
Dabei wird der Brennstoff ATP ohne Sauerstoff erzeigt. Als Rohmaterial dienen nur die geringen Kohlenhydratreserven. Bei derselben umgesetzten Menge gewinnt die Zelle auf diesem Stoffwechselweg nur 5 Prozent der Energie, die mit Hilfe von Sauerstoff erreicht wird. Der anaerobe Stoffwechsel ist deshalb nur ein kurzzeitiger Ersatz.
Leistungsbegrenzend ist neben den geringeren Energievorräten vor allem die Milchsäure, die bei der Verwertung von Glukose ohne Sauerstoff entsteht. Sie beeinträchtigt die Muskelarbeit und führt zu frühzeitiger Ermüdung (Muskelkater).
Training verbessert die Sauerstoffaufnahme aus dem Blut in die Muskeln. Dadurch kann mehr Energie auf dem günstigeren Weg produziert werden. Untrainierte Erwachsene können 3 Liter Sauerstoff pro Minute aufnehmen, Spitzensportler bis zu 6 Liter. Unbegrenzt lässt sich jedoch weder die Sauerstoffaufnahme in die Lunge noch diejenige in die Gewebe steigern. Auch das Enzymsystem zur Verarbeitung der Energievorräte hat nur eine begrenzte Kapazität.
Die Nutzung des Sauerstoffes durch den Körper ist somit ein Schlüsselfaktor für die Wahl des Energielieferanten und die sportliche Leistung.
Einfluss von körperlicher Belastung auf die Stoffwechselintensität
Jede körperliche Aktivität steigert den Stoffwechsel bzw. den Energieverbrauch über den Ruheumsatz hinaus. Alltagsaktivitäten wie Sitzen, Stehen, Kartenspielen, Kochen, Schreibmaschineschreiben etc. steigern den Energieverbrauch, lassen sich aber quantitativ nur sehr schwer ausdrücken. Wenn deshalb von Leistungsumsatz gesprochen wird, so bezieht sich dieser Ausdruck im allgemeinen auf Stoffwechselsteigerungen durch mittelgradige bis intensive körperliche Aktivitäten wie schnelles Gehen, Treppensteigen, Radfahren, Tanzen, Laufen etc. Der zusätzliche Leistungsumsatz wird auch als thermischer Belastungseffekt bezeichnet.
Körperliche Aktivität stellt für den Organismus und für fast alle seine Organsysteme einen kräftigen Reiz dar, der bei regelmäßiger Durchführung zu entsprechenden Anpassungserscheinungen führt. Diese wiederum können, wie im folgenden darzustellen sein wird, von großem gesundheitlichen Vorteil sein. Die wichtigsten Systeme, die unter körperlicher Aktivität beansprucht werden, sind das Nervensystem und die Muskulatur. In den Muskelfasern laufen die energetischen Prozesse ab, die Muskelkontraktionen werden durch das Nervensystem gesteuert. Allen anderen Organsystemen kommt unter Belastung im Grunde nur eine Servicefunktion zur Erfüllung der Bedürfnisse der aktiven Skelettmuskulatur zu.
Die Muskelfaser ist letztlich nur eine Maschine, die biochemische in mechanische Energie umwandelt, aber eine Maschine, die überaus komplex funktioniert. Sie stellt eine schlauartige Struktur dar, in der die kontraktilen Elemente enthalten sind, Filamente, die ineinander gleiten können und dadurch den Muskel verkürzen. Durch diese Muskelverkürzung wird Arbeit ausgeführt. Es werden Knochen gegeneinander bewegt in Form von sehr einfachen Bewegungsabläufen wie beim Heben einer Hantel über kompliziertere Bewegungsmuster beim Laufen bis hin zu den überaus komplexen Bewegungen des Kunstturners beim Dreifachsalto. Wie viele technische Maschinen besitzt auch die Muskelfaser die Fähigkeit einer Energieproduktion in sehr unterschiedlicher Intensität, wobei die Variationsbreite vom niedrigsten muskulären Energieumsatz im Schlaf bis zum 90fachen dieses Wertes unter kurzdauernden maximalen anaeroben Belastungen reicht.
Der wichtigste Faktor, der die Stoffwechselgeschwindigkeit unter Belastung beeinflusst, ist die Belastungsintensität bzw. die Schnelligkeit einer Bewegung. Um schnell Bewegungen auszuführen, muss sich der Muskel mit höherer Geschwindigkeit und damit überproportional hohem Energieverbrauch kontrahieren.
In der folgenden Tabelle wird ein Überblick über den Energieverbrauch pro Minute, ausgedrückt in Kalorien, für einen erwachsenen Mann mit durchschnittlicher Körperstatur bei unterschiedlichen Belastungsintensitäten gegeben. Die höheren in der Tabelle aufgeführten Werte werden vom durchschnittlichen Un- bzw. Wenigtrainierten nicht erreicht. Die höchsten Stufen werden auch von Hochtrainierten nur über sehr kurze Zeitintervalle im Bereich von ca. 1 Sekunde bewältigt.
Belastungsintensität Kalorienverbrauch pro kg Körpergewicht und Minute
Ruheumsatz 1,0
Sitzen, Schreiben 2,0
Gehen mit 3 km/h 3,3
Gehen mit 5 km/h 4,2
Laufen mit 8 km/h 9,4
Laufen mit 16 km/h 18,8
Laufen mit 24 km/h 29,3
Laufen mit 32 km/h 38,7
Maximales Gewichtheben > 90,0
Die Belastungsintensität ist der wichtigste Faktor für den Kalorienverbrauch, aber keineswegs der einzige. Bei einer Reihe von Bewegungsformen ist die Beziehung zwischen Energieverbrauch und Bewegungsgeschwindigkeit nicht linear, dann nämlich nicht, wenn die Bewegungsökonomie den Energieverbrauch maßgeblich beeinflusst. Bei schnellem Gehen bracht man beispielsweise für die gleiche zurückgelegte Strecke überproportional mehr Energie als bei langsamen Gehen, da die Bewegungen weniger ökonomisch ausgeführt werden.
Ein ungeübter Schwimmer kann nur einen sehr geringen Prozentsatz seines Energieverbrauchs in Vorwärtsbewegung umsetzen, er verbraucht für die gleiche Schwimmgeschwindigkeit viele mehr Energie als der technisch gute Schwimmer. Andererseits steigt beim Schwimmen, ebenso wie beim Radfahren, bei hohen Geschwindigkeiten der Wasser- bzw. Luftwiderstand exponentiell an, so dass der Kalorienverbrauch mit ansteigender Schwimm- bzw. Radfahrgeschwindigkeit exponentiell zunimmt. Ein Übergewichtiger wird aufgrund seiner höheren zu bewegenden Körpermasse ferner mehr Kalorien für eine gegebene Geschwindigkeit beim Gehen, Joggen oder Laufen benötigen als ein schlanker Geher bzw. Läufer.
Bestimmung der Belastungsintensität
Die beste Messgröße der höchsten Leistungsfähigkeit des Menschen ist die maximale Sauerstoffaufnahmefähigkeit VO2 max. Ist die höchste Sauerstoffmenge, die von einem Individuum pro Minute unter körperlicher Belastung aufgenommen werden kann. Ihre Bestimmung erfolgt im allgemeinen in einem durchgeführten Belastungstest. Wenn der Punkt erreicht ist, ab dem die Sauerstoffaufnahme trotz zunehmender Belastungsintensität nicht mehr ansteigt (levelling off), ist ihr Maximum erreicht. Sie wird als Absolutwert in Litern pro Minute oder als relative maximale Sauerstoffaufnahme körpergewichtsbezogen in ml pro kg Körpergewicht pro Minute angegeben. Häufig wird sie aber auch als Prozentsatz angegeben.
Dazu ein Beispiel:
Zwei Personen, die mit derselben Geschwindigkeit laufen und die dieselbe Menge Sauerstoff aufnehmen, empfinden die Intensität der Betätigung unterschiedlich.
Die Geschwindigkeit, die von jemandem mit vorwiegend sitzender Lebensweise 100 Prozent "VO2 max" abverlangt, kann für einen Langstreckenläufer weniger als 50 Prozent VO2 max erfordern. Ersterer wird sehr rasch müde, der andere fühlt sich ausgesprochen wohl und kann die Geschwindigkeit über Stunden hinweg beibehalten.
Fußball oder Tennis erfordern immer nur kurze Perioden intensiver Anstrengungen, unterbrochen von "Verschnaufpausen" oder geringerer Aktivität. Auch beim Laufen und beim Radfahren ändert sich der Energiebedarf in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, Windstärke oder dem Schwierigkeitsgrad der Stecke. Dementsprechend nutzt der Körper die verschiedenen Energiequellen:
. Bei kurzen Belastungen, Kraft- und Schnellsportarten mit Kraftanstrengungen bis zu 10 Sekunden (Gewichtsheben, Springen, Sprints, Wurfdisziplinen) werden ATP und Kreatinphosphat mobilisiert. Beide stammen nicht direkt aus der Nahrung. Deshalb haben Essen und Trinken auch keinen direkten Einfluss auf kurze Belastungen.
. Bei längerer Belastung von etwa 60 Sekunden (400 m Lauf, Radverfolgungsrennen, Kunstturnen, alpiner Schilauf, Eishockey) erfolgt die Energiebereitstellung vor allem anaerob, also ohne Sauerstoffverbrauch (anaerobe Glykolyse). Je länger die Belastung dauert, desto mehr kommt die aerobe Kohlenhydratverwertung ins Spiel. Da die Muskulatur aber mindestens 300 Gramm Glykogen enthält, kann der Sportler bis zu 30 Minuten ohne besondere Ernährungsmaßnahmen von den "normalen" Vorräten zehren.
. Bei starken Belastungen in Ausdauersportarten von mehr als 30 Minuten (Schwimmen ab 400 m, Mittel- und Langstreckenlauf, Radfahren, Schilanglauf) reichen die Glykogenreserven nicht aus. Fette liefern auf aerobem Weg, das heißt mit Sauerstoff, einen Teil der Energie. Auf diese Weise können auch Dauerhöchstleistungen bei aufgebrauchten Glykogenspeichern erbracht werden.
Durch Training kann die Belastung beim Sport verlängert und ihre Intensität verstärkt werden, ohne dabei 50 oder 60 Prozent der VO2 max zu überschreiten. Die Fettreserven können dann länger beansprucht und die Glykogenreserven wirtschaftlicher genutzt werden.
Energieverbrauch
Selbst in völliger Ruhestellung und im Schlaf verbraucht man Energie - den sogenannten Grundumsatz: Er wird für die Herztätigkeit, die Atmung, die Verdauung, für alle chemischen Prozesse des Organismus und für die Regulierung der Körpertemperatur benötigt.
Definition Grundumsatz:
Der Grundumsatz wird als jene Energiemenge definiert, die ein entspannt liegender Mensch zwölf Stunden nach der letzten Nahrungsaufnahme bei gleichbleibender Umgebungstemperatur von 20° C benötigt.
Grundumsatz eines Erwachsenen:
3,8 - 4,2 kj je Kilogramm Körpergewicht und Stunde, im Mittel 4 kj:
Je schwerer man ist und je mehr Muskeln man hat, desto höher ist der Grundumsatz. Nach einem Tag harter körperlicher Arbeit verbraucht man im Schlaf mehr Energie als sonst. Auch Meereshöhe, Ernährungszustand, seelische Spannung und Hormonfunktionen beeinflussen den Grundumsatz.
Der bei körperlicher Betätigung gemessene Energieumsatz ist der Leistungsumsatz. Seine Höhe hängt von Art und Ausmaß der körperlichen Arbeit ab. Korpulente Personen benötigen für dieselbe Leistung mehr Energie als schlanke.
Definition Leistungsumsatz:
Für jede weitere Leistung, die ein Mensch vollbringt, braucht er zusätzliche Energie. Diese Energiemenge, die über den Grundumsatz hinaus benötigt wird, bezeichnet man als Leistungsumsatz.
Der Leistungsumsatz steigt bei höherer oder niedrigerer Umgebungstemperatur. In beiden Fällen wird verstärkt Energie zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur benötigt.
Die Richtwerte für den Energiebedarf von Menschen mit geringer körperlicher Betätigung liegen täglich zwischen 7.600 und 10.500 Kilojoule, bei aktiveren zwischen 10.500 und 12.600 kJ.
Nur im absoluten Hochleistungssport verbrauchen Athleten bis zu 21.000 kJ und mehr pro Tag. Teilnehmer an der Tour de France können es an einem Tag sogar auf 42.000 kJ bringen. Dagegen benötigt ein Durchschnittssportler nur 14.700 bis 16.800 kJ. Das entspricht etwa dem Bedarf eines Bergarbeiters. Sportlerinnen kommen im Vergleich zu Männern generell mit etwas weniger Energie aus.
Für Freizeitsportler gilt: Ihr Energiebedarf wird eher bestimmt durch den achtstündigen Arbeitstag und die Art der Fortbewegung während des Tages (Auto, zu Fuß oder Fahrrad) als durch die eine Stunde Tennisspielen oder 30 Minuten Laufen am Abend!
Man darf den zusätzlichen Energiebedarf auf keinen Fall überschätzen. Nur wer mehr als 2 Stunden pro Woche mit Ausdauer und Intensität trainiert, muss seinen Energiebedarf anpassen. Eine regelmäßige Gewichtskontrolle ist aber empfehlenswert.
Energieverbrauch durch Sport
Bewegungsart Energieverbrauch/Minute
Fußball 54 kJ 13 kcal
Gewichtheben 38 kJ 9 kcal
Gymnastik 21 kJ 5 kcal
Laufen 42 kJ 10 kcal
Radfahren 13 kJ 3 kcal
Reiten 18 kJ 4 kcal
Schwimmen 29 kJ 7 kcal
Skilaufen 38 kJ 9 kcal
Tennis 25 kJ 6 kcal
Tischtennis 19 kJ 5 kcal
Steigerung des Energieverbrauchs
Die Steigerung des Energieverbrauchs unter körperlicher Belastung hängt von folgenden Faktoren ab: der eingesetzten Muskelmasse, - je größer sie ist, um so höher der Energieverbrauch - sowie der Intensität und Dauer der Belastung. Einen besonders hohen Energieverbrauch wird man somit erreichen, wenn man eine Belastungsform wählt, die man auf Dauer mit relativ hoher Intensität und großer Muskelmasse durchführen kann. Dies sind die typischen Ausdauerbelastungen, von denen sich die folgenden besonders durchgesetzt haben:
Gehen, Joggen, Laufen, Schwimmen, Radfahren und, vor allem in den USA, aber auch hierzulande, Aerobic, d.h. musikalisch begleitete Ausdauergymnastik.
Als allgemeine Regel kann gesagt werden, dass der Energieverbrauch beim Laufen von der zurückgelegten Strecke und nicht von der Geschwindigkeit abhängt. Wenn man schneller läuft, verbraucht man zwar mehr Energie, man durchläuft die gleiche Strecke jedoch in kürzerer Zeit, so dass sich bei Multiplikation der gleiche Energieverbrauch ergibt wie bei langsamerer Geschwindigkeit und längerer Laufzeit.
Eine einfache Möglichkeit, den Energieverbrauch beim Laufen abzuschätzen, ergibt die folgende Formel:
Kalorienverbrauch beim Laufen = 1 Kalorie x Körpergewicht in kg x Kilometer
Eine leicht praktikable Möglichkeit, den Energieverbrauch zu steigern, besteht auch im Treppensteigen, zu Hause oder bei der Arbeit, aber auch auf entsprechenden Geräten (Stepper) in Fitnessstudios. Statt dessen kann man auch zuhause auf der Stelle laufen. Wenn dies sehr schnell durchgeführt wird, kann es allerdings leicht zu Verletzungen bzw. Überlastungsschäden kommen.
Aufgrund des erhöhten Widerstands des Wassers braucht man beim Schwimmen für die gleiche Strecke etwa 4 mal mehr Energie als beim Gehen oder Laufen. Hängt jedoch vom Schwimmstil bzw. dem technischen Können des Schwimmers ab.
Radfahren ist aus der Sicht des Energieverbrauchs wesentlich ökonomischer als Laufen, man braucht auf ebenen Strecken nur 1/3 der Energie, die man beim Laufen über die gleiche Entfernung verbrauchen würde. Auch beim Radfahren hängt der Energieverbrauch von einer Fülle verschiedener Faktoren ab: dem Körpergewicht, dem Fahrrad, der Geländebeschaffenheit und insbesondere auch von der Körperposition auf dem Fahrrad. Eine stromlinienförmige Haltung reduziert den Luftwiderstand vom Quadrat der Geschwindigkeit abhängt, steigt er allerdings bei hohen Geschwindigkeiten, etwa ab 30 km/h, ganz erheblich an.
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