Grundumsatz - Basal metabolic rate

Der Grundumsatz ( BMR ) ist die Rate des Energieverbrauchs pro Zeiteinheit von endothermen Tieren in Ruhe. Sie wird in Energieeinheiten pro Zeiteinheit angegeben, die von Watt (Joule/Sekunde) bis ml O 2 /min oder Joule pro Stunde pro kg Körpermasse J/(h·kg) reichen . Für eine korrekte Messung müssen strenge Kriterien erfüllt werden. Diese Kriterien sind : in einem physisch und psychisch ungestörten Zustand sind, in einer thermisch neutralen Umgebung , während im post- absorptive Zustand (dh nicht aktiv Verdauen Nahrung). Bei bradymetabolischen Tieren, wie Fischen und Reptilien , wird der entsprechende Begriff Standard-Stoffwechselrate ( SMR ) verwendet. Sie folgt den gleichen Kriterien wie die BMR, erfordert jedoch die Dokumentation der Temperatur, bei der die Stoffwechselrate gemessen wurde. Dies macht BMR zu einer Variante der Standard-Stoffwechselratenmessung, die die Temperaturdaten ausschließt, eine Praxis, die bei vielen Säugetieren zu Problemen bei der Definition von "Standard"-Stoffwechselraten geführt hat.

Der Stoffwechsel umfasst die Prozesse, die der Körper zum Funktionieren benötigt. Der Grundumsatz ist die Energiemenge pro Zeiteinheit, die ein Mensch benötigt, um den Körper in Ruhe zu halten. Einige dieser Prozesse sind Atmung , Blutzirkulation , Kontrolle der Körpertemperatur , Zellwachstum , Gehirn- und Nervenfunktion und Muskelkontraktion . Der Grundumsatz beeinflusst die Rate, mit der eine Person Kalorien verbrennt, und letztendlich, ob diese Person Gewicht hält, zunimmt oder verliert. Der Grundumsatz macht etwa 60 bis 75 % des täglichen Kalorienverbrauchs des Einzelnen aus. Sie wird von mehreren Faktoren beeinflusst. Beim Menschen sinkt der BMR nach dem 20. Lebensjahr typischerweise um 1–2% pro Jahrzehnt, hauptsächlich aufgrund des Verlusts an fettfreier Masse , obwohl die Variabilität zwischen den einzelnen Personen hoch ist.

Beschreibung

Die Wärmeentwicklung des Körpers wird als Thermogenese bezeichnet und kann gemessen werden, um den Energieaufwand zu bestimmen. Der BMR nimmt im Allgemeinen mit dem Alter und mit der Abnahme der fettfreien Körpermasse ab (was mit dem Altern passieren kann). Eine Zunahme der Muskelmasse hat den Effekt, den BMR zu erhöhen. Das aerobe (Widerstands-) Fitnessniveau, ein Produkt von Herz-Kreislauf-Übungen , wurde in den 1990er Jahren gezeigt, dass es nicht mit dem BMR korreliert, wenn es an fettfreie Körpermasse angepasst wird, obwohl zuvor angenommen wurde, dass es eine Wirkung auf den BMR hat. Aber anaerobe Übung tut Erhöhung Ruheenergieverbrauch (siehe „ aerob gegen anaerobe Übung “). Krankheit, zuvor konsumierte Speisen und Getränke, Umgebungstemperatur und Stress können den Gesamtenergieverbrauch sowie den BMR beeinflussen.

Indirektes Kalorimetrie-Labor mit Baldachin (Verdünnungstechnik)

Der BMR wird unter sehr restriktiven Umständen gemessen, wenn eine Person wach ist. Eine genaue BMR-Messung erfordert, dass das sympathische Nervensystem der Person nicht stimuliert wird, ein Zustand, der vollständige Ruhe erfordert. Eine häufigere Messung, die weniger strenge Kriterien verwendet, ist der Ruheumsatz (RMR) .

Der BMR kann durch Gasanalyse entweder durch direkte oder indirekte Kalorimetrie gemessen werden , obwohl eine grobe Schätzung durch eine Gleichung mit Alter, Geschlecht, Größe und Gewicht gewonnen werden kann. Studien der Energiestoffwechsel beide Methoden liefern überzeugende Beweise für die Gültigkeit des respiratorischen Quotienten (RQ), welche die inhärente Zusammensetzung und Verwendung von Maßnahmen , Kohlenhydrate , Fette und Proteine , wie sie zur Energiesubstrateinheiten umgewandelt werden, die vom Körper verwendet werden kann , wie Energie.

Phänotypische Flexibilität

BMR ist ein flexibles Merkmal (es kann innerhalb von Individuen reversibel angepasst werden), wobei beispielsweise niedrigere Temperaturen im Allgemeinen zu höheren Grundumsatzraten sowohl bei Vögeln als auch bei Nagetieren führen. Es gibt zwei Modelle, um zu erklären, wie sich der BMR als Reaktion auf die Temperatur ändert: das variable Maximummodell (VMM) und das variable Fraktionsmodell (VFM). Das VMM besagt, dass der Gipfelstoffwechsel (oder die maximale Stoffwechselrate als Reaktion auf die Kälte) während des Winters zunimmt und dass der anhaltende Stoffwechsel (oder die Stoffwechselrate, die auf unbestimmte Zeit aufrechterhalten werden kann) ein konstanter Bruchteil davon bleibt. Der VFM sagt, dass sich der Gipfelstoffwechsel nicht ändert, aber dass der nachhaltige Stoffwechsel ein größerer Teil davon ist. Das VMM wird bei Säugetieren und bei Verwendung von Ganzkörperfrequenzen bei Singvögeln unterstützt. Das VFM wird bei Studien an Singvögeln unter Verwendung massenspezifischer Stoffwechselraten (oder Stoffwechselraten pro Masseneinheit) unterstützt. Diese letztere Messung wurde von Eric Liknes, Sarah Scott und David Swanson kritisiert, die sagen, dass die massenspezifischen Stoffwechselraten saisonal inkonsistent sind.

Zusätzlich zur Temperaturanpassung kann sich BMR auch vor den jährlichen Migrationszyklen anpassen. Der Rote Knoten (ssp. islandica ) erhöht seinen BMR um etwa 40%, bevor er nach Norden wandert. Dies liegt an der energetischen Nachfrage von Langstreckenflügen. Der Anstieg ist wahrscheinlich hauptsächlich auf eine erhöhte Masse in Organen im Zusammenhang mit der Flucht zurückzuführen. Das Endziel der Migranten wirkt sich auf ihren BMR aus: Es wurde festgestellt, dass Gelb-Psessigsänger, die nach Norden wandern, einen um 31 % höheren BMR haben als diejenigen, die nach Süden wandern.

Beim Menschen ist der BMR direkt proportional zur fettfreien Körpermasse einer Person . Mit anderen Worten, je mehr fettfreie Körpermasse eine Person hat, desto höher ist ihr BMR; Der BMR wird jedoch auch von akuten Erkrankungen beeinflusst und nimmt mit Zuständen wie Verbrennungen, Frakturen, Infektionen, Fieber usw. zu. Bei menstruierenden Frauen variiert der BMR bis zu einem gewissen Grad mit den Phasen ihres Menstruationszyklus . Durch den Anstieg des Progesterons steigt der BMR zu Beginn der Lutealphase an und bleibt bis zum Ende dieser Phase am höchsten. Es gibt unterschiedliche Erkenntnisse in der Forschung, wie stark eine Erhöhung in der Regel auftritt. Kleine Stichprobe, frühe Studien, fanden verschiedene Zahlen, wie z. ein 6% höherer postovulatorischer Schlafmetabolismus, ein 7% bis 15% höherer 24-Stunden-Aufwand nach dem Eisprung und ein Anstieg und ein Anstieg des BMR in der Lutealphase um bis zu 12%. Eine Studie der American Society of Clinical Nutrition ergab, dass eine experimentelle Gruppe weiblicher Freiwilliger in den zwei Wochen nach dem Eisprung einen durchschnittlichen Anstieg des Energieverbrauchs von 24 Stunden um 11,5% mit einer Spanne von 8% bis 16% aufwies. Diese Gruppe wurde über gleichzeitig direkte und indirekte Kalorimetrie gemessen und hatte standardisierte tägliche Mahlzeiten und Bewegungsabläufe, um zu verhindern, dass der Anstieg durch eine Änderung der Nahrungsaufnahme oder des Aktivitätsniveaus manipuliert wurde. Eine Studie des Mandya Institute of Medical Sciences aus dem Jahr 2011 ergab, dass während der Follikelphase und des Menstruationszyklus einer Frau kein signifikanter Unterschied im BMR besteht, jedoch die pro Stunde verbrannten Kalorien während der Lutealphase signifikant höher sind, bis zu 18%. Erhöhte Zustandsangst (Stressniveau) erhöhte auch vorübergehend den BMR.

Physiologie

Die frühen Arbeiten der Wissenschaftler J. Arthur Harris und Francis G. Benedict zeigten, dass anhand der Körperoberfläche (berechnet aus Größe und Gewicht), Alter und Geschlecht sowie der Sauerstoff- und Kohlendioxidmessungen ungefähre Werte für den BMR abgeleitet werden können aus der Kalorimetrie. Studien haben auch gezeigt, dass durch die Eliminierung der Geschlechtsunterschiede, die bei der Ansammlung von Fettgewebe auftreten, indem die Stoffwechselrate pro Einheit "fettfreier" oder fettfreier Körpermasse ausgedrückt wird , die Werte zwischen den Geschlechtern für den Grundumsatz im Wesentlichen gleich sind. In Lehrbüchern der Sportphysiologie gibt es Tabellen, die die Umrechnung von Körpergröße und Körperoberfläche in Bezug auf Gewicht und Grundumsatzwerte zeigen.

Das wichtigste Organ für die Regulierung des Stoffwechsels ist der Hypothalamus . Der Hypothalamus befindet sich auf dem Zwischenhirn und bildet den Boden und einen Teil der Seitenwände des dritten Ventrikels des Großhirns . Die Hauptfunktionen des Hypothalamus sind:

  1. Steuerung und Integration von Aktivitäten des autonomen Nervensystems (ANS)
    • Das ANS reguliert die Kontraktion der glatten Muskulatur und des Herzmuskels sowie die Sekretion vieler endokriner Organe wie der Schilddrüse (im Zusammenhang mit vielen Stoffwechselstörungen).
    • Durch das ANS ist der Hypothalamus der Hauptregulator viszeraler Aktivitäten wie Herzfrequenz, Nahrungstransport durch den Magen-Darm-Trakt und Kontraktion der Harnblase.
  2. Produktion und Regulierung von Wut- und Aggressionsgefühlen
  3. Regulierung der Körpertemperatur
  4. Regulierung der Nahrungsaufnahme durch zwei Zentren:
    • Das Ernährungszentrum oder Hungerzentrum ist für die Empfindungen verantwortlich, die uns veranlassen, Nahrung zu suchen. Wenn ausreichend Nahrung oder Substrate aufgenommen wurden und Leptin hoch ist, wird das Sättigungszentrum stimuliert und sendet Impulse, die das Nahrungszentrum hemmen. Bei Nahrungsmangel im Magen und hohem Ghrelinspiegel lösen Rezeptoren im Hypothalamus das Hungergefühl aus.
    • Ähnlich funktioniert das Durstzentrum, wenn bestimmte Zellen im Hypothalamus durch den steigenden osmotischen Druck der extrazellulären Flüssigkeit stimuliert werden . Wird der Durst gestillt, sinkt der osmotische Druck.

Alle diese Funktionen zusammengenommen bilden einen Überlebensmechanismus, der uns veranlasst, die Körperprozesse, die BMR misst, aufrechtzuerhalten.

Formeln zur BMR-Schätzung

Mehrere Gleichungen zur Vorhersage der vom Menschen benötigten Kalorien wurden vom frühen 20. bis 21. Jahrhundert veröffentlicht. In jeder der folgenden Formeln:

P ist die gesamte Wärmeproduktion bei vollständiger Ruhe,
m ist Masse (kg),
h ist Körpergröße (cm),
a ist das Alter (Jahre).
Die ursprüngliche Harris-Benedict-Gleichung

Historisch gesehen war die 1919 veröffentlichte Harris-Benedict-Gleichung die bemerkenswerteste Formel :

für Männer,
für Frauen,

Der Unterschied im BMR für Männer und Frauen ist hauptsächlich auf Unterschiede in der Körpermasse zurückzuführen. Zum Beispiel hätte eine 55-jährige Frau mit einem Gewicht von 59 kg und einer Körpergröße von 168 cm einen BMR von 1272 kcal pro Tag.

Die überarbeitete Harris-Benedict-Gleichung

1984 wurden die ursprünglichen Harris-Benedict-Gleichungen mit neuen Daten überarbeitet. Im Vergleich mit den tatsächlichen Ausgaben erwiesen sich die überarbeiteten Gleichungen als genauer:

für Männer,
für Frauen,

Es war die beste Vorhersagegleichung bis 1990, als Mifflin et al. führte die Gleichung ein:

Die Mifflin-St.-Jeor-Gleichung

wobei s +5 für Männer und -161 für Frauen ist.

Nach dieser Formel hat die Frau im obigen Beispiel einen BMR von 1204 kcal pro Tag. In den letzten 100 Jahren haben sich die Lebensstile verändert und Frankenfield et al. zeigte, dass es etwa 5% genauer ist.

Diese Formeln basieren auf der Körpermasse, die den Unterschied in der Stoffwechselaktivität zwischen fettfreier Körpermasse und Körperfett nicht berücksichtigt . Es gibt andere Formeln, die die fettfreie Körpermasse berücksichtigen, von denen zwei die Katch-McArdle-Formel und die Cunningham-Formel sind.

Die Katch-McArdle-Formel (täglicher Ruheenergieverbrauch)

Die Katch-McArdle-Formel wird verwendet, um den täglichen Ruheenergieverbrauch (RDEE) vorherzusagen. Die Cunningham-Formel wird häufig zitiert, um RMR anstelle von BMR vorherzusagen; Die von Katch-McArdle und Cunningham bereitgestellten Formeln sind jedoch die gleichen.

wobei die fettfreie Körpermasse ( LBM in kg) ist:

wobei f der Körperfettanteil ist .

Wenn die Frau im Beispiel einen Körperfettanteil von 30 % hat, würde ihr täglicher Ruheenergieverbrauch (die Autoren verwenden die Begriffe Grund- und Ruhestoffwechsel synonym) laut dieser Formel 1262 kcal pro Tag betragen.

Ursachen individueller Unterschiede im BMR

Der Grundumsatz ist individuell unterschiedlich. Eine Studie mit 150 erwachsenen Vertretern der schottischen Bevölkerung berichtete über Grundumsatzraten von nur 1027 kcal pro Tag (4301 kJ/Tag) bis zu 2499 kcal/Tag (10455 kJ/Tag); mit einem mittleren BMR von 1500 kcal/Tag (6279 kJ/Tag). Statistisch berechneten die Forscher, dass 62,3% dieser Variation durch Unterschiede in der fettfreien Masse erklärt wurden . Andere Faktoren, die die Variation erklärten, waren Fettmasse (6,7%), Alter (1,7%) und experimenteller Fehler, einschließlich innerhalb des Probanden Unterschiede (2%). Der Rest der Variation (26,7%) war ungeklärt. Dieser verbleibende Unterschied wurde weder durch das Geschlecht noch durch die unterschiedliche Gewebegröße von hochenergetischen Organen wie dem Gehirn erklärt.

Beim Vergleich von Probanden mit gleicher fettfreier Körpermasse wurden Unterschiede im BMR beobachtet . In einer Studie, in der Personen mit der gleichen fettfreien Körpermasse verglichen werden, sind die oberen 5 % der BMRs das 1,28- bis 1,32-fache der niedrigsten 5 % BMR. Darüber hinaus berichtet diese Studie über einen Fall, bei dem zwei Personen mit der gleichen fettfreien Körpermasse von 43 kg BMRs von 1075 kcal/Tag (4,5 MJ/Tag) und 1790 kcal/Tag (7,5 MJ/Tag) aufwiesen. Dieser Unterschied von 715 kcal/Tag (67 %) entspricht einer Person, die täglich einen 10-Kilometer-Lauf absolviert. Diese Studie berücksichtigte jedoch nicht das Geschlecht, die Größe, den Nüchternzustand oder den Körperfettanteil der Probanden.

Biochemie

Aufschlüsselung des Energieverbrauchs
Leber 27%
Gehirn 19%
Skelettmuskulatur 18%
Nieren 10%
Herz 7%
Andere Organe 19%
Postprandiale Thermogenese- Erhöhungen des Grundumsatzes treten je nach Zusammensetzung der verzehrten Nahrung unterschiedlich stark auf.

Etwa 70 % des gesamten Energieverbrauchs eines Menschen sind auf die basalen Lebensprozesse in den Organen des Körpers zurückzuführen (siehe Tabelle). Etwa 20 % des Energieverbrauchs stammen aus körperlicher Aktivität und weitere 10 % aus der Thermogenese oder Verdauung von Nahrung ( postprandiale Thermogenese ). Alle diese Prozesse erfordern eine Aufnahme von Sauerstoff zusammen mit Coenzymen, um Energie zum Überleben bereitzustellen (normalerweise aus Makronährstoffen wie Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen) und Kohlendioxid aufgrund der Verarbeitung durch den Krebs-Zyklus auszustoßen .

Beim BMR wird die meiste Energie für die Aufrechterhaltung des Flüssigkeitsspiegels im Gewebe durch Osmoregulation verbraucht , und nur etwa ein Zehntel wird für mechanische Arbeit wie Verdauung, Herzschlag und Atmung verbraucht .

Was es dem Krebs-Zyklus ermöglicht, metabolische Veränderungen an Fetten, Kohlenhydraten und Proteinen vorzunehmen, ist Energie, die als die Fähigkeit oder Fähigkeit zur Verrichtung von Arbeit definiert werden kann. Der Abbau großer Moleküle in kleinere Moleküle – verbunden mit der Freisetzung von Energie – ist Katabolismus. Der Aufbauprozess wird als Anabolismus bezeichnet. Der Abbau von Proteinen in Aminosäuren ist ein Beispiel für Katabolismus, während die Bildung von Proteinen aus Aminosäuren ein anaboler Prozess ist.

Exergonische Reaktionen sind energiefreisetzende Reaktionen und im Allgemeinen katabol. Endergonische Reaktionen erfordern Energie und umfassen anabole Reaktionen und die Kontraktion von Muskeln. Der Stoffwechsel ist die Summe aller katabolen, exergonischen, anabolen, endergonischen Reaktionen.

Adenosintriphosphat (ATP) ist das Zwischenmolekül, das die exergonische Energieübertragung antreibt, um auf endergonische anabole Reaktionen umzuschalten, die bei der Muskelkontraktion verwendet werden. Dies führt dazu, dass Muskeln arbeiten, die einen Abbau erfordern können, und auch in der Ruhephase, die während der mit der Muskelkontraktion verbundenen Kräftigungsphase auftritt, aufgebaut werden. ATP besteht aus Adenin, einer stickstoffhaltigen Base, Ribose, einem Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen (zusammen Adenosin genannt) und drei Phosphatgruppen. ATP ist ein hochenergetisches Molekül, da es große Energiemengen in den chemischen Bindungen der beiden endständigen Phosphatgruppen speichert. Das Aufbrechen dieser chemischen Bindungen im Krebs-Zyklus liefert die Energie, die für die Muskelkontraktion benötigt wird.

Glucose

Da das Verhältnis von Wasserstoff- zu Sauerstoffatomen in allen Kohlenhydraten immer das gleiche ist wie in Wasser – also 2 zu 1 – wird der gesamte von den Zellen verbrauchte Sauerstoff verwendet, um den Kohlenstoff im Kohlenhydratmolekül zu Kohlendioxid zu oxidieren. Folglich werden bei der vollständigen Oxidation eines Glucosemoleküls sechs Moleküle Kohlendioxid und sechs Moleküle Wasser produziert und sechs Moleküle Sauerstoff verbraucht.

Die Gesamtgleichung für diese Reaktion lautet

(30–32 ATP-Moleküle, die je nach Art des Mitochondrien-Shuttles produziert werden, 5–5.33 ATP-Moleküle pro Sauerstoffmolekül.)

Da der Gasaustausch bei dieser Reaktion gleich ist, beträgt der respiratorische Quotient (RQ) für Kohlenhydrate eins oder 1,0:

Fette

Die chemische Zusammensetzung von Fetten unterscheidet sich von der von Kohlenhydraten dadurch, dass Fette im Verhältnis zu Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen deutlich weniger Sauerstoffatome enthalten. Wenn auf Nährwertangaben Tabellen aufgeführt, Fette werden in der Regel in sechs Kategorien eingeteilt: Gesamt Fette, gesättigte Fettsäure , mehrfach ungesättigte Fettsäure , einfach ungesättigte Fettsäure , Nahrungscholesterin und trans - Fettsäuren . Aus Sicht des Grund- oder Ruhestoffwechsels wird mehr Energie benötigt, um eine gesättigte Fettsäure zu verbrennen als eine ungesättigte Fettsäure. Das Fettsäuremolekül wird nach der Anzahl der Kohlenstoffatome in seiner Molekülstruktur aufgespalten und kategorisiert. Die chemische Gleichung für den Stoffwechsel der zwölf bis sechzehn Kohlenstoffatome in einem gesättigten Fettsäuremolekül zeigt den Unterschied zwischen dem Stoffwechsel von Kohlenhydraten und Fettsäuren. Palmitinsäure ist ein häufig untersuchtes Beispiel für das gesättigte Fettsäuremolekül.

Die Gesamtgleichung für die Substratausnutzung von Palmitinsäure lautet

(106 produzierte ATP-Moleküle, 4,61 ATP-Moleküle pro Sauerstoffmolekül.)

Somit beträgt der RQ für Palmitinsäure 0,696:

Proteine

Proteine ​​bestehen aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff, die auf verschiedene Weise angeordnet sind, um eine große Kombination von Aminosäuren zu bilden . Im Gegensatz zu Fett hat der Körper keine Einlagerungen von Proteinen. All dies ist im Körper als wichtige Teile von Geweben, Bluthormonen und Enzymen enthalten. Die strukturellen Bestandteile des Körpers, die diese Aminosäuren enthalten, unterliegen einem ständigen Abbau- und Austauschprozess. Der respiratorische Quotient für den Proteinstoffwechsel kann durch die chemische Gleichung für die Oxidation von Albumin gezeigt werden:

Der RQ für Albumin beträgt 0,818:

Der Grund, warum dies für das Verständnis des Proteinstoffwechsels wichtig ist, ist, dass der Körper die drei Makronährstoffe mischen kann und basierend auf der mitochondrialen Dichte ein bevorzugtes Verhältnis festgelegt werden kann, das bestimmt, wie viel Kraftstoff in welchen Paketen für die von den Muskeln geleistete Arbeit verwendet wird . Es wurde geschätzt, dass der Proteinkatabolismus (Abbau) 10 bis 15 % des Gesamtenergiebedarfs während einer zweistündigen aeroben Trainingseinheit liefert. Dieser Prozess könnte die Proteinstrukturen, die zur Aufrechterhaltung des Überlebens erforderlich sind, wie die kontraktilen Eigenschaften von Proteinen im Herzen, zelluläre Mitochondrien, Myoglobinspeicher und metabolische Enzyme in den Muskeln, stark abbauen.

Das oxidative System (aerob) ist die primäre ATP-Quelle, die dem Körper in Ruhe und bei Aktivitäten mit geringer Intensität zugeführt wird, und verwendet hauptsächlich Kohlenhydrate und Fette als Substrate. Protein wird normalerweise nicht signifikant verstoffwechselt, außer bei Langzeithunger und langen Trainingseinheiten (länger als 90 Minuten). Im Ruhezustand werden etwa 70 % des produzierten ATP aus Fetten und 30 % aus Kohlenhydraten gewonnen. Nach dem Einsetzen der Aktivität kommt es mit zunehmender Intensität des Trainings zu einer Verschiebung der Substratpräferenz von Fetten zu Kohlenhydraten. Bei hochintensiven Aerobic-Übungen wird fast 100 % der Energie aus Kohlenhydraten gewonnen, wenn eine ausreichende Versorgung vorhanden ist.

Aerobes vs. anaerobes Training

1992 und 1997 veröffentlichte Studien zeigen, dass das Niveau der aeroben Fitness einer Person nicht mit dem Niveau des Ruhestoffwechsels korreliert. Beide Studien stellen fest, dass aerobe Fitnessniveaus die Vorhersagekraft der fettfreien Masse für den Ruheumsatz nicht verbessern.

Jüngste Untersuchungen des Journal of Applied Physiology , die 2012 veröffentlicht wurden, verglichen jedoch Krafttraining und aerobes Training auf Körpermasse und Fettmasse bei übergewichtigen Erwachsenen (STRRIDE AT/RT). Wenn Sie Zeitaufwand gegen gesundheitliche Vorteile in Betracht ziehen, ist Aerobic-Training die optimale Trainingsmethode zur Reduzierung von Fettmasse und Körpermasse als primäre Überlegung, Widerstandstraining ist als sekundärer Faktor gut, wenn Alterung und fettfreie Masse eine Rolle spielen. Krafttraining verursacht viel häufiger Verletzungen als aerobes Training. Im Vergleich zum Krafttraining zeigte sich, dass aerobes Training zu einer deutlich stärkeren Reduzierung des Körpergewichts führte, indem das Herz-Kreislauf-System, welches der Hauptfaktor für die metabolische Verwertung von Fettsubstraten ist, verbessert wird. Widerstandstraining, wenn Zeit zur Verfügung steht, ist auch für den Stoffwechsel nach dem Training hilfreich, aber es ist ein zusätzlicher Faktor, da der Körper zwischen den Widerstandstrainingsepisoden ausreichend heilen muss, während der Körper dies beim aeroben Training jeden Tag akzeptieren kann. RMR und BMR sind Messungen des täglichen Kalorienverbrauchs. Die meisten Studien, die zu diesem Thema veröffentlicht wurden, beschäftigen sich mit aeroben Übungen wegen ihrer Wirksamkeit für die Gesundheit und das Gewichtsmanagement.

Anaerobe Übungen wie Gewichtheben bauen zusätzliche Muskelmasse auf. Muskeln tragen zur fettfreien Masse eines Individuums bei und daher erhöhen effektive Ergebnisse von anaeroben Übungen den BMR. Die tatsächliche Wirkung auf die BMR ist jedoch umstritten und schwer aufzuzählen. Verschiedene Studien deuten darauf hin, dass der Ruheumsatz des trainierten Muskels etwa 55 kJ/kg pro Tag beträgt. Selbst eine erhebliche Zunahme der Muskelmasse, sagen wir 5 kg, würde nur einen geringen Einfluss auf den BMR haben.

Langlebigkeit

Im Jahr 1926 schlug Raymond Pearl vor, dass die Langlebigkeit umgekehrt mit dem Grundumsatz variiert (die „Rate of Living-Hypothese“). Diese Hypothese wird durch die Tatsache gestützt, dass Säugetiere mit größerer Körpergröße eine längere maximale Lebensdauer haben (große Tiere haben einen höheren Gesamtumsatz, aber der Stoffwechsel auf zellulärer Ebene ist viel niedriger und die Atemfrequenz und der Herzschlag sind langsamer größere Tiere) und die Tatsache , dass die Langlebigkeit der Fruchtfliege invers mit der Umgebungs variiert Temperatur . Darüber hinaus kann die Lebensdauer von Stubenfliegen verlängert werden, indem körperliche Aktivität verhindert wird. Diese Theorie wurde durch mehrere neue Studien gestützt, die einen niedrigeren Grundumsatz mit einer erhöhten Lebenserwartung im gesamten Tierreich – einschließlich des Menschen – in Verbindung bringen. Kalorienrestriktion und reduzierte Schilddrüsenhormonspiegel, die beide die Stoffwechselrate verringern, wurden bei Tieren mit einer höheren Lebenserwartung in Verbindung gebracht.

Das Verhältnis des täglichen Gesamtenergieverbrauchs zur Stoffwechselrate im Ruhezustand kann jedoch je nach Säugetierart zwischen 1,6 und 8,0 schwanken . Tiere variieren auch im Grad der Kopplung zwischen oxidativer Phosphorylierung und ATP-Produktion , der Menge an gesättigtem Fett in mitochondrialen Membranen , der Menge der DNA-Reparatur und vielen anderen Faktoren, die die maximale Lebensdauer beeinflussen.

Langlebigkeit und Grundumsatz des Organismus

Bei der allometrischen Skalierung hängt die maximale potenzielle Lebensdauer (MPLS) direkt mit der Stoffwechselrate (MR) zusammen, wobei MR die Wiederaufladerate einer aus kovalenten Bindungen bestehenden Biomasse ist. Diese Biomasse (W) unterliegt im Laufe der Zeit einer Verschlechterung durch thermodynamischen, entropischen Druck. Stoffwechsel wird im Wesentlichen als Redoxkopplung verstanden und hat nichts mit Thermogenese zu tun. Die metabolische Effizienz (ME) wird dann als die Effizienz dieser Kopplung ausgedrückt, ein Verhältnis von Ampere , die von Biomasse eingefangen und verwendet werden, zu den dafür verfügbaren Ampere. MR wird in Watt gemessen, W wird in Gramm gemessen. Diese Faktoren werden in einem Potenzgesetz kombiniert, einer Ausarbeitung des Kleiberschen Gesetzes , das MR auf W und MPLS bezieht, das als MR = W^ (4ME-1)/4ME erscheint. Wenn ME 100 % beträgt, gilt MR = W^3/4; Dies ist im Volksmund als Viertelwertskalierung bekannt, eine Version der allometrischen Skalierung, die auf unrealistischen Schätzungen der biologischen Effizienz basiert.

Die Gleichung zeigt, dass, wenn ME unter 20% fällt, für W < ein Gramm MR/MPLS so dramatisch ansteigt, dass W eine virtuelle Unsterblichkeit von 16% verleiht. Je kleiner W zu Beginn ist, desto dramatischer ist der Anstieg des MR, wenn ME abnimmt. Alle Zellen eines Organismus passen in diesen Bereich, dh weniger als ein Gramm, und daher wird dieser MR als BMR bezeichnet.

Die Gleichung zeigt jedoch, dass sich der BMR bei einer ME-Steigerung von über 25 % gegen Null annähert. Die Gleichung zeigt auch, dass für alle W > ein Gramm, wobei W die Organisation aller BMRs der Struktur des Organismus ist, aber auch die Aktivität der Struktur umfasst, wenn ME über 25% ansteigt, MR/MPLS eher zu- als abnimmt , wie bei BMR. Ein MR, der aus einer Organisation von BMRs besteht, wird als FMR bezeichnet. Wenn ME unter 25 % sinkt, nimmt die FMR eher ab als zu, wie dies beim BMR der Fall ist.

Der Antagonismus zwischen FMR und BMR kennzeichnet den energetischen Alterungsprozess der Biomasse W. Der ME für den Organismus ist derselbe wie für die Zellen, so dass der Erfolg der Fähigkeit des Organismus, Nahrung zu finden (und seinen ME zu senken), der Schlüssel zur Aufrechterhaltung des BMR der Zellen ist, die ansonsten durch Hungern in die Nähe getrieben werden Null; während gleichzeitig ein niedrigerer ME die FMR/MPLS des Organismus verringert.

Medizinische Erwägungen

Der Stoffwechsel einer Person variiert mit ihrer körperlichen Verfassung und Aktivität. Krafttraining kann einen längeren Einfluss auf den Stoffwechsel haben als aerobes Training , aber es gibt keine bekannten mathematischen Formeln, die die Länge und Dauer eines erhöhten Stoffwechsels aufgrund von trophischen Veränderungen beim anabolen neuromuskulären Training genau vorhersagen können.

Eine Verringerung der Nahrungsaufnahme senkt typischerweise die Stoffwechselrate, da der Körper versucht, Energie zu sparen. Der Forscher Gary Foster schätzt, dass eine sehr kalorienarme Ernährung mit weniger als 800 Kalorien pro Tag den Stoffwechsel um mehr als 10 Prozent reduzieren würde.

Der Stoffwechsel kann durch einige Medikamente beeinflusst werden, wie z. B. Antithyreose-Mittel , Medikamente zur Behandlung von Hyperthyreose wie Propylthiouracil und Methimazol , die den Stoffwechsel auf den Normalwert senken und die Euthyreose wiederherstellen . Einige Forschungen haben sich auf die Entwicklung von Medikamenten gegen Fettleibigkeit konzentriert, um die Stoffwechselrate zu erhöhen, wie beispielsweise Medikamente zur Stimulierung der Thermogenese in der Skelettmuskulatur .

Die Stoffwechselrate kann bei Stress , Krankheit und Diabetes erhöht sein . Auch die Wechseljahre können den Stoffwechsel beeinflussen.

Auswirkungen auf das Herz-Kreislauf-System

Die Herzfrequenz wird durch die Medulla oblongata und einen Teil des Pons bestimmt , zwei Organe, die sich unterhalb des Hypothalamus am Hirnstamm befinden. Die Herzfrequenz ist wichtig für den Grundumsatz und den Ruheumsatz, da sie die Blutversorgung anregt und den Krebs-Zyklus stimuliert . Während des Trainings, das die anaerobe Schwelle erreicht, ist es möglich, Substrate zuzuführen, die für eine optimale Energieausnutzung erwünscht sind. Die anaerobe Schwelle ist definiert als der Energienutzungsgrad der Herzfrequenzbelastung, der ohne Sauerstoff während eines standardisierten Tests mit einem spezifischen Protokoll für die Genauigkeit der Messung auftritt, wie dem Bruce Treadmill-Protokoll (siehe metabolisches Äquivalent der Aufgabe ). Mit vier bis sechs Wochen gezieltem Training können sich die Körpersysteme an eine höhere Perfusion der mitochondrialen Dichte anpassen, um eine erhöhte Sauerstoffverfügbarkeit für den Krebs-Zyklus oder Tricarboxyl-Zyklus oder den glykolytischen Zyklus zu erreichen. Dies führt wiederum zu einer niedrigeren Ruheherzfrequenz, einem niedrigeren Blutdruck und einem erhöhten Ruhe- oder Grundumsatz.

Durch die Messung der Herzfrequenz können wir dann abschätzen, welcher Grad der Substratverwertung tatsächlich den biochemischen Stoffwechsel in unserem Körper in Ruhe oder bei Aktivität verursacht. Dies wiederum kann einer Person helfen, ein angemessenes Konsum- und Nutzungsniveau aufrechtzuerhalten, indem eine grafische Darstellung der anaeroben Schwelle untersucht wird. Dies kann durch Bluttests und Gasanalysen unter Verwendung entweder direkter oder indirekter Kalorimetrie bestätigt werden, um den Effekt der Substratverwertung zu zeigen. Die Messungen des Grundumsatzes und des Ruheumsatzes werden zu wesentlichen Instrumenten zur Aufrechterhaltung eines gesunden Körpergewichts.

Siehe auch

Verweise

Weiterlesen

Externe Links