3.4   Ätiologische Faktoren, die zu einem verminderten Energieverbrauch führen

 Eine positive Energiebilanz, die als ätiologischer Faktor für die Adipositas angesehen wird, kann neben einer erhöhten Energiezufuhr auch durch einen verminderten Energieverbrauch zustande kommen.

Der Energieverbrauch besteht aus den drei Komponenten Grundumsatz, Thermogenese und körperliche Aktivität. Diese einzelnen Komponenten und auch der Gesamtenergieverbrauch werden in der empirischen Forschung bezüglich ihrer Relevanz zur Adipositasätiologie untersucht.

In diesem Kapitel werden erst die Energieverbrauchskomponenten Grundumsatz, Thermogenese und körperliche Aktivität vorgestellt, dann kurz die Methoden ihrer Erfassung beschrieben und schließlich ihr Beitrag an der Entstehung der Adipositas dargestellt.

3.4.1  Grundumsatz, Thermogenese und körperliche Aktivität und Methoden ihrer Erfassung

Der Grundumsatz ist der Energieverbrauch nach nächtlichem Fasten im Zustand der völligen körperlichen Ruhe bei angenehmer Umgebungstemperatur. Er deckt den Energiebedarf, der zur Funktionserhaltung des Körpers notwendig ist. Der Grundumsatz hat mit 55 - 70 % den größten Anteil am Gesamtenergieverbrauch (Wirth, 1997).

In der Literatur taucht häufig an Stelle des Grundumsatzes der Ruheumsatz auf. Der Unterschied zwischen diesen beiden Komponenten besteht darin, daß beim Ruheumsatz im Gegensatz zum Grundumsatz kein Anspruch auf basale Untersuchungsbedingungen gestellt wird. Aus diesem Grund wird häufig in der Forschung der Ruheumsatz erhoben. Insbesondere in der amerikanischen Literatur wird der Ruheumsatz verwendet, der dort als Resting Metabolic Rate bezeichnet und mit RMR abgekürzt wird. Die Basal Metabolic Rate (BMR) entspricht dem Grundumsatz. Der Energieverbrauch während des Schlafes (Sleeping Metabolic Rate, SMR) hat einen 5 % geringeren Anteil am Gesamtenergieverbrauch als der Grundumsatz (Ravussin & Swinburn, 1993).

Der Grundumsatz wird im wesentlichen vom Alter, Geschlecht und der fettfreien Körpermasse bestimmt. Mit ansteigendem Alter geht der Grundumsatz zurück, nämlich ab dem 2. Lebensjahrzehnt bis zum 7. Lebensjahrzehnt pro Dekade um etwa 1 - 2 % (Keys, Taylor & Grande, 1987). Ferraro et al. (1992, zitiert nach Ravussin & Swinburn, 1993) stellten einen niedrigeren Ruheumsatz bei Frauen fest. Es zeigte sich ein Unterschied zwischen den Geschlechtern von 100 kcal pro Tag unabhängig von der fettfreien Masse, Fettmasse und Alter. Diese Unterschiede werden von Ferraro et al. (1992, zitiert nach Ravussin & Swinburn, 1993) auf die unterschiedliche Wirkung der Geschlechtshormone auf den Ruheumsatz erklärt.

Bogardus et al. (1986, zitiert nach Ravussin & Swinburn, 1993) konnten in einer Untersuchung zeigen, daß der Ruheumsatz am besten mit der fettfreien Körpermasse korreliert. So läßt sich der bei Adipösen anzutreffende höhere Grundumsatz durch deren vermehrte Muskelmasse erklären. Bei 10 kg Gewichtszunahme sind 3 - 4 kg einer vermehrten Muskelmasse zuzuschreiben.

Fettfreie Masse, Fettmasse, Alter und Geschlecht sind die Hauptdeterminanten des Ruheumsatzes und erklären 80 % seiner Varianz (Ravussin, Lillioja, Anderson, Christin & Bogardus, 1986). Nach Bogardus et al. (1986, zitiert nach Ravussin & Swinburn, 1993) wird die restliche Varianz durch genetische Anteile bestimmt. Auch in Zwillingsstudien von Bouchard et al. (1989, zitiert nach Ravussin & Swinburn, 1993) zeigte sich eine genetische Determinierung des Ruheumsatzes. Die Werte für den Ruheumsatz von monozygotischen Zwillingen waren sich ähnlicher als die von dizygotischen Zwillingen, was für eine genetische Determinierung dieser Komponente des Energieverbrauchs spricht.

Weitere Faktoren, die den Grundumsatz beeinflussen sind Schilddrüsenfunktion, Alkohol und Nikotin. Eine Überfunktion der Schilddrüse führt zu einem Anstieg des Ruheumsatzes (Acheson, Jequier, Burger & Danforth, 1984). Chronischer Alkoholkonsum erhöht den Energieverbrauch. Die tägliche Gabe von 300 g Alkohol (ca. 2000 kcal) führte bei Alkoholikern zu einer leichten Gewichtsabnahme (Lieber, 1988). Der Effekt von Rauchen auf den Energieverbrauch wird deutlich, wenn starke Raucher das Rauchen aufgeben: Fast immer erfolgt dann eine Gewichtszunahme (Wack & Rodin, 1982). Hofstetter, Schutz, Jequier und Wahren (1986) stellten bei 24 Zigaretten täglich einen Anstieg von 215 kcal im Gesamtenergieverbrauch fest.

Für grobe Schätzungen des Grundumsatzes kann die Harris-Bededict-Formel von 1919 herangezogen werden:

für Frauen:

REE = 655.096 + 1.850 x (Größe) + 9.563 (Gewicht) - 4.676 x (Alter)

für Männer:

REE = 66.437 + 5.003 x (Größe) + 13.752 x (Gewicht) - 6.755 x (Alter)

Der thermische Effekt der Nahrung macht den größten Anteil der Thermogenese aus und beträgt etwa 10 % des täglichen Energieverbrauchs (Wirth, 1997). Die diätinduzierte Thermogenese (DIT) beschreibt die Erhöhung des Energieverbrauchs über dem Grundumsatz, die circa 6 Stunden nach Nahrungsaufnahme auftritt. Dieser Anstieg des Energieverbrauchs hängt mit erhöhtem Sauerstoffverbrauch, erhöhter Herzrate und Erhöhung des Schlagvolumes nach der Nahrungsaufnahme zusammen (postprandiale Aktivität). Die DIT wurde früher als spezifisch-dynamische Wirkung der Nahrung bezeichnet.

Es wird zwischen einer obligatorischen und einer fakultativen Thermogenese unterschieden. Die obligatorische Thermogenese umfaßt den Energieverbrauch für Verdauung und Verstoffwechselung der Nahrung. Die fakultative Thermogenese beinhaltet die Wärmebildung, die durch die Stimulation von Substratzyklen und des sympathischen Nervensystems hervorgerufen wird (Ravussin & Swinburn, 1993).

Die DIT wird durch das Ausmaß der Nahrung, vom Ernährungsmuster und von der Nahrungszusammensetzung beeinflußt.

Die nahrungsinduzierte Wärmebildung ist umso höher, je mehr Nahrung aufgenommen wird.

Weiterhin kann die DIT um 100 % höher sein, wenn anstatt einer einzigen hochkalorischen Mahlzeit vier kleinere Mahlzeiten aufgenommen werden (LeBlanc, 1988). Die Ursache hierfür wird neben einer erhöhten postprandialen Aktivität auch durch die vermehrten sensorischen Stimuli (Sehen, Riechen und Schmecken der Nahrung) gesehen, die vor der Nahrungsaufnahme auftreten.

Das Ausmaß und die Dauer der DIT hängen von den einzelnen Makronährstoffen ab. Am besten untersucht ist die thermogenetische Wirkung der Hauptnährstoffe Kohlenhydrate, Fett und Eiweiß. Nur 2 - 3 % des Fetts und 5 - 8 % der Kohlenhydrate, aber 30 - 40 % des Eiweißes wird bei der Oxidation in Wärme umgewandelt (Wirth, 1997).

Jede körperliche Anstrengung bedeutet zusätzlichen Energieverbrauch. Bei dieser Komponente des Energieverbrauchs sind große Variationen möglich, und so zeigen sich hier die größten individuellen Unterschiede. Bei Personen mit geringer Aktivität in Beruf und Freizeit beträgt der Anteil am Gesamtenergieverbrauch etwa 15 - 25 % (Wirth, 1997). Ravussin (1995) schätzt diesen Anteil mit 20 - 30 % etwas höher ein.

Bei der körperlichen Aktivität wird zwischen Spontanaktiviät und fakultativer Aktivität unterschieden. Unter Spontanaktivität versteht man die kleinen (nervösen) Körperbewegungen, die auch im Sitzen feststellbar sind. Die fakultative Aktivität umfasst die Körperbewegungen, die intentional bedingt sind und deshalb auch die größte Variation aufweisen.

Meßtechnisch konnte erst mit der Einführung der Methode des doppelt markierten Wassers der Energieverbrauch außerhalb des Labors erfaßt werden. Aus diesem Grund wurde diese Komponente des Energieverbrauchs früher etwas niedriger eingeschätzt, da man den Energieverbrauch durch Muskelarbeit unter ambulanten Bedingungen nicht exakt erfassen konnte. Tabelle 2 zeigt den Energieverbrauch für verschiedene Tätigkeiten und macht deutlich, daß hier große indidviduelle Unterschiede möglich sind.

Tab. 2:  Beispiel des Energieverbrauchs eines 70 kg schweren Mannes bei

variierender Tätigkeit (nach Cooper, 1986, S. 96).

Die Methode der direkten Kalorimetrie ist die umfassendste Methode zur Bestimmung des Energieverbrauchs, indem sie die abgegebene Wärme erfaßt. Sie basiert auf der Tatsache, daß in körperlicher Ruhe und bei ausgeglichener Energiebilanz sämtliche Energie in Wärme umgewandelt und an die Umgebung abgegeben wird. Diese Methode ist sehr aufwendig und teuer und kann nur in Speziallabors durchgeführt werden. Ein Problem dieses Verfahrens liegt darin, daß keine Rückschlüsse auf die Herkunft des Energieverbrauchs möglich sind. Die direkte Kalorimetrie wird häufig zur Validierung der indirekten Methoden benutzt (Ravussin & Swinburn, 1993).

Häufiger eingesetzt wird die indirekte Kalorimetrie. Sie mißt die O₂-Aufnahme und die CO₂-Abgabe. Die aufgenommene Sauerstoffmenge gilt als Maß für den Energieverbrauch (1 l O₂ entspricht 4,83 kcal). Die Wärmeabgabe wird indirekt über den Gasaustausch ermittelt.

Es wird bei der indirekten Kalorimetrie zwischen offenen und geschlossenen Systemen unterschieden. Bei einem geschlossenen System wird Luft aus einem Reservoir inhaliert und dorthin auch wieder abgegeben (Bsp: Spirometer). Die offenen Systeme werden heutzutage ausschließlich benutzt und sind dadurch gekennzeichnet, daß die Einatmungsluft von der Ausatmungsluft getrennt wird. Die Kollektion der Ausatmungsluft kann unterschiedlich erfolgen.

Beispiele für indirekte Methoden sind der Douglas-Sack, die belüftete Haube und die Ganzkörperrespirationskammer.

Der Grundumsatz wird häufig mit den offenen Systemen der indirekten Kalorimetrie erfaßt. Die diätinduzierte Thermogenese wird über die indirekte Kalorimetrie nach Gabe einer standardisierten Kalorienzufuhr gemessen.

Mit der respiratorischen Kammer lassen sich SMR, Energieverbrauch in den Halbwachphasen ("arousals"), DIT, Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität, Spontanaktivität und Gesamtenergieverbrauch ermitteln (Wirth, 1997). Respiratorische Kammern sind vollständig eingerichtete Räume, in denen Probanden einige Tage und Nächte leben können. Jede Minute werden ca. 100 Liter Luft in die Kammer gepresst, wodurch ein leichter Überdruck verursacht wird. An genau definierten Stellen in der Kammer tritt wiederum Luft aus, die auf den Sauerstoff- und Kohlendioxydgehalt hin genau analysiert wird. Auf der Basis dieser Messungen werden Aussagen zum Energieverbrauch getroffen.

Mit den bisher dargestellten Methoden lassen sich Verhaltensaktivitäten eher schlecht erfassen. Aus diesem Grund wurden Methoden entwickelt, um den Energieverbrauch in natürlicher Umgebung zu erheben. Eine Vorgehensweise ist die Messung der Herzrate, um von ihr auf den Energieverbrauch zu schließen. Eine andere Methode ist, die benötigte Nahrungszufuhr für Gewichtskonstanz zu registrieren (Ravussin & Swinburn, 1993).

Eine weitere Feldmethode ist die des doppelt markierten Wassers. Der Vorteil dieser Methode liegt darin, daß der Energieverbrauch über mehrere Wochen gemessen werden kann. Sie bringt die beste Messung der körperlichen Aktivität. Die Technik basiert auf der unterschiedlichen Eliminierung von Deuterium und 18-Wasserstoff, welches dem Proband über ein Getränk verabreicht wird. Die Verschwindungsraten ergeben ein Maß für den Umsatz von Wasser und Kohlendioxid. Die CO₂-Produktion kann aus der Differenz dieser Meßgrößen errechnet werden. Der Gesamtenergieverbrauch kann dann mittels der indirekten Kalorimetrie und dem geschätzten Respiratorischen Quotienten berechnet werden (Wirth, 1997).

Da sich im Zustand der Gewichtskonstanz Energieverbrauch und Energieaufnahme die Waage halten, konnte überzeugend nachgewiesen werden, daß Adipöse 30 - 50 % zu wenig Nahrungsenergie angeben ("under-reporting") und ca. 50 % zuviel an körperlichem Energieverbrauch (Lichtman et al., 1992, zitiert nach Ravussin & Swinburn, 1993). Aus diesem Grund, müssen Selbstangaben adipöser Personen hinterfragt werden.