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1. Definitionen der Begriffe
a) Respiratorischer Quotient (RQ): Der Respiratorische Quotient ist das Verhältnis von abgegebener \(CO_2\) Menge zu aufgenommener \(O_2\) Menge bei der Atmung. Seine Dimension ist dimensionslos, da es sich um ein Verhältnis handelt. Der Wert des RQ gibt Aufschluss über die Art des verstoffwechselten Substrats; für Kohlenhydrate liegt der RQ bei etwa 1,0, für Fette bei etwa 0,7 und für Proteine um 0,8.
b) Kalorisches Äquivalent: Das kalorische Äquivalent gibt an, wie viel Energie (in Kilokalorien oder Kilojoule) pro Liter verbrauchten Sauerstoffs bei der Verstoffwechselung bestimmter Nährstoffe freigesetzt wird. Die Einheit des kalorischen Äquivalents ist dementsprechend kcal/L \(O_2\) oder kJ/L \(O_2\). Dieser Wert zeigt, wie effizient ein Nährstoff in Energie umgewandelt werden kann.
c) Brennwert: Der Brennwert (oder Kaloriengehalt) ist die Energiemenge, die beim vollständigen Verbrennen einer bestimmten Menge eines Nährstoffs (zum Beispiel 1g Kohlenhydrate, Fette oder Proteine) freigesetzt wird. Seine Einheit ist kcal/g oder kJ/g. Der Brennwert zeigt, wie energiereich ein Nährstoff ist.
2.a) Brennwerte von Glucose und Tripalmitin
Der Brennwert für Glucose (ein Kohlenhydrat) beträgt etwa 4 kcal/g (bzw. 17 kJ/g), während der Brennwert für Tripalmitin (ein Fett) etwa 9 kcal/g (bzw. 38 kJ/g) beträgt. Fette haben also einen mehr als doppelt so hohen Brennwert wie Kohlenhydrate.
b) Fettvorrat bei Winterschläfern
Winterschläfer wie der Igel lagern Fett anstatt Stärke, weil Fett den höheren Brennwert hat und somit eine effizientere Energiequelle für lange Zeiträume ohne Nahrungsaufnahme ist. Fett bietet mehr Energie pro Gewichtseinheit, was für Tiere im Winterschlaf essentiell ist, um ihren Energiebedarf mit begrenzten Reserven decken zu können.
Schritte 3:
a) Kalorisches Äquivalent für Glucose und für Tripalmitin
Das kalorische Äquivalent hängt von der Art des Nährstoffs ab. Für Glucose liegt es etwa bei 5,05 kcal/L \(O_2\) oder 21,1 kJ/L \(O_2\), da Kohlenhydrate effizient in Energie umgewandelt werden können. Für Fette wie Tripalmitin ist das kalorische Äquivalent höher, etwa 4,69 kcal/L \(O_2\) oder 19,6 kJ/L \(O_2\), was bedeutet, dass trotz des höheren Brennwerts mehr Sauerstoff für die Umwandlung in Energie benötigt wird.
b) Fettverbrennung und Herzschlagfrequenz
Bei mäßiger Belastung nutzt der Körper vorrangig Fette als Energiequelle. Wird der Pulsschlag zu hoch (über 140 Schläge pro Minute), wechselt der Körper zu Kohlenhydraten als primärer Energiequelle, da diese schneller Energie liefern können. Dieser Wechsel bedeutet, dass bei zu hoher Belastung weniger Fett verbrannt wird, was das Abnehmen durch Sport hemmen kann. Es ist daher wichtig, die richtige Intensität zu wählen, um die Fettverbrennung zu optimieren.
Schritt 4: RQ und kalorisches Äquivalent bei Mischkost
Die Beziehung zwischen RQ und dem kalorischen Äquivalent bei Mischkost zeigt, dass eine höhere Abhängigkeit von Kohlenhydraten (höherer RQ) einen geringeren Sauerstoffbedarf für die Energiegewinnung bedeutet, da Kohlenhydrate effizienter als Fette umgewandelt werden können. Nordamerikaner haben möglicherweise einen höheren RQ als Mitteleuropäer, weil ihre Ernährung tendenziell kohlenhydratreicher sein könnte. Dies könnte auf Unterschiede in den Ernährungsgewohnheiten, wie einen höheren Konsum an Fast Food und verarbeiteten Lebensmitteln, zurückzuführen sein. Eine höhere Zufuhr an Kohlenhydraten führt zu einem höheren RQ, da mehr Kohlenhydrate zur Energiegewinnung verbrannt werden.
