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Ausblick

Energieumsatz im Sport

Grundumsatz

Joachim Herz Stiftung
Abb. 1 Als Grundumsatz wird die Energiemenge bezeichnet, die ein Mensch für die Aufrechterhaltung seiner Körperfunktionen benötigt.

Der Grundumsatz ist die Energie E1, die ein Mensch in Ruhe für die Aufrechterhaltung der lebenswichtigen Körperfunktionen (Atmung, Herzschlag, usw.) pro Tag benötigt. Diese Energie wird schließlich als Wärme an die Umgebung abgegeben.

Der Grundumsatz ist vor allem abhängig von Geschlecht, Alter, Größe, Gewicht, und Muskelmasse. Faustregel für den Grundumsatz:

Für einen Erwachsenen beträgt der Grundumsatz im Durchschnitt \(1 \mathrm{kcal}\) (Kilokalorie) pro \(\mathrm{kg}\) Körpergewicht und Stunde.

Hinweise

  • \(1{,}00 \, \mathrm{kcal} = 4{,}19 \, \mathrm{kJ}\)

  • Genauere Betrachtungen zeigen, dass der Grundumsatz von folgenden Größen abhängt:

    • Gewicht und Körpergröße (Grundumsatz steigt mit Gewicht und Körpergröße an)

    • Geschlecht (Männer haben einen etwas höheren Grundumsatz als Frauen)

    • Alter (mit zunehmendem Alter nimmt der Grundumsatz ab)

    • Zusammensetzung des Körpers (je mehr Muskeln, desto höher der Grundumsatz)

Aufgabe
Aufgabe

Berechne mit Hilfe der Faustregel den Grundumsatz \(E_1\) einer "Normperson" mit der Masse \(70 \, \mathrm{kg \, in \, MJ}\).

Berechne weiter, welche Leistung dem Grundumsatz bei der "Normperson" zuzuordnen ist.

Lösung

Eine \(70 \, \rm{kg}\) schwere Person benötigt in einer Stunde die chemische Energie \(70 \, \rm{kcal}\) und damit an einem Tag die chemische Energie:

\[E_1 = 70·24 \, \rm{kcal} = 1{,}7·103 \, \rm{kcal}\]

Umrechnung in \(\rm{MJ:} \; E_1 = 1{,}7·103 kcal = 1{,}7·103·4{,}19 kJ = 7{,}1 \rm{MJ}\). Der Grundumsatz eines Menschen mit \(70 \, \rm{kg}\) beträgt etwa \(7 \, \rm{MJ}\).

Für den Zusammenhang zwischen Energie und Leistung gilt:

\[P = \frac{{\Delta E}}{{\Delta t}} \Rightarrow P = \frac{{7,1 \cdot {{10}^6}\, \rm{J}}}{{24 \cdot 3600 \, \rm{s}}} = 82 \, \rm{W}\]

Arbeitsumsatz

Joachim Herz Stiftung
Abb. 2 Sobald Mensch sich bewegt steigt der Energiebedarf, zusätzlich zum Grundumsatz, an.

Führt ein Mensch eine körperliche Tätigkeit aus, so braucht er chemische Energie zur Deckung des Grundumsatzes \(E_1\) und zusätzlich chemische Energie \(E_2\) (Arbeitsumsatz) für seine körperliche Aktivität.

Stark vergröbernd kann man davon ausgehen, dass etwa ein Drittel des Arbeitsumsatzes durch die Muskeln in mechanische Arbeit und zwei Drittel des Arbeitsumsatzes in Wärme gewandelt werden.

PAL-Werte

Es ist einleuchtend, dass der Arbeitsumsatz stark von der Art der ausgeführten Tätigkeit abhängt. Der PAL-Wert (engl.: physical activity level) für eine Tätigkeit gibt an, mit welchem Faktor man den Grundumsatz multiplizieren muss, damit man die gesamte chemische Energie (\(E_1 + E_2\)) bekommt, die ein Mensch für die Ausführung einer bestimmten Tätigkeit benötigt.

 

 

Art der Tätigkeit PAL-Wert
Rein sitzende oder liegende Lebensweise (z.B. bei Krankheit oder in hohem Alter) \(1,2\)
Schreibtischarbeit, Bildschirmarbeit \(1,4 - 1,5\)
Kraftfahrer, Fließbandarbeiter \(1,6 - 1,7\)
Vorwiegend gehende und stehende Tätigkeiten (z.B. Hausfrauen, Verkäufer, Handwerker, Mechaniker) \(1,8 - 1,9\)
Körperlich anstrengende Tätigkeiten (z.B. Bauarbeiten, Leistungssport, Arbeit in der Land- und Forstwirtschaft) \(2,0 - 2,4\)

 

Hinweis

Die PAL-Werte lassen sich auch auf die entsprechenden Leistungen übertragen. In der Tabelle ist für verschiedene Tätigkeiten (insbesondere sportliche Aktivitäten) angegeben, welche "chemische Leistung" der menschliche Organismus pro Kilogramm Körpergewicht aufbringen muss.

Art der Tätigkeit Auf die Masse bezogene Leistung in \(\rm \frac{W}{kg}\)
Schlafen \(1,15\)
Ruhig sitzen \(1,54\)
Handarbeit (z.B. Nähen) \(1,92\)
An- und ausziehen \(2,05\)
Singen \(2,18\)
Abwaschen, Bügeln \(2,43\)
Leichte Freiübungen \(3,20\)
Radfahren (\(v = 13 \rm \frac{km}{h}\)) \(3,25\)
Spazieren gehen (\(v = 4{,}5 \rm \frac{km}{h}\)) \(3,84\)
Radfahren (\(v = 20 \rm \frac{km}{h}\)) \(4,44\)
Treppen abwärts gehen \(5,77\)
Tennis, Schwimmen \(8,33\)
Schnell laufen (\(v = 8{,}8 \rm  \frac{km}{h}\)) \(9,61\)
Sehr schnell laufen (\(v = 12,6 \rm \frac{km}{h}\)) \(16,02\)
Treppen aufwärts steigen \(17,94\)
Aufgabe
Aufgabe

Berechne mit Hilfe der Tabelle den PAL-Wert für das Treppensteigen einer Person mit 70 kg.

Lösung

ne Person mit 70 kg leistet beim Treppensteigen nach den Angaben der Tabelle 70·17,94 W = 1,3 kW

Nach Aufgabe 1 beträgt die Leistung beim Grundumsatz einer Person mit 70 kg etwa 82 W. Somit ergibt sich für den PAL-Wert beim Treppensteigen

\[\frac{{1,3 \cdot {{10}^3}}}{{82}} \approx 16\]

Unter dem Stichwort "kalorienrechner Sport" findet man Onlinerechner, die für alle Sportarten und die Dauer der Ausübung die verbrauchten Kalorien berechnen.

Deckung des Kalorienbedarfs

  kcal pro Gramm kJ pro Gramm
Fette \(9\) \(37\)
Kohlehydrate \(4\) \(17\)
Eiweiße \(4\) \(17\)

 

Die chemische Energie, welche wir für den Grundumsatz und unsere körperlichen Aktivitäten benötigen, wird durch unsere Nahrungsmittel bereitgestellt. Die wichtigsten Inhaltsstoffe unserer Nahrung sind in der Tabelle angegeben.

Es wird empfohlen, dass unsere Ernährung zu ca. 55% - 60% aus Kohlehydraten, 25% - 30% aus Fett und etwa 10% - 15% aus Eiweiß besteht. Daneben sollte unsere Nahrung noch ausreichend sogenannte Vitalstoffe (Vitamine, Mineralstoffe, sekundäre Pflanzenstoffe usw.) enthalten. Aus der Tabelle sieht man, dass 1Gramm Fett etwa doppelt so viele Kilokalorien enthält, wie z.B. Kohlehydrate.

Wer genauer wissen will, aus welchen Inhaltsstoffen die Lebensmittel bestehen und wie viel Energie man sich mit ihnen zuführt, dem seien die sogenannten Kalorienrechner empfohlen, die leicht im Internet zu finden sind.

Zum Beispiel findet ihr hier einen sehr detaillierten Kalorienrechner an.