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Lexikon der Biologie: Energieumsatz

Energieumsatz, Verwertung der chemischen Energie der Nährstoffe (Ernährung, Nahrungsstoffe), wobei im katabolen Stoffwechsel (Dissimilation) die Energie in Arbeit und Wärme verwandelt, im anabolen Stoffwechsel (Anabolismus) zum Aufbau körpereigener Substanzen benötigt wird. Da das Gesetz von der Erhaltung der Energie generell für alle Organismen gültig ist, kann der Energieumsatz über Energiebilanzen quantitativ gemessen werden (Kalorimetrie, Respirometrie). Dabei ist die Energieeinnahme (als Nahrungszufuhr oder auch als aufgenommene Strahlungsenergie) gleich der Summe aus den Energien der geleisteten Arbeit, der Wärmeproduktion und der Energiespeicher (z.B. als Fett oder Glykogen). Aus diesen 3 Faktoren ergibt sich der Gesamtumsatz. Aus dem prozentualen Anteil von geleisteter Arbeit und freigewordener Wärme kann der Wirkungsgrad des Energieumsatzes von Zellen oder Gesamtorganismen ermittelt werden. Er liegt bei einzelnen Organen (z.B. Muskel) nicht über 35% und beim intakten Organismus mit etwa 25% noch darunter. Der Energieumsatz von Zellen und des Gesamtorganismus läßt sich in verschiedene Umsatzgrößen aufteilen, deren Kenntnis besonders in der Humanphysiologie von diagnostischer und arbeitsphysiologischer (Arbeitsphysiologie) Bedeutung ist. Beim Energieumsatz der Zelle unterscheidet man: Erhaltungsumsatz (niedrigster Wert des Energieumsatzes, ohne den die Zelle abstirbt: etwa 15% des Energieumsatzes der aktiven Zelle); Bereitschaftsumsatz (Energieumsatz, der die Zelle bei Bedarf sogleich arbeiten läßt; Na+-K+-Pumpen sind z.B. in Funktion: etwa 50% des Energieumsatzes der aktiven Zelle); Tätigkeitsumsatz (Energieumsatz der arbeitenden Zelle: 100%). Auch beim ruhenden Gesamtorganismus müssen verschiedene Organe ständig arbeiten (Herz, Lunge, Niere, Gehirn). Der Ruheumsatz ergibt sich also nicht aus der bloßen Addition der Bereitschaftsumsätze der Zellen, sondern liegt darüber. Mißt man ihn unter streng standardisierten Bedingungen (beim Menschen: morgens, nüchtern, liegend, ohne Wärme- oder Kältebelastung), so erhält man den Grundumsatz (Basalumsatz, Ruheumsatz). Der Energieumsatz während verschieden schwerer körperlicher Arbeit wird als Arbeitsumsatz (Leistungszuwachs) gemessen. Der Grundumsatz ist auch unter Einhaltung der Standardbedingungen keine feste Größe, sondern wird von Geschlecht, Alter, Gewicht und individuellen (angeborenen) Faktoren bestimmt. Er ist bei Kindern am höchsten und sinkt mit zunehmendem Alter (Altern). Männer haben einen höheren Grundumsatz als Frauen ( vgl. Tab. ), Unterernährung und Hunger senken, Überfunktion der Schilddrüse (Hyperthyreose) erhöht ihn. Ferner ist er tagesperiodisch abhängig mit höheren Werten am Vormittag (Chronobiologie). Aus vergleichenden Messungen des Grundumsatzes verschiedenster Organismen (hier auch als „Ruhestoffwechsel“ oder „basale Stoffwechselrate“ bezeichnet) ist die gesetzmäßige Abhängigkeit der Stoffwechselintensität von zahlreichen inneren und äußeren Faktoren erkannt worden. Energie (Tab.), Erhaltungsstoffwechsel, Ernährungsphysiologie (Tab.).

K.-G.C.

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