…wenn die Logik nicht greift – Teil III: Eine Kalorie ist eine Kalorie

…wenn die Logik nicht greift – Teil III: Eine Kalorie ist eine Kalorie

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Seriously guys – wenn ich schon dabei bin, sämtliches Material von Kiefer zu übersetzen und zu präsentieren, dann kann ich mich genauso gut auch mit den restlichen Artikeln der “Logic does not apply”-Reihe auseinandersetzen. Bereits vor einigen Monaten hatte ich Teil I (“Die Mahlzeitenfrequenz“) und Teil II (“Das Frühstück“) auf Aesir Sports präsentiert – und das noch bevor ich überhaupt wirklich wusste, wer dieser Kiefer ist. Nun, so schnell ändern sich die Dinge. Kleine Anmerkung: Bereits in “Die Waage lügt: Über Kalorien, EPs und neu Studien” habe ich die Thematik von einer Seite beleuchtet. Heute folgt also das Komplement – reden wir also Tacheles.
 
Es stellt sich wirklich die fundamentale Frage nach den Gesetzen der Thermodynamik. Aufnahme Vs. Verbrauch. Input Vs. Output. Wieviel geht rein und wieviel geht raus. Ist eine Ernährung, die – sagen wir mal beispielsweise – zu 50 % aus Kohlenhydraten besteht und eine Ernährung bei ~20 % KH ,unter der Prämisse, dass beide Schemata eine identische Kalorienzufuhr zum Ende des Tages hin produzieren, mit ähnlichen Ergebnissen verbunden? Macht es für den Körper keinen Unterschied, ob man ihm nun Kohlenhydrate, Fette und Eiweiß bietet, solange die Gesamtbilanz stimmt? Ehrlich Jungs: das ist eine wichtige Frage, der man nachgehen sollte, denn lange Zeit galt der Tenor, dass lediglich die Kalorienbilanz stimmen muss, um je nach Zielsetzung abzunehmen, sein Gewicht zu halten oder gar zuzunehmen. Allzu häufig berufen sich die Instanzen auf das sogenannte erste Gesetz der Thermodynamik, welches im Grunde genommen aussagt, dass Energie nur von einem Zustand in einen anderen überführt werden kann, aber nicht verloren geht.
 
Hier gehe ich absolut mit Kiefer konform, wenn er behauptet, dass eine solche Behauptung aufgrund von Ignoranz getätigt wird und wenn er sich auf den zweiten Satz der Thermodynamik beruft, worum es um die Effizienz der Energienutzung geht. Es dürfte sich mittlerweile herumgesprochen haben, dass der menschliche Organismus unterschiedlich gut mit Fetten, Kohlenhydraten und Eiweißen umgeht bzw. unterschiedliche “Abfallprodukte” bei der Energiefreisetzung aus den Makronährstoffen anfallen. Während Fette und Kohlenhydrate in der Regel gleich umgesetzt und in den Zellen nahezu vollständig oxidiert werden (Übertragung auf Sauerstoff = Atemluft; es entsteht beim Abbau Wasser und Kohlenstoffdioxid), sieht die Sache bei Eiweiß schon ganz anders aus. Hier ist der oxidative Vorgang unvollständig. Proteine werden zu Wasser, Kohlenstoffdioxid und eine Reihe von stickstoffhaltigen (energiereichen) Verbindungen abgebaut. Anschließend werden stickstoffhaltige Verbindungen z.B. über den Urin ausgeschieden. 

Über die Messung des Energiegehalts mit der Kaloriemeter-Bombe

Der Energiewert (= Bruttoenergiegehalt = physikalische Energiemenge) von Nahrungsmitteln wird mit einer sogenannten Kaloriemeter-Bombe gemessen. Es handelt sich dabei um einen Stahlzylinder, der mit Sauerstoff gefüllt ist. Das ganze Konstrukt ist von einem wärmeisolierenden Wasserbad umgeben. Will man nun den Energiegehalt eines Lebensmittels ermitteln, so wird eine Nährstoffprobe in den Stahlzylinder gepackt und mittels einer elektrischen Zündung vollständig verbrannt (!, bis nur noch Asche übrig ist – also totale “Verwertung” ohne eine Art Restprodukt, wie es z.B. beim menschlichen Organismus der Fall ist). Die freiwerdende Energiemenge (beim Verbrennen) erwärmt das Wasserbad, welches den Zylinder und die Messung des Energiegehaltes erfolgt nun durch die Beobachtung der Temperaturveränderung.

Damit ist zwischen physikalischem (“Bombenkalorimeter”) und physiologischem (menschlicher Körper) Brennwert zu unterscheiden – was Kiefer auch tut! Unser Organismus kann eben nicht alles, was wir ihm aufbieten, restlos verwerten (oder scheisst hier jemand Asche? Also ich nicht) – leider Gottes wird aber so der Brennwert für die meisten Lebensmittel ermittelt. Seid ihr also immer noch der Meinung, dass “eine Kalorie eine Kalorie (…ist eine Kalorie …)” ist?
Lassen wir den Fachmann, einen echten Physiker, mal zu Wort kommen. Have fun mit “…wenn die Logik nicht greift – Part III

…wenn die Logik nicht greift – Teil III: Eine Kalorie ist eine Kalorie

aus dem Englischen von N.D. “Furor Germanicus” M. / copyright by elitefts.com/ John Kiefer 
 
Heute wird es Zeit eine meiner Lieblingsthemen zu attackieren: die Behauptung, dass eine Kalorie eine Kalorie sei. 
 
Schon ohne eine Analyse fällt es vielen Leuten schwer, sich vorzustellen, dass man prinzipiell zwei Diätformen mit identischem Kaloriengehalt, aber unterschiedlicher Makronährstoffkomposition nehmen könnte – sagen wir mal highcarb Vs. lowcarb – und mit der einen Form mehr Gewicht zu verlieren, als mit der Anderen. Oder noch besser: an Gewicht zulegen mit einer und an Gewicht verlieren mit der Anderen. Eine Kalorie ist eine Kalorie, richtig? Energie-Input entspricht Energie-Output oder gibt es in diesem Zusammenhang vielleicht eine wissenschaftliche Phrase, die wir uns quasi aus dem Hintern zaubern können, die aussagt, dass dies unmöglich sei. Ignoranz und Selbstüberschätzung führt im Endeffekt dazu, dass vergleichsweise intelligente Menschen strunzdumme Kommentare abgeben.
 
Und Dummheit verbreitet Mythen, weil die Leute in den Vereinigten Staaten – und das obwohl wir beinahe am Ende des Spektrums stehen was die bildungsspezifischen Standards betrifft – trotzdem an forderster Front stehen, was das Selbstvertrauen betrifft und damit unsere Meinungen in harte Fakten umschlagen. Wer würde schon auf den Gedanken kommen zu sagen “Ich weiß es nicht,” auch wenn er wirklich keine Ahnung hätte? Klar, offensichtlich dürfte es besser sein, sich einfach mal was auszudenken, was sich auf Vermutungen und Annahmen stützt, eingestreut mit ein paar Bröckchen Fakten um das Ganze appetitlicher zu gestalten. Ich werde mich jetzt nicht als unfehlbar darstellen, denn auch ich bin diesem Fehler erlegen und es hat mich viel Mühe und Arbeit gekostet, zu lernen es zu sagen: “Ich weiß es nicht” – eine der wichtigsten Lektionen, die ich jemals gelernt habe.
 
Unterschiedliche Wirkungsgrade merhwertiger Alkohole

Glücklicherweise weiß ich aber doch meistens ganz gut bescheid, weshalb ich diesen Leuten gerne einmal den Kopf waschen wollen würde, sobald sie behaupten, es wäre unmöglich Kohlenhydrate, Protein und Fette so zu manipulieren, dass eine Gewichtsreduktion stattfindet, ohne das man groß etwas an der Kalorienzufuhr verändert. Eine Kalorie ist schließlich eine Kalorie! Es handelt sich hier um das erste Gesetz der Thermodynamik! Ha! Nimm das Mr. Dangerously Hardcore [Anmerk.: so heisst Kiefers persönlicher Blog]. Ich habe mich eines hochwichtigen, wissenschaftlichen Begriffes bedient; ich hab hier die großen Hosen an. Versuch doch dagegen anzukommen.
Alles klar, lasst mich euch einen Tipp geben: legt euch niemals zum Thema Physik mit einem Physiker an, wenn ihr selbst keiner seid. Es ist für alle beteiligten Parteien schmerzhaft – am meisten für den Physiker. Sich Dummheiten anhören zu müssen tut einfach weh. Es stimmt zwar, dass das erste Gesetz der Thermodynamik Anwendung findet, aber dieses sagt lediglich aus, dass die Gesamtenergie eines Systems vorher und nachher identisch sein muss. Es sagt weder etwas über die Effizienz des Körpers zur Energieumwandlung der Nahrung aus (entweder Energie für Arbeit oder als Speicher in Form von Fett), noch sagt es etwas über die Energieverluste aus, die bei einer Veränderung der Makronährstoffzusammensetzung stattfinden.
In anderen Worten: Das erste Gesetz sagt rein gar nichts über die Effizienz aus. Selbst wenn die Kalorien identisch sein sollten, so sagt uns das erste Gesetz nicht, ob das Essen von Kohlenhydraten die gleichen Reaktionen im Körper hervorruft, wie das Essen von Fetten. Es sagt prinzipiell nicht wirklich viel zu irgendetwas aus – es zeugt aber von der Ignoranz der Person, die jene magischen Chorale flötet.

Die Idee

Wenn man von zwei identischen Ernährungsweisen aus geht, die identisch im Kalorienaufbau sind, dann müssen beide Formen einen identischen Gewichtsverlust oder eine äquivalente Zunahme bewirken und das unabhängig von der Makronährstoffzusammensetzung.

Die Logik

Geht man vom ersten Gesetz der Thermodynamik aus, welches besagt, dass Energie niemals erschaffen oder zerstört werden kann, muss folglich irgendwie – nehmen wir mal 100 Kilokalorien in Form von Kohlenhydraten – einen identischen Effekt bewirken, wie 100 Kilokalorien aus Fetten – oder eben in Form von Protein.

Die Realität

Allein die Idee hinter “eine Kalorie ist eine Kalorie” widerspricht schon den Gesetzen der Physik [1][2][3][4] und untergräbt die Ergebnisse einiger gut dokumentierter Studien. [5][6][7][8][9][10][11][12][13][14] Es ist doch möglich die Makronährstoffe so zu verändern, dass dies in einem Gewichtsverlust resultiert, selbst bei einer Erhöhung der Kalorien. [15]
An dieser Stelle könnte ich nun in Themen wie Gibb’s freie Energie, non-equilibrium thermodynamics, triaglycerol synthesis, Speicherung und Zerlegung, Verstöße gegen das zweite Gesetz der Thermodynamik, Entropie und so weiter und so fort ins Feld führen – und wenn es euch wirklich interessiert, dann könnt ihr einmal in den Referenzen stöbern, da diese Vorgänge bereits gut untersucht und dokumentiert sind. Wie auch immer – ich habe jedenfalls vor, das Thema von einem weitaus einfacheren Punkt in Angriff zu nehmen. Einem den die meisten zum Vergleich heranziehen und mit dem sie tagtäglich zu tun haben:

Effizienz

Hier kommt nun das zweite Gesetz der Thermodynamik ins Spiel. Das Erste mag vielleicht noch langweilig sein, aber das Zweite ist durchaus anwendbar im Bereich der Effizienz. Auf einfachem Niveau hängt die Effizenz davon ab, wieviel Arbeit in Abhängigkeit von der investierten Energie erledigt werden kann. Es funktioniert wie bei einem Standard-Verbrennungsmotor, z.B. so einem, wie sie auch im Auto verbaut sind – die Effizienz lieg normalerweise bei zirka 33 %. Das heisst, dass nur 1/3 der eingesetzten Energie (die chemisch gespeicherte Energie im Treibstoff) “arbeitet,” während die restliche Energie in Form von Abwärme verloren geht.
Sogenannte “pathways” der Verstoffwechselung hinsichtlich ihrer Effizienz

Der menschliche Körper funktioniert prinzipiell genauso. Bei einer Standardkost, bei der 60 % in Form von Kohlenhydraten zugeführt werden, verschwendet der Körper ebenfalls knapp 2/3 der zugeführten Energie in Form von Hitze. Ein großer Teil davon wird benötigt, um unsere Körpertemperatur auf einem konstanten Level zu halten, aber sie geht auch auf anderem Wege verloren. Der Hauptfokus wissenschaftlicher Untersuchungen an Mensch und Tier, die sich mit dem Thema Effizenz auseinandergesetzt haben, konnten für eine Makronährstoffkombination mit schmaler Reichweite bei Kohlenhydraten einen Verlust von 55 % oder höher nachweisen.
Aber was passiert denn nun mit der Effizienz, wenn man den Treibstoff wechselt? Wer rational an die Sache herangeht, für den dürfte klar sein: die Effizienz wird sich verändern. Ein anderer Treibstoff könnt entweder mehr oder weniger Effizienz in einer gegebenen Maschine bedingen und den Spritverbrauch senken. Beim Auto ist das Realität. Mischt euer Benzin mit Ethanol und seht zu, wie die Effizienz sinkt. Fügt dagegen andere Hydrocarbone, wie z.B. Anti-Klopfschutzmittel hinzu, und euer Auto fährt ökonomischer.
Diese Tatsache scheint kaum jemanden in einer Diskussion überraschen zu können. Das höchste der Gefühle ist der “No-Shit?”-Gesichtsausdruk der Personen – einige sprechen es sogar aus. Doch sobald ich das Gespräch hin zum menschlichen Körper wendet, werden diese Möglichkeiten plötzlich unrealistisch. Ehm, was? Eine verschieden geartete Verteilung von Fetten, Protein und Kohlenhydraten verursachen unterschiedliche Wirkungsgrade und bedingen unterschiedliche Energieverluste. Das ist doch Bullshit – eine Kalorie ist eine Kalorie.
Mein Beileid an alle Big-Box-Trainer und Konsorten: der Körper folgt dem zweiten Gesetz der Thermodynamik ganz genauso, wie er auch dem Ersten folgt. Daraus ergibt sich auch eine Effizienzschwankung, basierend auf Aktivität, dem Hormonspiegel und – der wohl wichtigste Faktor in der Gleichung – die Art des Treibstoffs, die wir zuführen. Das ist auch der Grund weshalb Atwater, der Vater der 4-4-9 Kalorienwerte für Kohlenhydrate, Protein und Fette zwischen physischen Treibstoffwerten und physiologischen Treibstoffwerten unterschieden hat. [17][18][19][20][21] Das ist wesentlich mehr als die 9, die in Schokoriegeln aufgelistet sind.
(klick) Keine Chance Jungs: die Studienlage ist bestens abgesichert. Eine Kalorie ist nicht eine Kalorie.
 

Es handelt sich um ein konsistentes Ergebnis der Messungen. Nüchtern betrachtet ist nicht einmal eine Kalorie aus Fett eine Kalorie aus Fett. Wenn ihr einwenig chemisches Verständnis oder Ahnung von statistischer Mechanik habt, dann sollte euch das eigentlich nicht verwundern. Der Körper kann beispielsweise Fett mit Hilfe eines bestimmten Enzyms oder einem Enzym-Set verbrennen, welches bevorzugt eingesetzt wird – ganz so, wie es auch einen Unterschied macht, ob man aerobische Leistung erbringt (Verbrennung in Gegenwart von Sauerstoff) oder eine anaerobische Leistung absolviert (in Abwesendheit von Sauerstoff). Oder er könnte die Produktion fettverbrennender Enzyme hochregulieren, um den gesamten Prozess effizienter zu gestalten. Beides erfordert unterschiedliche Enzyme und andere Moleküle. Unterschiedliche oder gar angepasste Wege der Verstoffwechselung können unterschiedliche Mengen an Energie hervorbringen [oder nutzbar machen].
Der physische und physiologische Treibstoffwert haut bei Protein ebenfalls nicht hin. Es braucht seine Energie, um das Essen überhaupt für uns einsatzbereit zu machen. Die Energie, die dabei frei wird, wird in Form von Hitze abgegeben. Dieser Effekt wird [in der Fachsprache] “thermic effect of feeding” (TEF) [oder zu deutsch: Thermogenese] genannt. Sobald ihr eine Mahlzeit zu euch nehmt, wird euch in der Regel warm – so einfach ist das. Dieser Fachbereich hat bereits eine ganze Menge an Forschungsliteratur hervorgebracht: etwa 2 % der zugeführten Fette, 7 % der Kohlenhydrate und bis zu 30 % der Proteine gehen in Form von Hitze verloren, wenn ihr esst. [22]

Halten wir hier mal einen kurzen Moment inne: diese Erkenntnisse sind harte Fakten. In der wissenschaftlichen Community gibt es diesbezüglich keine Unstimmigkeiten. Auch nicht neben populären Diäterfindern und auch nicht bei medizinischem Fachpersonal. Sobald man dies erst einmal weiß, kann man ganz leicht den Unterschied zweier identischer Diäten hinblicklich ihres physiologischen Treibstoffes ausrechnen. Nehmen wir mal eine Ernährungsweise, die zu zirka 60 % aus Kohlenhydraten besteht und modeln sie so um, dass der größte Teil der zugeführten Nahrungskalorien aus Protein resultiert – sagen wir, die beiden Ernährungsstrategien setzen sich aus 2000 Kilokalorien zusammen. Eine highcarb Ernährung liefert uns hier 1850 physiologische Kilokalorien (nach Abzug der Wärmeverluste) und eine lowCarb Ernährung liegt bei 1700 physiologischen Kilokalorien (noch größere Wärmeverluste). Durch das umschichten der Nährstoffe haben wir so rund 150 verwertbare Kilokalorien pro Tag eingespart und das obowohl die Ernährung nach Adam Riese immernoch bei angeblichen 2000 Kilokalorien liegt.Jetzt werde ich das sagen, was hoffentlich gerade deutlich wurde: ineffizient sein ist ein positives Merkmale, wenn ihr gerne esst. Wenn es euch auf irgendeinem Wege gelingt, den Körper ineffizienter arbeiten zu lassen, könnt ihr mehr essen und trotzdem an Gewicht verlieren. Allein meine unterschiedlichen Diätstrategien – CarbNiteR und das Carbbackloading – basieren auf der Manipulation des TEF und einer ganzen Reihe anderer Faktoren, um den Körper zu bestimmten Zeiten ineffizient mit seiner Energie haushalten zu lassen [F.G.: Ich nenne es verschwenderisch!]. Nehmen wir einmal das CarbNiteR als Beispiel: die Ernährung ist hier so aufgebaut, dass jedesmal, sobald ihr in einem bestimmten Zeitfenster eure Kohlenhyrate esst, der Körper wortwörtlich nicht dazu in der Lage ist, sie in Form von Fett zu speichern. Er arbeitet so hart an ihrer Verarbeitung und Verdauung, dass eine ganze Menge an Energie in Form von Hitze frei wird. Ihr fangt an zu schwitzen, die Vaskularität eurer Unterarme verdoppelt sich so stark,  wie eine Satellitenkarte im Amazonasdelta. All diese Prozesse bedingen eine gewisse Enzymaktivität und adäquate Hormonspiegel – und all das kann wohlweislich durch die Ernährung beeinflusst werden.

Eine Kalorie ist eben nicht eine Kalorien – Ende der Geschichte. Die ganze Behauptung basiert rein auf Faulheit und Ignoranz. Unsere jetzigen Ikonoklasten in Sachen Ernährung akzeptieren eine ganze Reihe von Fakten, aber weigern sich gleichzeitig ein anderes Faktenset zu akzeptieren (Ja, es ist ein Fakt, dass man seinen Körper dahingehend trimmen kann, dass er effizienter oder ineffizienter arbeitet, dass eine Kalorie nicht zwangsweise eine Kalorie darstellt). Der Ausspruch “eine Kalorie ist nicht eine Kalorie” ist eine direkte Konsequenz der akzeptieren Fakten.  Aber vielleicht bringt man uns ja das logische Denken gar nicht mehr bei, das Verständnis von Kausalität und Wirkung, weil das Endergebnis zu dem man hier kommt, sogar von einem Vierjährigen begriffen werden kann, der gelernt hat, die Punkte im Malunterricht zu verbinden.


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Quellen & Referenzen

Bildquelle Titelbild: Pixaby / Public Domain Lizenz

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  • Dieter

    Ich glaube, es geht hier eigentlich um eine Definitionsfrage.
    Eine Kalorie IST eine Kalorie – wurde ja im Prinzip auch so geschrieben, aber sie ist eben ein physikalischer Bruttowert. Erschwert wird das Ganze – neben dem genannten realen physiologischen Brennwert, der ja ein ganz anderer ist – aber auch dadurch, dass Jeder anders verwertet, verdaut etc.
    Während (Klassiker) der eine das Essen reinschaufelt wie blöd und spindeldürr ist, gibt es andere, die fast nichts essen und aufgehen wie ein Hefekuchen.
    Dazu kommen natürlich noch die Effekte des Hungerstoffwechsels, die den bekannten Jojo-Effekt mit auslösen und dementsprechend auch bei eigentlich geringer Kalorienaufnahme dick machen können.
    Jeder verbraucht seine Kalorien auch anders, jemand der schnell friert zieht sich schneller was über => spart Energie um den Körper aufzuheizen. Ein anderer rennt noch im Winter im T-Shirt herum.
    Jeder, der sich mit der Thematik eingehend beschäftigt, weiß ja schon alleine, dass es nicht einmal eine einheitliche Definition von Kalorien gibt.
    Weder der Kalorienbedarf, noch der Kalorienverbrauch kann auch nur annähernd genau errechnet werden. Das Prinzip Kalorien allerdings in summa als Blödsinn darzustellen ist auch etwas überspitzt.
    Dieser Artikel ist eine sehr spezialisierte Detailanalyse und nicht die “Revolution” im Bereich Kalorien, wie es die relativ reißerische Überschrift vermuten lässt.
    Kalorien sind nach wie vor eine wichtige Basis, um einen groben Überblick zu bekommen. Und ob es angesichts der vielen Variabeln wirklich Sinn machen würde, eine neue Einheit “Netto-Kalorie” o.ä. einzuführen, bleibt fraglich.
    In Summa bietet der Artikel also für interessierte Leser wenig Neuigkeiten, ich fände es besser, wenn die Ergebnisse der Studien besser aufbereitet werden würden, denn daraus lässt sich ja wirklich eine prozentuale Verbesserung der Gewichtszu-/abnahme herleiten.
    Die Grafik DiffInGewichtsverlust.jpg z.B. – Ist Spalte 2 und 3 einmal Kohlenhydrate vorher/nachher oder ist das ein Tippfehler und eines ist Fett?