Manche mögens heiß: Bedeutung der Thermogenese für den Energiestoffwechsel und die Therapie der Adipositas

Adipositas und Energieverbrauch

In Deutschland ist die Hälfte der Bevölkerung mit einem Body Mass Index (BMI) von mehr als 25 kg/m ² übergewichtig. Jeder fünfte Bundesbürger gilt mit einem BMI von über 30 kg/m² als adipös und etwa ein Prozent ist mit einem BMI über 40 kg/m ² extrem adipös. Durch die Assoziation mit Diabetes mellitus Typ 2, Hypertonie und Dyslipoproteinämie geht die Adipositas mit einer erhöhten kardiovaskulären Morbidität und Mortalität einher. Sehr unbefriedigend sind bis heute die langfristigen Erfolge der konservativen Adipositastherapie, weil eine signifikante Gewichtsreduktion nur bei wenigen Patienten dauerhaft bestehen bleibt. Da Übergewicht das Resultat eines Ungleichgewichts zwischen Energieaufnahme und Energieverbrauch ist, gelten generell eine erhöhte Kalorienaufnahme, ein zu hoher Fettanteil der Nahrung und zu wenig körperliche Bewegung als entscheidende pathogenetische Faktoren. Während die körperliche Aktivität etwa 25 % des Gesamtenergieverbrauchs ausmacht, ist ein deutlich größerer Anteil von etwa zwei Drittel auf den Grundumsatz zurückzuführen [Abb. 1]. Darunter versteht man die Summe der metabolischen Aktivitäten der einzelnen Organe und Gewebe des Körpers, welche zur Aufrechterhaltung der Körperfunktionen im Ruhezustand erforderlich sind [43]. In der Regel kann der Grundumsatz eines Erwachsenen grob mit 1 kcal (4,2 kJ) pro kg Körpergewicht und Stunde angenommen werden, d. h. bei einem 70 kg schwerem Mann mit ca. 1700 kcal pro Tag. Bei leichter körperlicher Arbeit und kaum Freizeitaktivität würde der Grundumsatz mit dem Faktor von 1,4 multipliziert einen ungefähren Gesamtenergieverbrauch von 2400 kcal pro Tag ergeben. Der mittels indirekter Kalorimetrie über den Sauerstoffverbrauch gemessene Grundumsatz zeigt eine enge Korrelation zur fettfreien Körpermasse. Er nimmt daher ebenso wie die Muskelmasse mit zunehmendem Alter ab und ist bei Frauen geringer als bei Männern. Auch ist der Grundumsatz von genetischen Faktoren, Schilddrüsenhormonspiegeln und der Außentemperatur abhängig [4] [43].

Abb. 1 Gesamtenergieverbrauch.

Schließlich hat auch die Thermogenese einen Anteil von ca. 10 % am Gesamtenergieverbrauch. Kälte spielt als Stimulus der Thermogenese bei Menschen nur eine untergeordnete Rolle, da im Vergleich zu Nagetieren die Thermoneutralitätszone deutlich breiter ist. Temperaturschwankungen gehen folglich nur mit geringen Änderungen im Energieumsatz einher, was zum Teil auch auf Verhaltensänderungen, wie Anpassung der Bekleidung, zurückzuführen ist [29]. Von größerer Bedeutung ist die nahrungsinduzierte Thermogenese, die insbesondere durch die Nahrungszusammensetzung bestimmt wird. Der Anteil der bei Digestion, Resorption, Metabolisierung und Speicherung der Nahrung in Form von Wärme freigesetzten Energie beträgt bei Fett nur etwa 2 %, bei Glukose etwa 8 %, bei Eiweiß 20-30 % und bei Alkohol etwa 22 % [43]. Große interindividuelle Unterschiede werden auf Einflüsse von Genetik, Geschlecht, verschiedenen Hormonen und sympathischem Nervensystem zurückgeführt. Mit dem Begriff der adaptiven Thermogenese lässt sich somit eine individuell unterschiedlich regulierte Wärmeproduktion zur Anpassung an Ernährungszustand und aktuelle Ernährungsbedingungen bezeichnen.

Die Bedeutung des Energieumsatzes für die Regulation des Körpergewichts wurde in einer Untersuchung deutlich, bei der jeweils vor und nach Gewichtsveränderungen der Energieumsatz bestimmt wurde. Nach 10 % Gewichtszunahme erhöhte sich bei den Probanden der Energieumsatz bezogen auf ein Kilogramm Magermasse um 8 kcal/d, während eine Gewichtsabnahme von 10 % zu einer Verminderung des Energieumsatzes um 8 kcal pro kg Magermasse und Tag führte [27] . Dieser Befund ist die Grundlage des nach Diäten so häufig beobachteten »Jo-Jo-Effekt«. Scheidet wegen dieser Beobachtung nach Gewichtszunahme ein erniedrigter Energieverbrauch als Ursache einer Adipositas aus? Aufgrund der mit dem Körperfett ebenfalls vermehrten fettfreien Masse lässt sich bei Adipösen tatsächlich zumeist ein erhöhter Grundumsatz messen. Offensichtlich ist jedoch ein relativ niedriger Energieumsatz über 24 Stunden mit einer höheren Gewichtszunahme im weiteren Verlauf des Lebens assoziiert [38]. Allerdings könnten Veränderungen des Energieverbrauchs nur sehr gering und schwer messbar sein, aber dennoch zur Entwicklung von Adipositas beitragen. Der am Sauerstoffverbrauch messbare Energieverbrauch im Rahmen des oxidativen Stoffwechsels ist zudem nicht äquivalent zur der Synthese von Adenosintriphosphat (ATP) als intermediärer Speicherform der Energie. Statt dessen resultiert ein erheblicher Teil des Energieumsatzes aus einem Protonenleck an der inneren Mitochondrienmembran, wo etwa 20 - 40 % der Energie entlang eines elektrochemischen Protonengradienten in Form von Wärme freigesetzt werden [37]. Hieran ist auch eine Gruppe von Eiweißmolekülen beteiligt, die als »Uncoupling Proteine« (Thermogenine, Entkopplerproteine) in den letzten Jahren große Aufmerksamkeit gefunden haben.

kurzgefasst: Adipositas ist das Resultat eines Ungleichgewichts zwischen Kalorienaufnahme und Energieverbrauch. Neben dem Grundumsatz tragen auch körperliche Bewegung und nahrungsinduzierte Thermogenese zum Gesamtenergieverbrauch bei.

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