Die Berechnung des Energieverbrauchs beim Sport
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Den Energieverbrauch bei einer sportlichen Betätigung über Formeln zu ermitteln ist sehr schwierig. Es gibt so viele Variablen zu berücksichtigen, solche Berechnungsformeln können immer nur Näherungen darstellen, mehr nicht. Dieser Leistungsumsatz wird in kcal pro Kilogramm Körpergewicht und Stunde berechnet (kcal/kg/h) und meist auf die physikalische Leistung bezogen. Das Problem dabei ist aber, dass eine physikalische Größe wie Watt und Geschwindigkeit kein wirkliches Maß ist, um den Energieverbrauch zu beurteilen, da der Wirkungsgrad dabei keine Beachtung findet. So wird ein Weltklasse-Läufer bei Tempo „X“ weniger Energie verbrauchen als ein Breitensportler mit deutlich geringerem Leistungsniveau. Die Summe aller leistungsverbessernden physischen Anpassungen im Körper (durch Training) und ggf. noch eine Verbesserung der Bewegungstechnik (Bewegungsökonomie) ergibt einen höheren Wirkungsgrad. Hierbei unterliegt der Mensch den gleichen physikalischen Gesetzmäßigkeiten wie jede Maschine. Ein höherer Wirkungsgrad bedeutet aber eben einen niedrigeren Energieverbrauch. So kann es bei gleicher Laufgeschwindigkeit schnell zu Abweichungen im Energieverbrauch von 10-20 % kommen, je nachdem wie der entsprechende Trainingszustand der Person ist!
Der Wirkungsgrad ist wiederum untrennbar an die Belastungsintensität gekoppelt. Je höher der Wirkungsgrad, desto niedriger die Intensität (bei gleichem Tempo) – und desto geringer die Wärmeproduktion. Der menschliche Organismus respektive seine Arbeitsmuskulatur hat einen sehr geringen Wirkungsgrad. Bei sehr geringer Belastung liegt er maximal bei ca. 25 %. Das heißt: 75 % der dem Muskel zugeführten Energie geht als Wärme verloren und können nicht mechanisch in Muskelkontraktion umgesetzt werden! Bei hohen Intensitäten sinkt der Wirkungsgrad sogar auf deutlich unter 10 %. Der Erhalt der Körpertemperatur benötigt auch mit die meiste Energie. Je mehr Wärme also entsteht, desto mehr (zusätzliche) Energie wird benötigt, und je höher die Intensität, desto mehr Wärme wird produziert.
Die Belastungsintensität, mit welcher sich ein Ausdauersportler beansprucht, bestimmt also auch maßgeblich seinen Energieverbrauch. Bei denen auf Leistung bezogenen Berechnungsformeln wird dies aber nicht berücksichtigt, was die Ermittlungen entsprechend ungenau macht. So sind die Angaben in der Literatur bezüglich dem Verhältnis Lauftempo und Kalorienverbrauch oft sehr unterschiedlich. Dies hängt dann davon ab, aus welchen Untersuchungen diese stammen, welche wiederum verschiedene Probandengruppen hatten. Der Gedanke liegt also nahe, statt die Leistung die Intensität als Bemessungsgrundlage zu nehmen. Doch wie lässt sich das verwirklichen?
Ich wende hierzu einen Trick an, indem ich die in der Literatur angegebenen Leistungswerte quasi mit „Intensität" austausche. Beispiel:
Typische Angaben (gerundet)
Laufen 8 km/h: 8 kcal/kg/h
Laufen 9,5 km/h: 10 kcal/kg/h
Laufen 12 km/h: 13 kcal/kg/h
Laufen 14 km/h: 15 kcal/kg/h
Laufen 16 km/h: 18 kcal/kg/h
Solche Werte sind Ergebnisse von Untersuchungen, bei denen die Durchschnittswerte einer entsprechenden Probandengruppe ermittelt wurden. Hierbei gehe ich davon aus, dass jeder der Probanden alle Tempobereiche durchlaufen hat. Weiterhin dürfte es sich bei solch einer Gruppe nicht durchgehend um Weltklasseläufer handeln. Andererseits muss das Leistungsniveau relativ hoch sein, denn die Mehrheit „einfacher“ Breitensportler kann keine 16 km/h nennenswert lange laufen. Daraus spekulierend nehme ich an, dass im Mittel 16 km/h bei solchen Probanden eine hohe Intensität darstellt und im Gegensatz dazu 8 km/h einer sehr geringen Intensität entspricht. Letzteres müsste dann definitiv gegeben sein, denn der Tempounterschied zwischen 8 und 16 km/h ist immens.
Jetzt mache ich daraus z. B. folgende Variante:
Modifizierte Angaben
Laufen KOM: 8 kcal/kg/h
Laufen GA1: 10 kcal/kg/h
Laufen GA1/2: 13 kcal/kg/h
Laufen GA2: 15 kcal/kg/h
Laufen WSA: 18 kcal/kg/h
Die Geschwindigkeit ist hierbei nicht relevant – da diese bei gleicher Intensität und Wirkungsgrad individuell erheblich variieren kann. Hierbei wird der Energieverbrauch von der Intensität abgeleitet. Je höher diese ist, desto höher der Energieverbrauch – unabhängig vom Lauftempo! Nichtsdestotrotz handelt es sich dabei selbstverständlich auch nur um eine relativ grobe Näherung. Eine Näherung, bei der aber viel individueller die Berechnung eines Sportlers vorgenommen werden können, da nicht jeder Läufer tempomäßig in die gleiche Schublade gesteckt wird, unabhängig davon, wie sein Leistungszustand ist.
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