Energieverbrauch von Gehirn und Muskeln im Vergleich: Ein detaillierter Überblick

In der Fitnesswelt kursiert oft der Mythos, dass Muskeln auch im Ruhezustand viele Kalorien verbrauchen. Doch was ist wirklich dran an dieser Aussage? Und wie schneidet der Energieverbrauch des Gehirns im Vergleich zu dem der Muskeln ab? Dieser Artikel beleuchtet den Energieverbrauch von Gehirn und Muskeln, um ein umfassendes Verständnis zu vermitteln.

Mythos Muskeln: Kalorienverbrauch im Ruhezustand

Viele Sportler sind überzeugt, dass mehr Muskeln einen fitteren Stoffwechsel und einen höheren Kalorienumsatz bedeuten. Es wird oft behauptet, dass Muskeln selbst im Ruhezustand nennenswerte Mengen an Kalorien verbrennen. Professor Damien M. Callahan von der University of Oregon räumt jedoch mit diesem Mythos auf.

Laut Callahan verbrennen Muskeln im Ruhezustand nicht "drei Mal so viel Kalorien wie Fett", wie oft behauptet wird. Der Kalorienverbrauch hängt vielmehr von der Gewebe-Instandhaltung ab. Muskelgewebe benötigt einen kontinuierlichen Umsatz von Proteinen, um intakt zu bleiben. Ein Kilogramm Muskelmasse verbrennt am Tag etwa 13 kcal im Ruhezustand, während ein Kilogramm Fettgewebe nur etwa 4,5 kcal verbrennt.

Das Gehirn: Ein Energiefresser

Im Vergleich zu anderen Organen ist das menschliche Gehirn ein wahrer Energiefresser. Obwohl es nur etwa zwei Prozent der Körpermasse ausmacht, ist es für fast 20 Prozent des gesamten Energieverbrauchs verantwortlich. Das Gehirn benötigt rund 50 Prozent mehr Energie als das Herz. Dieser hohe Energiebedarf ist darauf zurückzuführen, dass das Gehirn rund um die Uhr aktiv ist und neuronale Aktivität, insbesondere für höhere Hirnfunktionen, besonders viel Energie verbraucht.

Wofür das Gehirn Energie benötigt

Das Gehirn reguliert nicht nur Körperfunktionen, sondern auch das emotionale Empfinden und die Konzentrationsfähigkeit. Für diese komplexen Prozesse benötigt es viel Energie. Eine Studie der Universität Lübeck hat gezeigt, dass nur etwa 5 Prozent des Energieverbrauchs des Gehirns für bewusstes Denken verwendet werden. Der Großteil der Energie wird für die Grundaktivität benötigt, die ständig von selbst ablaufende interne Kommunikation umfasst. Diese Grundaktivitäten umfassen auch lebenserhaltende Funktionen wie die Regulierung von Atmung, Puls und die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts.

Lesen Sie auch: Wie das Gehirn lernt

Gehirnstoffwechsel im Detail

Das Gehirn benötigt zur Energiegewinnung Glukose oder Ketonkörper sowie Sauerstoff. Diese Substrate überwinden die Blut-Hirn-Schranke und gelangen in die Nervenzellen. Bei diesem Gehirnstoffwechsel werden 20 Prozent des gesamten aufgenommenen Sauerstoffs verbraucht. Eine ausreichende Sauerstoffversorgung ist daher essentiell für die mentale Leistungsfähigkeit.

Sollte die Glukoseversorgung unterbrochen werden, kann das Gehirn seine Funktionen nur etwa 5 Minuten aufrechterhalten, was zeigt, wie klein die Glukosespeicher des Gehirns sind. Bei Energiemangel sorgt das Gehirn zunächst für die Aufrechterhaltung seiner Grundfunktionen und spart an bewussten Vorgängen wie Denken und Konzentrationsfähigkeit.

Treibstoff fürs Gedächtnis: Glukose vs. Ketonkörper

Das Gehirn kann entweder aus Glukose oder aus Ketonkörpern Energie gewinnen. Ketonkörper, die aus Fetten entstehen, sind eine bessere Energiequelle, da sie schneller und konstanter Energie liefern. Sie benötigen weniger Stoffwechselprozesse als Glukose und können die Blut-Hirn-Schranke leichter überwinden. Eine ketogene Ernährung, die reich an MCT-Öl ist, kann den Gehalt an Ketonkörpern im Blutplasma erhöhen und die kognitive Leistungsfähigkeit verbessern.

Körperliche Aktivität und Kognition im Alter

Neben der direkten Energieversorgung des Gehirns spielt auch körperliche Aktivität eine wichtige Rolle für die Gehirngesundheit, insbesondere im Alter. Studien haben gezeigt, dass körperliche Aktivität, insbesondere aerobes Training, das Potenzial hat, die Gesundheit des Gehirns zu unterstützen.

Einfluss von Bewegung auf die kognitiven Funktionen

Studien bei gesunden älteren Erwachsenen belegen moderate Effekte von langfristiger, körperlicher Aktivität auf die kognitive Leistungsfähigkeit. Die Effektstärken sind am größten bei den Maßen der exekutiven Funktionen (EF), der globalen Kognition und der Aufmerksamkeit. Aerobes Training verbessert die EF, das episodische Gedächtnis, die visuell-räumliche Funktion, die Wortflüssigkeit, die Verarbeitungsgeschwindigkeit und die globale kognitive Funktion. Krafttraining kann ebenfalls erhebliche Veränderungen in der funktionellen Hirnfunktion hervorrufen, insbesondere im präfrontalen Cortex (PFC), was mit Verbesserungen der EF einhergeht.

Lesen Sie auch: Gehirn und Stress: Ein Zusammenhang

Bewegung bei MCI und Demenz

Prospektive Beobachtungsstudien zeigen, dass größere Umfänge an körperlicher Aktivität mit einem verringerten Risiko für kognitive Beeinträchtigungen und Demenz verbunden sind. Bewegung kann auch zur Behandlung der Symptome von Demenz beitragen und die Kognition bei Personen mit einer klinischen Demenzdiagnose verbessern.

Mechanismen der positiven Wirkung von Bewegung

Die neurotrophe Hypothese erklärt die positive Wirkung von körperlicher Aktivität auf die kognitive Leistungsfähigkeit. Ausdauertraining regt auf molekularer und zellulärer Ebene Neuroplastizität an. Die trainingsbedingte erhöhte zentrale Zirkulation von neurotrophen und Wachstumsfaktoren (BDNF, IGF-1, VEGF) führt zur Hochregulation von Neurogenese, Synaptogenese, Gliogenese und Angiogenese. Diese strukturellen Veränderungen werden wahrscheinlich durch eine verbesserte zerebrovaskuläre Funktion als Folge von körperlicher Aktivität hervorgerufen.

Grundumsatz und Leistungsumsatz

Um den Energiebedarf des Körpers zu berechnen, sind der Grundumsatz und der Leistungsumsatz wichtig. Der Grundumsatz ist die Energiemenge, die der Körper bei völliger Ruhe verbraucht. Der Leistungsumsatz umfasst den Energieverbrauch für körperliche Aktivität.

Faktoren, die den Grundumsatz beeinflussen

• Alter: Die Stoffwechselvorgänge verlangsamen sich mit zunehmendem Alter.
• Geschlecht: Der Grundumsatz ist bei Männern höher als bei Frauen, da Männer mehr Muskelmasse haben.
• Größe und Gewicht: Je größer die Körperoberfläche, desto größer ist die Wärmeabgabe an die Umgebung.
• Hormone: Schilddrüsenhormone und Adrenalin steigern den Grundumsatz.
• Individuelle Faktoren: Stress erhöht den Grundumsatz, Depressionen senken ihn.

Messung des Energieumsatzes

Der Energieumsatz kann durch indirekte Kalorimetrie gemessen werden, wobei die Sauerstoffaufnahme als Maß für den Energieumsatz dient.

Praktische Tipps für eine optimale Energieversorgung des Gehirns

• Ausgewogene Ernährung: Achten Sie auf eine ausgewogene Ernährung mit ausreichend Glukose und gesunden Fetten.
• Ketogene Ernährung: Erwägen Sie eine ketogene Ernährung, um die Ketonkörperproduktion zu fördern.
• Regelmäßige Bewegung: Integrieren Sie regelmäßige körperliche Aktivität in Ihren Alltag, um die Gehirngesundheit zu fördern.
• Stressmanagement: Reduzieren Sie Stress, um den Grundumsatz nicht unnötig zu erhöhen.
• Ausreichend Schlaf: Achten Sie auf ausreichend Schlaf, um die kognitive Leistungsfähigkeit zu unterstützen.

Lesen Sie auch: Überraschende Einblicke in den Gehirnstoffwechsel

tags: #energieverbrauch #gehirn #muskeln