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Energie & Leistung
Bioinformatik BSc 2015
Dr. Alexander Stahn
Institut für Physiologie
Zentrum für Weltraummedizin Berlin
CharitéCrossOver
UNIVERSITÄTSMEDIZIN BERLIN
Lernziele Energie & Leistung (VL, S & PR)
Die StudentInnen...
ü  kennen und verstehen grundlegende Begriffe von Energie, Arbeit und Leistung und
können diese im Hinblick auf physikalische und metabolische Zusammenhänge
differenzieren und anwenden.
ü  können die unterschiedlichen Anteile des Energieumsatzes unterscheiden und
quantifizieren.
ü  kennen und verstehen die Energiespeicher und -gewinnung und ihre relative
Bedeutung in Ruhe und bei körperlicher Belastung.
ü  kennen die physiologischen Brennwerte (energiereichen) Nährstoffe, ihre
respiratorischen Quotienten und kalorischen Äquivalente und ihre jeweilige
Bedeutung für die Energiegewinnung.
ü  kennen Verfahren und Prinzipien zur Bestimmung der physikalischen und
metabolischen Leistung.
ü  können physikalische und metabolische Leistung berechnen anhand grundlegender
Daten wie Sauerstoffaufnahme sowie Weg, Kraft und Zeit berechnen.
© Physiologie
Lernziele Energie & Leistung (VL, S & PR)
Die StudentInnen...
ü  können die Bedeutung der Sauerstoffaufnahme für die aerobe Energiebereitstellung
erörtern.
ü  können die Kontrolle der Energiebereitstellung (allosterische vs. hormonelle Kontrolle)
beschreiben.
ü  können das Zusammenwirken der Organsystem für die Sauerstoffaufnahme erläutern.
ü  können die Bedeutung der Sauerstoffaufnahme für die Ausdauerleistungsfähigkeit
erörtern.
ü  kennen die Zusammenhänge von Herzminutenvolumen, arteriovenöser
Sauerstoffdifferenz und Sauerstoffaufnahme (Fick‘sche Formel) und können anhand
dessen die Bedeutung des Herzminutenvolumen erörtern.
© Physiologie
Lernziele Energie & Leistung (VL, S & PR)
Die StudentInnen...
ü  können die Anpassung des Herzkreislauf- und Atmungssystems und ihre Auswirkung
auf die Sauerstoffaufnahme bei körperlicher Belastung quantifizieren und erläutern.
ü  können die Anpassung der Durchblutungsregulation bei körperlicher Belastung
(systemisch vs. lokal) und ihre Auswirkung auf das Herzkreislaufsystem (Blutdruck
und totaler peripherer Widerstand) beschreiben.
ü  können anhand der Durchblutungsregulation während körperlicher Belastung
erläutern, warum zumindest theoretisch das Herzminutenvolumen die aerobe
Ausdauerleistungsfähigkeit (VO2max) limitiert.
© Physiologie
Energie
Energie (energy): E
Fähigkeit eines Systems Arbeit zu verrichten
Einheit:
Joule (J) – SI Einheit
Kalorie (cal) – veraltet (1 cal = die Energie um 1cm³ Wasser von 14,5 auf 15,5 °C zu
erwärmen)
1 J = 0,239 cal
1 cal = 4,187 J
1 kcal = 1 Kilokalorie, jedoch häufig umgangssprachlich als „Kalorie“ bezeichnet
© Physiologie
Energieumsatz
nahrungsinduzierte Thermogenese
Grundumsatz
© Physiologie
körperliche Aktivität
Energieumsatz
täglicher Energieumsatz:
Grundumsatz + Leistungsumsatz + Verdauungsumsatz
Grundumsatz = Energiemenge, die ein nüchterner Mensch, pro
Tag bei völliger Ruhe und in Indifferenztemperatur (28°C) zur
Aufrechterhaltung der Körperfunktionen benötigt
© Physiologie
Grundumsatz und Organe
%
Körpergewicht
Organ
% Gewicht
Hirn
Herz
Niere
Leber
GI-Trakt
Muskel
Lunge
Haut
Rest
Muskel
GI-Trakt
%
Ruheumsatz
2
0,5
0,5
2,2
1,7
41,5
0,9
7,7
43,1
% BMR
16,1
10,7
7,7
18,9
14,8
14,9
4,4
1,7
10,8
Hirn
Leber
Niere
Herz
Daten aus: LC Aiello, Br J Genetics, 1997
© Physiologie
Grundumsatz, Geschlecht & Alter
_ 60 [W /m2]
_ 40 [W /m2]
_ 33 [W /m2]
© Physiologie
Energieumsatz
täglicher Energieumsatz:
Grundumsatz + Leistungsumsatz + Verdauungsumsatz
Grundumsatz = Energiemenge, die ein nüchterner Mensch, pro
Tag bei völliger Ruhe und in Indifferenztemperatur (28°C) zur
Aufrechterhaltung der Körperfunktionen benötigt
Leistungsumsatz = die über den Grundumsatz hinaus benötigte
Energie
© Physiologie
Energieumsatz
täglicher Energieumsatz:
Grundumsatz + Leistungsumsatz + Verdauungsumsatz
Grundumsatz = Energiemenge, die ein nüchterner Mensch,
pro Tag bei völliger Ruhe und in Indifferenztemperatur (28°C)
zur Aufrechterhaltung der Körperfunktionen benötigt
Leistungsumsatz = die über den Grundumsatz hinaus
benötigte Energie
Verdauungsumsatz = Energiemenge, die für die Verdauung,
Absorption und Verstoffwechselung der Nahrung benötigt wird
© Physiologie
Energieumsatz im Überblick
Energieumsatz (kcal pro Tag)
2500
2000
1500
1000
500
0
© Physiologie
Energieumsatz
BMI > 25 < 30
GU (MJ/d) = 0,045 x KG (kg) + 1,006 x Geschlecht (0 = f; 1 = m) – 0,015 x Alter (J) + 3,407
BMI > 30
GU (MJ/d) = 0,05 x KG (kg) + 1,103 x Geschlecht (0 = f; 1 = m) – 0,016 x Alter (J) + 2,924
Müller et al, 2004
[kcal/Tag]
Männner
[ kJ/Tag]
[ W]
[kcal/Tag]
Frauen
[ kJ/Tag]
[ W]
Grundumsatz
Ruheumsatz
Freizeitumsatz
1700
7100
82
1500
6300
73
2000
8400
97
1750
7300
84
2300
9600
111
2000
8400
97
leichte Arbeit
3000
12600
146
2600
10900
126
mittelschwere Arbeit
3600
15100
175
3100
13000
150
schwere Arbeit
4200
17600
204
3600
15100
175
sehr schwere Arbeit
4800
20100
233
© Physiologie
Messung des Energieumsatzes
direkte Kalorimetrie:
durch Messung der gesamten
in Wärme umgesetzten Energie
© Physiologie
Messung des Energieumsatzes
indirekte Kalorimetrie:
durch Messung des aufgenommenen –
also verstoffwechselten Sauerstoffs
Sauerstoffaufnahme: VO2 (l / min)
VO2 (l / min) = (VI x FIO2) – (VE x FEO2)
= (VI x 20.93%) – (VE x FEO2)
© Physiologie
Messung des Energieumsatzes
Umgesetzte Energie pro Liter O2 ist abhängig von
der Art der verstoffwechselten Nährstoffe
Respiratorischer Quotient (RQ):
abgegebener CO2 / aufgenommenen O2
C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O
RQ= 6 CO2 / 6 O2 =1
C16H32O2 + 23 O2  16 CO2 + 16 H2O
RQ= 16 CO2 / 23 O2 =0,696
Anteil KH (%) Anteil Fett (%) RQ (CO2/O2) kcal/l O2 g CHO/l O2 g Fett /l O2
100
0
1,00
5,05
1,23
0,00
80
20
0,94
4,97
0,96
0,11
60
40
0,88
4,89
0,70
0,21
40
60
0,82
4,82
0,45
0,31
20
80
0,76
4,75
0,21
0,41
0
100
0,70
4,68
0,00
0,50
© Physiologie
Messung des Energieumsatzes
Anteil KH (%) Anteil Fett (%) RQ (CO2/O2) kcal/l O2 g CHO/l O2 g Fett /l O2
100
0
1,00
5,05
1,23
0,00
0
100
0,70
4,68
0,00
0,50
100% Kohlenhydrate:
1,23 g pro 1 l O2
E=5,05 kcal
100% Fett:
0,50 g pro 1 l O2
E=4,68 kcal
© Physiologie
Messung des Energieumsatzes
Anteil KH (%) Anteil Fett (%) RQ (CO2/O2) kcal/l O2 g CHO/l O2 g Fett /l O2
100
0
1,00
5,05
1,23
0,00
0
100
0,70
4,68
0,00
0,50
100% Kohlenhydrate:
1,23 g pro 1 l O2
E=5,05 kcal
Brennwert:
5,05 kcal / 1,23 g = 4,1 kcal / g = 17,2 kJ / g
100% Fett:
0,50 g pro 1 l O2
E=4,68 kcal
Brennwert:
4,68 kcal / 0,5 g = 9,3 kcal / g = 39 kJ / g
© Physiologie
Messung des Energieumsatzes
Anteil KH (%) Anteil Fett (%) RQ (CO2/O2) kcal/l O2 g CHO/l O2 g Fett /l O2
100
0
1,00
5,05
1,23
0,00
0
100
0,70
4,68
0,00
0,50
Kohlenhydrate :
= 4,1 kcal / g = 17,2 kJ / g
Fett:
= 9,3 kcal / g = 39 kJ / g
Protein:
physikalischer
Brennwert = 5,5 kcal / g = 23 kJ / g
kein vollständiger Abbau zu CO2 & H2O
ca. 1 g Harnstoff / 3 g Protein ausgeschieden
Harnstoff: 2,1 kcal /g = 10 kJ / g
physiologischer
Brennwert = 4,1 kcal / g = 17,2 kJ / g
© Physiologie
Messung des Energieumsatzes
Anteil KH (%) Anteil Fett (%) RQ (CO2/O2) kcal/l O2 g CHO/l O2 g Fett /l O2
100
0
1,00
5,05
1,23
0,00
0
100
0,70
4,68
0,00
0,50
Kohlenhydrate :
= 4,1 kcal / g = 17,2 kJ / g
Fett:
= 9,3 kcal / g = 39 kJ / g
Protein:
= 4,1 kcal / g = 17,2 kJ / g
Albumin + 77 O2  63 CO2 +
38 H2O + SO3 + 9 CO(NH2)2
RQ= 63 CO2 / 77 O2 =0,8
Anteil des verstoffwechselten („verbrannten“)
Proteins ≈ 10%; die zusätzliche Einberechnung
des Protein-RQ=0,8 mit Messung der Stickstoffausscheidung wird daher als Einflussgröße in
der indirekten Kalorimetrie vernachlässigt
© Physiologie
Messung des Energieumsatzes
Anteil KH (%) Anteil Fett (%) RQ (CO2/O2) kcal/l O2 g CHO/l O2 g Fett /l O2
100
0
1,00
5,05
1,23
0,00
0
100
0,70
4,68
0,00
0,50
Kohlenhydrate :
= 4,1 kcal / g = 17,2 kJ / g
Fett:
= 9,3 kcal / g = 39 kJ / g
Protein:
= 4,1 kcal / g = 17,2 kJ / g
indirekte Kalorimetrie:
nach Bestimmung des RQ
 Feststellung der pro Liter O2 freigesetzten Energie
= kalorisches Äquivalent
Mittelwert ≈ 5 kcal / l O2 ≈ 20 kJ / l O2
© Physiologie
Messung des Energieumsatzes
Aber: pro Liter O2:
(= kalorisches Äquivalent)
Mittelwert: ~ 20 kJ/L O2
© Physiologie
= 17,2 KJ
39,0 KJ
= 21,1 kJ
19,6 kJ
Messung des Energieumsatzes
indirekte Kalorimetrie
Beispiel in Ruhe
Proband m = 80 kg
VO2 = 3,5 ml / kg KG / min = relative O2 Aufnahme
VO2 = 280 ml / min = absolute O2 Aufnahme
© Physiologie
Messung des Energieumsatzes
indirekte Kalorimetrie
Beispiel in Ruhe
Proband m = 80 kg
VO2 = 3,5 ml / kg KG / min = relative O2 Aufnahme
VO2 = 280 ml / min = absolute O2 Aufnahme
Energieumsatz:
(bei kal. Äquivalent ≈ 5 kcal bzw. 20 kJ / l O2)
0,28 l / min x 5 kcal / l bzw. 20 kJ / l
=1,4 kcal / min bzw. 5,6 kJ / min
≈ 330 kJ / h (≈ 80 kcal / h = 1kcal / kg KG / h)
≈ 8000 kJ / d a Grundumsatz
8000 kJ / 86400 s
≈ 90 J / s
≈ 90 W Leistung im Grundumsatz
© Physiologie
3,5 ml / kg KG / min
= VO2 in Ruhe
= 1 MET (Metabolic Equivalent)
Wo speichert der Organismus
die Energie?
© Physiologie
Energiespeicher
Glycogen
© Physiologie
Energiespeicher
Glycogen
300 g-500 g
≈ 4.800-8.000 kJ (1.200-2.000 kcal)
© Physiologie
Energiespeicher
Glycogen
300 g – 500 g
≈ 4.800 - 8.000 kJ (1.200 – 2.000 kcal)
Fett
Männer: 10% - 20% Körpermasse
Frauen: 20% - 30% Körpermasse
≈ 10 – 20 kg
≈ 400.000 – 800.000 kJ
(100.000 – 200.000 kcal)
© Physiologie
Energiespeicher
Glycogen
300 g – 500 g
≈ 4.800 - 8.000 kJ
(1.200 – 2.000 kcal)
Fett
Männer: 10% - 20% Körpermasse
Frauen: 20% - 30% Körpermasse
≈ 10 – 20 kg
≈ 400.000 – 800.000 kJ
(100.000 – 200.000 kcal)
Protein
 Muskulatur
≈ 5-10kg dry muscle (Protein)
≈ 80.000 – 160.000 kJ (20.000 - 40.000kcal)
theoretische Werte
© Physiologie
Energiespeicher im Überblick
Fettgewebe
15 kg Fett (Lipide)
Muskel
6 kg
Muskel
+ Leber
Blutplasma
© Physiologie
450 g
3g
reicht theoretisch für:
50-60 Tage
Protein
(10-12 Tage)
Glycogen
18-24 Stunden
Glukose
>30 Minuten
Wie gewinnt der Organismus
die Energie?
© Physiologie
Energiegewinnung - ATP
ATP – „universelle Energiegewährung“
Adenosin-P-P-P + H2O  Adenosin-P-P + Pi
› ATPase
Energie DG: ≈ -37 kJ / mol
(unter physiologischen Bedingungen 37°C,
-negatives Vorzeichen=exergonisch,
Energie wird freigesetzt)
© Physiologie
Energiegewinnung - ATP & KP
Hydrolyse von ATP
ATP + H20 –––> ATP + P [-37 kJ]
ü  SOFORT und ohne O2.
ü  SCHNELL
ü  LIMITIERT!
© Physiologie
Energiequellen – ATP & KP
ATP Speicher – begrenzte Quelle!
ATP – Pool
≈ 30 mmol / kg dry muscle
≈ 250 mmol
≈ 10kJ (2kcal)
Kreatinphosphat (PCr)
≈ 100 mmol / kg dry muscle
≈ 1 mol
≈ 35kJ (8kcal)
Resynthese von ATP mittels weiterer
Energiequellen notwendig!
© Physiologie
Energiegewinnung
Glykolyse: anaerob & aerob
ATP ist die
„universelle
Energiewährung“
Bereitstellung aus:
Glycolyse
 
anaerob
© Physiologie
Energiegewinnung
Glykolyse: anaerob & aerob
ATP ist die
„universelle
Energiewährung“
Bereitstellung aus:
Glycolyse
 
anaerob
Citratsäurezyklus

Oxydative
Phosphorylierung
© Physiologie
Energiegewinnung
Lipolyse: aerob
ATP ist die
„universelle
Energiewährung“
Bereitstellung aus:
Glycolyse β-Oxydation
 
anaerob

Citratsäurezyklus

Oxydative
Phosphorylierung
© Physiologie
Energiegewinnung
Proteinabbau
ATP ist die
„universelle
Energiewährung“
Bereitstellung aus:
Glycolyse β-Oxydation Proteinabbau
 
anaerob


Citratsäurezyklus

Oxydative
Phosphorylierung
© Physiologie
Messung der physikalischen
Leistung
Stufentest = 1544 W (über 0,5 s)
Fahrradergometer = 200 W (über 5 min)
Unterschiedliche Leistungen erfordern unterschiedliche
Systeme der Energiebereitstellung!
© Physiologie
Energiegewinnung und Belastung
ATP Speicher
ATP – Pool
Kreatinphosphat (PCr)
 Belastungsbeginn
© Physiologie
Energie und Belastung
ATP Speicher
ATP – Pool
Kreatinphosphat (PCr)
 Belastungsbeginn
ATP Produktion zur Auffüllung
des ATP-Pools & PCr
anaerobe Glycolyse
© Physiologie
Energiegewinnung und Belastung
ATP Speicher
ATP – Pool
Kreatinphosphat (PCr)
 Belastungsbeginn
ATP Produktion zur Auffüllung
des ATP-Pools & PCr
anaerobe Glycolyse
aerobe ATP Produktion
Glycolyse
β-Oxydation
Proteinabbau
© Physiologie
Energiegewinnung und Belastung
ATP Speicher
ATP – Pool
Kreatinphosphat (PCr)
 Belastungsbeginn
ATP Produktion zur Auffüllung
des ATP-Pools & PCr
anaerobe Glycolyse
aerobe ATP Produktion
Glycolyse
β-Oxydation
Proteinabbau
© Physiologie
Energiegewinnung und Belastung
ATP Speicher
ATP – Pool
Kreatinphosphat (PCr)
 Belastungsbeginn
 Belastung sehr hoher Intensität
(erfordert schnell Energie)
ATP Produktion zur Auffüllung
des ATP-Pools & PCr
anaerobe Glycolyse
 Belastung hoher/mittlerer Intensität
aerobe ATP Produktion
Glycolyse
β-Oxydation
Proteinabbau
 Belastung geringer Intensität
© Physiologie
Kontrolle der Energiebereitstellung
Belastungsbeginn / Intensive Belastung
schnelle Kontrolle –
allosterische Regulation
von Schlüsselenzymen
© Physiologie
Kontrolle der Energiebereitstellung
Ausdauerbelastung,
sog. steady-state-exercise
langsame Kontrolle –
hormonelle Regulation
© Physiologie
Energie und Belastung
Ausdauerbelastung,
sog. steady-state-exercise
langsame Kontrolle –
hormonelle Regulation
© Physiologie
Messung des Energieumsatzes
unter Belastung
© Physiologie
Messung des Energieumsatzes
unter Belastung
indirekte Kalorimetrie
Beispiel unter Belastung
© Physiologie
Messung des Energieumsatzes
unter Belastung
indirekte Kalorimetrie
Beispiel unter Belastung
Proband m = 75 kg
VO2 = 40 ml / kg KG / min
= relative O2 Aufnahme
VO2 = 3000 ml / min
= absolute O2 Aufnahme
© Physiologie
Messung des Energieumsatzes
unter Belastung
indirekte Kalorimetrie
Beispiel unter Belastung
Proband m = 75 kg
VO2 = 40 ml / kg KG / min
= relative O2 Aufnahme
VO2 = 3000 ml / min
= absolute O2 Aufnahme
Energieumsatz:
(bei kal.Äquivalent ≈ 5 kcal bzw. 20 kJ / l O2)
3 l / min x 5 kcal / l bzw. 20 kJ / l
=15 kcal / min bzw. 60 kJ / min
=60000 J / min =1000 J / s =1000 W
„verbrannte“ chemische Energie pro Zeiteinheit
© Physiologie
40 ml / kg KG / min
≈11 METs (11-fache der Ruhe VO2)
Energieumsatz und Wirkungsgrad
Mechanische Leistung
=
chemische Leistung?
Wirkungsgrad
© Physiologie
Exkurs: Physikalische Größen
Kraft (force): F
Geschwindigkeitsänderung
=Beschleunigung einer Masse
F = m x a (N, Newton)
1 N = 1 kg x m / s²
© Physiologie
Exkurs: Physikalische Größen
Kraft (force): F
Geschwindigkeitsänderung
=Beschleunigung einer Masse
F = m x a (N, Newton)
Gewichtskraft: FG= m x g
Erde:
© Physiologie
g = Fallbeschleunigung 9,81 m/s²
Exkurs: Physikalische Größen
Kraft (force): F
Geschwindigkeitsänderung
=Beschleunigung einer Masse
F = m x a (N, Newton)
Gewichtskraft: FG= m x g
Erde:
Mond:
© Physiologie
g = Fallbeschleunigung 9,81 m/s²
g = Fallbeschleunigung 1,57 m/s²
≈ 16% relative Schwere
Exkurs: Physikalische Größen
Kraft (force): F
Geschwindigkeitsänderung
=Beschleunigung einer Masse
F = m x a (N, Newton)
Gewichtskraft: FG= m x g
Erde:
Mond:
Mars:
© Physiologie
g = Fallbeschleunigung 9,81 m/s²
g = Fallbeschleunigung 1,57 m/s²
≈ 16% relative Schwere
g = Fallbeschleunigung 3,83 m/s²
≈ 39% relative Schwere
Exkurs: Physikalische Größen
Kraft (force): F
Geschwindigkeitsänderung
=Beschleunigung einer Masse
F = m x a (N, Newton)
Gewichtskraft: FG= m x g
Erde:
g = Fallbeschleunigung 9,81 m/s²
in 200 km – Shuttlemissionen
g = 9,22 m/s² ≈ 94% relative Schwere
in 350 km – ISS-Orbit
g = 8,82 m/s² ≈ 90% relative Schwere
© Physiologie
Exkurs: Physikalische Größen
Kraft (force): F
Geschwindigkeitsänderung
=Beschleunigung einer Masse
F = m x a (N, Newton)
Gewichtskraft: FG= m x g
Erde:
g = Fallbeschleunigung 9,81 m/s²
in 200 km – Shuttlemissionen
g = 9,22 m/s² ≈ 94% relative Schwere
in 350 km – ISS-Orbit
g = 8,82 m/s² ≈ 90% relative Schwere
in 350km: bei 7700 m/s gilt: FZ = FG  Mikrogravitation
(FZ = Zentrifugalkraft)
© Physiologie
Exkurs: Physikalische Größen
Arbeit (work): W
Energieübertragung von einem System in
ein anderes; in der Mechanik durch Wirken
einer Kraft entlang eines Weges
W = F x s (J, Joule; Nm, Newtonmeter)
1 J = 1 Nm = 1 kg x m² / s²
© Physiologie
Exkurs: Physikalische Größen
Arbeit (work): W
Energieübertragung von einem System in
ein anderes; in der Mechanik durch Wirken
einer Kraft entlang eines Weges
W = F x s (J, Joule; Nm, Newtonmeter)
1 J = 1 Nm = 1 kg x m² / s²
10 kg über 10 m gegen die Schwerkraft zu heben:
= 981 J oder 981 Nm
© Physiologie
Exkurs: Physikalische Größen
Arbeit (work): W
Energieübertragung von einem System in
ein anderes; in der Mechanik durch Wirken
einer Kraft entlang eines Weges
W = F x s (J, Joule; Nm, Newtonmeter)
1 J = 1 Nm = 1 kg x m² / s²
10 kg über 10 m gegen die Schwerkraft zu heben:
= 981 J oder 981 Nm
© Physiologie
Exkurs: Physikalische Größen
Leistung (power): P
Arbeitsrate, Quotient aus geleisteter Arbeit pro Zeiteinheit
P = W / t (W, Watt)
1W=1J/s
10 kg über 10 m gegen die Schwerkraft in 10 Sekunden zu
heben:
= 10 kg x 9,81 m/s² x 10 m / 10 s
= 981 Nm / 10 s
= 981 J / 10 s
= 98,1 J/s
= 98,1 W
© Physiologie
Messung der physikalischen
Leistung
Stufentest, Fahrradergometer,
Laufband, Ruderergometer u.a.
© Physiologie
Messung der physikalischen
Leistung
Beispiel Stufentest:
Masse des Probanden: 75 kg
Zeit für 1,05 m: 0,5 s
75 kg x 9,81 m/s² x 1,05 m
= 772 Nm
= 772 J
772 J / 0,5 s
= 1544 J/s
= 1544 W
© Physiologie
Messung der physikalischen
Leistung
Beispiel Fahrradergometer:
Belastung für 5 min bei 50 U/min und
einem Widerstand von 40 N,
Umfang des Schwungrades 6 m
40 N x 6 m x 250 U (50 U/min über 5 min)
= 60000 Nm
= 60000 J
60000 J / 300 s (5 x 60 s)
= 200 W
© Physiologie
Wirkungsgrad
Wirkungsgrad: η (eta)
= Verhältnis der abgegebenen mechanischen Leistung zur
aufgenommenen, „verbrannten“ chemischen
Leistung
Einheit: dimensionslos
Angabe: 0 – 1 bzw. 0% - 100%
Berechnung aus abgegebener
mechanischer Leistung
200 W Fahrradergometer
und dabei verbrannter chemischer Leistung
1000 W indirekte Kalorimetrie
η =200 W / 1000 W
= 0,20 bzw. 20%
20% der verstoffwechselten chemischen Energie wird in
mechanische Leistung umgesetzt, der Rest in Wärme.
© Physiologie
Literatur
•  Klinke, Silbernagl
Lehrbuch der Physiologie, 7. Aufl., Kap. 16
Leistungsphysiologie, Thieme Verlag
•  Silverthorn, Physiologie, 4. Aufl., Kap. 18.4.2 Regulation der
Atmung, Kap. 25 Integrative Physiologie III: Bewegung, Pearson
Studium
•  Schmidt, Thews, Lang, Physiologie des Menschen, 28. Aufl.
Kap. 39 Energie und Wärmehaushalt, Temperaturregulation,
Kap. 40 Sport- und Arbeitsphysiologie, Springer Verlag
© Physiologie