Auch auf den Grundumsatz kommt noch ein Sahnehäubchen drauf, das die Leistungsmessung an der Pedale nicht sieht: Die Temperatur des Körpers steigt bei Belastung und das, was an Wärme verloren geht, ist mehr, als beim Ruhezustand.

Ich bin der Frage nachgegangen und habe gerechnet. Der Einfachheit halber für Glucose (als Kohlenhydrat) und Ölsäure (als Fett).

Die Verbrennung von 1 g Glucose liefert 3,72 kcal (=15,57 kJ) und 1,47 g CO2. Macht also ca. 400 mg CO2 pro kcal. Längerkettige Kohlenhydrate dürften etwas darunter liegen.

Die Verbrennung von 1 g Ölsäure liefert 9,46 kcal (=39,56 kJ) und 2,80 g CO2. Macht also ca. 300 mg CO2 pro kcal. Fett selbst als Triglycerid dürfte etwas höher liegen.

Proteine sollten dazwischen liegen, aber eher nah dran an den Kohlenhydraten.

Der Unterschied ist gar nicht so groß, wie ich vorher gedacht hätte. Aber von "sehr exakt" ist das mit einem Fehler von 25% doch noch ziemlich weit entfernt. Es kann natürlich auch sein, dass beim Sport nur die eher schnell laufenden Energieprozesse beitragen (Kohlenhydrate), und Fette keine Rolle spielen. Die Verdauung von Fetten geht ja eher langsam vor sich.

Gruß
Thoralf

Das Problem ist, dass wir gar nicht so genau definiert haben, was wir eigentlich messen wollen.

Die Leistungsmesskurbeln dürften nahezu ideal sein, um zu messen, wie viel Leistung man auf die Pedale bekommt. Leistung korrespondiert dann mit der gefahrenen Geschwindigkeit (das ist ja letztlich das, was den Sportler interessiert) - zumindest fast. Denn es kommt noch der Wirkungsgrad der "Maschine" Fahrrad hinzu: Luftwiderstand, Reibung im Antrieb, Rollwiderstand, etc.

Der Mensch selbst ist technisch gesehen auch eine Maschine mit Wirkungsgrad. Um eine (Sekundär)Energie X auf die Pedale zu bekommen (also die, die man mit der Leistungsmesskurbel messen kann), muss ich X+Y (Primär)Energie im Körper "aufbrauchen/umwandeln". Kalorimetrische Ansätze über den Gasgehalt der Luft, versuchen die umgesetzte Primärenergie zu bestimmen. Dabei sollte in Y der Grundumsatz mit dabei sein, aber auch Energie, die der Körper selbst aus "Ineffizienz" bei der Anstrengung vertut: die Erhöhung der Körpertemperatur ist dabei, aber auch z.B. eine teils erhebliche Wärmeabgabe durch Schwitzen. Bin ich eher am Abnehmen und einem Ernährungsplan interessiert, dann interessiert mich wohl eher X+Y, ich will ja viel "Primärenergie verbraten" und nicht in erster Linie eine maximale körperliche Leistung X vollbringen.

Was konkret die Gasmessung betrifft: Die Hautatmung kann man sicher vernachlässigen. Die beträgt beim Menschen 1%, bei hoher sportlicher Intensität dürfte es noch weniger sein (wird ja nicht mehr Hautfläche, aber die Lungenatmung schneller/intensiver).

Das Problem bei der reinen Gasmessung ist, dass wir keine Verbrennung eines Reinstoffs vorliegen haben. Wenn man z.B. reinen Kohlenstoff verbrennen würde, dann kann man aus dem Sauerstoff/Kohlenstoff-Anteil vor und nach der Verbrennung (sprich Ein- und Ausatemluft) exakt bestimmen, wie viel Kohlenstoff und damit auch wie viel Energie umgesetzt wurde.

Im menschlichen Körper ist das aber viel komplizierter. Da wird ein Gemisch an "Brennstoffen" vertan, Zucker und Fette dürften die beiden Hauptenergieträger dabei sein, aber nicht nur und auch diese gibt es in verschiedenen Ausprägungen mit unterschiedlichem Energiegehalt. Vielleicht übersehe ich etwas, vermute aber mal stark, dass man auch bei der Gasmessung Annahmen zur Verbrennung im Körper macht. So in der Art wie Thoralf es eben schrieb:

Hier gibt es eine Rechenaufgabe dazu.

Was wir unterschlagen haben ist folgendes: Man kann sowohl die Menge des aufgenommenen Sauerstoffs, als auch die Menge des abgegebenen Kohlenstoffdioxids bestimmen. Eigentlich würde einer der beiden Werte reichen, um die Menge des umgesetzten Bremmstoffs zu bestimmen. Das Verhältnis von aufgenommenem Sauerstoff zu abgegebenem Kohlenstoffdioxid unterscheidet sich: Bei der Glukoseverbrennung kommt auf ein Mol Sauerstoff ein Mol Kohlenstoffdioxid. Bei der Verbrennung von Stearinsäue auf ein Mol Sauerstoff 9/13 Mol Kohlenstoffdioxid.
Wenn also nur eine Verbrennung dieser beiden Stoff vorliegen würde, könnte man aus dem Verhältnis von zugeführtem Sauerstoff zu abgegebenem Kohlenstoffdioxid das Mischverhältnis des Brennstoffs (sprich die Anteile von Fett-/Glukoseverbrennung) bestimmen (und darüber viel exakter die umgesetzte Energie).
Aber wie gesagt: Im menschlichen Körper wird nicht nur ein Zwei-Stoff-Gemisch verbrannt, damit dürfte das Gleichungssystem dann letztlich unterbestimmt sein (und man muss Annahmen treffen).

Eigentlich wissen wir das doch. Wir wollen den "Verbrauch" ermitteln. Und der Kraftstoff liegt im menschlichen Körper in Form von Fetten, Kohlehydraten und Proteinen vor. Habe ich was vergessen?
Dass es komplizierter als bei Motoren ist, ist mir schon klar. Zumal der Körper alle drei Energiearten gleichzeitig verstoffwechselt, aber dies, so weit ich es in Erinnerung habe, nicht direkt, in dem er sie verbrennt. Fette müssen erst aufgespalten usw.
Das ist aber für unsere Fragestellung nicht wirklich bedeutend.

Aber Thoralfs Rechnung ist das, was mir einleuchtend, eher zu beachten ist. Nämlich, dass die unterschiedlichen Energieträger unterschiedliche "Brennwerte" haben und man anhand der Messung der Verbrennungsprodukte nicht feststellen kann, was verbrannt wurde. Es ist den CO2 nicht anzusehen.
Einen weiteren Fehler habe ich wohl gemacht, als ich voraussetze, dass jedes gemessene Sauerstoffatom in der beim ausatmen gemessenen Atemluft tatsächlich auch eingeatmet wurde, was so wohl nicht stimmen muss, wenn ich es recht bedenke.

Ein mol CO2 pro mol Sauerstoff gilt für alle Kohlenhydrate, die der Formel CmH2nOn genügen (also für Glucose, Fructose, Saccharose, Lactose, Maltose, Stärke, Glycogen, Oligosaccharide aus dem Energiegel etc. pp.).

Bei den Fetten varriiert das etwas je nach Kettenlänge und Anzahl der Doppelbindungen, und bei den Proteinen auch (hydrophile oder hydrophobe Aminosäuren).

Aber zumindest als Hausnummer scheint die Methode durchaus brauchbar zu sein. Die meisten Fehler mitteln sich glücklicherweise wieder aus.

Gruß
Thoralf

In der sportlichen Begleitung wir die Spirometrie überwiegend dazu verwendet, um zu messen, in wieweit man in der Lage ist, Fette zu verbrennenn.
Man kann damit gut nachweisen, dass bereits eine geringe Zuckermenge dazu führt, dass der Organismus sehr schnell die Fettverbrennung zurückfährt, was ja auch eine ganz intelligente Regelung ist. Dies geschiet auch im ganz normalen Alltag.
Daraus hat sich auch dieses Intervallfasten entwickelt, wobei man über möglichst 12-14 Stunden keine Kohlenhydrate zu sich nimmt oder sogar überhaupt nichts isst.
Das ist nicht mal so schwer, wenn man z.B. bereits 8h schläft.

Das würde bedeuten, dass der Körper auf anderen Kanälen (Haut?) Sauerstoff aufnehmen oder vorher in größeren Mengen speichern kann. Ohne es genau zu wissen, nehme ich an, dass beide Effekte, wenn überhaupt vorhanden, verschwindend gering sind. Ein Apnoe-Taucher kommt gut trainiert zwar mehrere Minuten aus, ohne Luft zu holen und atmet unter Wasser aus, aber danach holt er sich den Sauerstoff. Bei einem aktiven Radfahrer ist die Zeit, die der Körper ohne Sauerstoffzufuhr auskommt, deutlich kleiner.

Nein, der Effekt liegt völlig woanders. Die meisten Biomoleküle enthalten nämlich recht viele Sauerstoffatome, ibs. Kohlenhydrate und Proteine. Ein Ausnahme sind gerade die Fette, deshalb liefern sie mehr Energie, und deswegen ist das Verhältnis von eingeatmetem Sauerstoff zu ausgeatmetem Kohlendioxid auch anders.

Fazit - Kohlenhydratmoleküle enthalten schon recht viel Sauerstoff, Fettsäuren sehr wenig.

Beispiel 1 - Verbrennung von Saccharose (=Zucker):

C12H22O11 + 12 O2 ---> 12 CO2 + 11 H2O

Beispiel 2 - Verbrennung von Laurinsäure (gleiche Anzahl an Kohlenstoffatomen wie Glucose)

C12H26O2 + 17.5 O2 ---> 12 CO2 + 13 H2O

Beide Moleküle haben die gleiche Anzahl an Kohlenstoffatomen, erzeugen also die gleiche Menge an CO2. Aber für die Fettsäure braucht man mehr eingeatmeten Sauerstoff, weil das Molekül weniger Sauerstoffatome enthält (nämlich nur 2 O auf 12 C-Atome, während die Saccharose 11 O auf 12 C-Atome enthält). Die Fettsäure liefert aber auch mehr Energie.

Gruß
Thoralf

In der Hoffnung, dass mich ein hier moderierender Chemiker nicht kommentarlos sperrt oder zum Putzen aller Räder der Berliner Gemeinde verurteilt und mit dem Geständnis, dass meine chemischen Kenntnisse ein halbes Jahrhundert alt sind: das meinte ich nicht. Aber wenn ich es richtig sehe, werden dem Körper mit jeden Molekül einer Kohlenwasserstoffverbindung gern mal eine handvoll Sauerstoffatome zugeführt. Da diese nicht verschwinden und leider auch nicht als freies Sauerstoffmolekül mit dem Atem entweichen können, war meine Überlegung, eigentlich Frage, weil ich das selber nicht kann, ob auch CO2 ein denkbares Produkt der Verbrennung, also ich meine ausdrücklich unter Verwendung von Sauerstoff der aufgenommenen Nahrung und nicht nur des mit der Atmung aufgenommenen Sauerstoffs sein kann.

Dass man ohne atmen stirbt, ahnte ich schon

Hm, da war ich knapp Zweiter

Schau dir mal die verlinkten und die vorgerechneten Verbrennungsformeln an. Endprodukte sind immer Wasser und Kohlenstoffdioxid. Diese beiden Moleküle enthalten Sauerstoff.
Auf der linken Seite stehen ein organisches Molekül und reiner Sauerstoff. Beide Moleküle enthalten in der Regel Sauerstoffatome. Ob die Sauerstoffatome vom Kohlenstoffdioxid auf der rechten Seite ehemals zum reinen Sauerstoff gehörten oder im Kohlenwasserstoffatom gebunden waren, spielt eigentlich keine Rolle. Entscheidend ist, dass bei dem Prozess Sauerstoff aus Luftsauerstoff und Kohlenwasserstoffmolekühl kommen und nachher in CO2 und H2O gebunden sind. Aber nur mit dem Sauerstoff aus dem Körper wird das nix.

Ganz schlau werde ich aus deiner Antwort nicht. Das hatte ich so doch schon selbst geschrieben und wurde darin in der zeitgleichen Antwort von Thoralf bestätigt.
Und dass nur mit im Körper, zum Beispiel in der Nahrung und im Wasser, gebundenem Sauerstoff, allein keine Energieumwandlung stattfinden kann, wurde auch nicht vermutet. Dazu reicht der platte Alltagsverstand.

Die Frage war, ob es durch Messen der Ausatmung möglich ist, exakt den Energieverbrauch eines Menschen zu bestimmen. Wenn man sicherstellt, dass kein CO2 eingeatmet wird, was immer der Fall ist. Wenn man also sicherstellt, dass reiner Sauerstoff eingeatmet wird, was leicht zu machen ist, dann ist klar das jedes gemessene CO2-Molekühl beim Ausatmen Resultat des Verbrennungsprozesses ist. Meine Frage war, unter Bezug auf Tests, an die ich eine oberflächliche Erinnerung hatte, ob man durch das "Zählen" der CO2-Molekühle nicht zu einem exakten Ergebnis kommen können.

Und daher eben meine Überlegungen zur Zahl der verbrannten Sauerstoffmoleküle und deren Herkunft. Das Zählen der ausgeschiedenen Sauerstoffmoleküle dürfte aber auch deshalb nicht so einfach sein, da eben auch Wasser entsteht, das nicht so leicht zu messen ist.


Trotzdem wird es so ähnlich funktionieren, wie ich es mir vorstellte. Nur leider nicht so präzise und, da hast du Recht, als du oben in einem Beitrag geschrieben hast, das auch hier Annahmen und Voraussetzungen einfließen müssen. Die Zahl der Kohlenstoffatome, die im CO2 vorliegen, könnte weiter führen.
Nur, so verstehe ich Thoralf, dass Kohlenhydrate, Fette und Proteine, aus denen unsere Nahrung besteht, unterschiedlich viel Energie enthalten, die umgewandelt werden kann. Und damit ist meine schöne Annahme, dass das Zählen der CO2-Moleküle ein exaktes Ergebnis bringen müsste, schon gestern im Eimer gewesen. Das geht vermutlich nur, wenn man reinen Kohlenstoff unter Laborbedingungen verbrennt.

Und, nachdem ich zwei Tage lang "Volkschemie" betrieben habe, bin ich zumindest in meiner Annahme bestärkt, dass die Kalorienangaben in den üblichen Fitnessuhren eher eine Frage des Glaubens als der Messung sind.
Was man aber irgend wie auch vorher wusste

...ähnlich, wie bei den sogenannten Fettmesswaagen. Ich behaupte, dass man den Fettgehalt eines lebenden Organismus überhaupt nicht messen kann.

Ich sehe schon, wir sind so ziemlich auf dem gleichen Stand.

Ich habe nur noch ein paar kleine Randbemerkungen:

(1) Einzelne Atome zählt niemand, das wird auch gar nicht gehen. Ich vermute ganz stark, dass sechs Dinge gemessen werden: Volumen der eingeatmenten Luft, Volumen der ausgeatmeten Luft, jeweils Sauerstoff- und Kohlenstoffdioxid-Gehalt (prozentrual) von Ein- und Ausatemluft. Eventuell muss man auch noch Dinge wie Wasserdampfgehalt berücksichtigen.
Aus diesen Werten lässt sich exakt (bis auf Messfehler) bestimmen, welche Menge an Sauerstoff aufgenommen und welche Menge an Kohlenstoffdioxid abgegeben wurde.

(2) Ich habe oben gezeigt, dass diese Werte reichen sollten die Energie zu bestimmen, die bei einem zwei-Komponenten-Brennstoff (z.B. Glukose-Stearinsäue) mit unbekanntem Mischverhältnis umgesetzt wird. Aus den Messdaten lassen sich sowohl das Mischverhältnis, als auch die umgesetzte Gesamtenergie bestimmen. Es braucht also nicht zwingend reinen Kohlenstoff für eine solche Messung. Es kann gut sein, dass das Verfahren auch relativ exakt ist, weil z.B. der Energiegehalt aller Einfachzucker oder der Fettsäuren sehr ähnlich ist (bzw. man da gut mit Mittelwerten arbeiten kann). Das weiß ich nicht. Ich wollte nur darauf hinaus, dass sobald drei verschiedene Stoffe mit unterschiedlichem Energiegehalt verstoffwechselt werden, das unterstellte Messverfahren nicht exakt sein kann und Modelleinnahmen einfließen müssen (z.B. zur prozentualen Zusammensetzung der verbrannten Fettsäuren). Wie plausibel diese sind, kann ich nicht beurteilen.

Der ist zwar nicht bei allen sehr beliebt aber das pass gerade zu dem Thema, weil hier doch viel theoretisch gerechnet wird.

Kalorienzählen ist out :-)

Genauso wie früher behauptet wurde, man könne die Knochen eines lebenden Menschen nicht sichtbar machen, ohne ihn aufzuschneiden...

Gruß
Thoralf

Strunz ist einfach keine seriöse Quelle, sondern einer der vielen Scharlatane im Internet, die einen vom Pferd erzählen und damit auf Dummenfang gehen. Der behauptet nämlich auch stock und steif, dass Magnesium durch die Haut aufgenommen werden kann (und lügt sich dazu Quellen herbei), was nachgewiesenermaßen falsch ist. Das ist nicht nur einmal ,sondern mehrfach unabhängig voneinander nachgewiesen worden.

Eine seriöse und nachprüfbare Quelle für seine Behauptungen nennt er auch nicht.

Gruß
Thoralf

Ich schrieb es schonmal in einem anderen Faden:

Die Quelle an sich ist seriös. Ich habe mir diese Studie von Watkins 2010 runtergeladen und komplett durchgelesen. Das kann ich glücklicherweise, weil ich als Uni-Mitarbeiter darauf Zugriff habe, aber ich darf sie wegen Copyrightrechten nicht online stellen oder verbreiten.

Ergebnis: Was Struntz behauptet, stimmt einfach nicht. Das steht in der Studie nicht drin! Da sich aber Otto Normalverbraucher sicherlich nicht diese Studie kostenpflichtig beschaffen wird, bleibt es unentdeckt.

Sowas nennt man Beweis durch Unzugänglichkeit. Das ist schon eine ziemlich subtile Art...

Gruß
Thoralf