Wo geht das Fett beim Abnehmen verloren?

Wir erklären Ihnen, warum die Antwort auf diese Frage vielleicht nicht das ist, was Sie erwarten.

Zusammenfassung

Angesichts der hohen Übergewichts- und Adipositasraten und des großen Interesses an diesem Thema herrscht in der Öffentlichkeit und bei den Angehörigen der Gesundheitsberufe eine erstaunliche Unkenntnis über den Prozess der Gewichtsabnahme. Wir sind bei Allgemeinmedizinern, Ernährungsberatern und Personal Trainern auf eine Vielzahl von falschen Vorstellungen darüber gestoßen, wie Menschen Fett verlieren (Abbildung 1).

Die meisten Menschen glaubten, dass Fett in Energie oder Wärme umgewandelt wird, was gegen das Gesetz der Massenerhaltung verstößt. Wir glauben, dass dieser Irrglaube durch das Mantra "erhaltene/verwendete Energie" und den Schwerpunkt der universitären Biochemie, die sich auf die Energieproduktion konzentriert, erweitert wurde.

Ein weiterer Irrtum besteht darin, dass Fettstoffwechselprodukte mit dem Kot ausgeschieden oder in Muskeln umgewandelt werden. Wir stellen eine ungewöhnliche Berechnung vor, wie wir "Gewicht verlieren".

Abb. 1 Antworten einer Stichprobe von Ärzten, Ernährungsberatern und Personal Trainern auf die Frage: "Wenn jemand abnimmt, was passiert dann mit dem verlorenen Gewicht?" (Die richtige Antwort ist CO2)

Das Gewicht, das wir abnehmen wollen

Überschüssige Kohlenhydrate oder Proteine in der Nahrung werden in Triglyzeride umgewandelt und in den Fettzellen gespeichert. Überschüssiges Fett in der Nahrung muss nicht umgewandelt werden, sondern wird lediglich lipolysiert und wieder verestert.

Menschen, die abnehmen und dabei ihre fettfreie Masse erhalten wollen, versuchen biochemisch gesehen, die in ihren Fettzellen gespeicherten Triglyceride zu verstoffwechseln.

Die chemische Formel des durchschnittlichen Triglyceridmoleküls lässt sich aus Untersuchungen der Fettsäurezusammensetzung ableiten. Im Jahr 1960 veröffentlichten Hirsch et al. Daten, die zu einer "durchschnittlichen Fettsäure" mit der Formel C17.4H33.1O2 führten.1

Dieses Ergebnis aus den letzten 50 Jahren steht in bemerkenswerter Übereinstimmung mit neueren Daten.2 Drei "durchschnittliche Fettsäuren", die mit dem Glycerin-Grundgerüst verestert sind (+3C, +6H), ergeben ein "durchschnittliches Triglycerid" mit der Formel C54.8H104.4O6. Die drei am häufigsten im menschlichen Fettgewebe gespeicherten Fettsäuren sind Ölsäure (C18H34O2), Palmitinsäure (C16H32O2) und Linolsäure (C18H32O2),1, 2 die zu C55H104O6 verestert werden.

An der vollständigen Oxidation eines einzelnen Triglyceridmoleküls sind viele Enzyme und biochemische Schritte beteiligt, aber der gesamte Prozess lässt sich wie folgt zusammenfassen:

C55H104O6 + 78O2 → 55CO2 + 52H2O + Energie

Die Stöchiometrie zeigt, dass für die gesamte Oxidation von 10 kg menschlichem Fett 29 kg eingeatmeter Sauerstoff benötigt werden, wobei 28 kg CO2 und 11 kg H2O entstehen.

Dies zeigt uns das metabolische Schicksal des Fetts, sagt aber nichts über die Anteile der in diesen 10 kg Fett gespeicherten Masse aus, die bei der Gewichtsabnahme als Kohlendioxid oder Wasser ausgeschieden wird. Um diese Werte zu erhalten, haben wir den Weg jedes Atoms aus dem Körper verfolgt. Die Kohlenstoff- und Wasserstoffatome verlassen den Körper natürlich als CO2 bzw. H2O.

Das Schicksal der sechs Sauerstoffatome des Triglycerids ist ein Rätsel, das 1949 von Lifson et al.3 gelöst wurde. Sie verwendeten markierten schweren Sauerstoff (O18), um zu zeigen, dass die Sauerstoffatome des Körperwassers und des Kohlendioxids der Atmung durch die Bildung von Kohlensäure (H2CO3) schnell ausgetauscht werden.

Die sechs Sauerstoffatome werden also zwischen CO2 und H2O in demselben Verhältnis (2:1) aufgeteilt, in dem Sauerstoff in allen Substanzen vorkommt. Mit anderen Worten: Vier Atome werden ausgeatmet und zwei bilden Wasser.

Eine ungewöhnliche Berechnung

Der Anteil des Molekulargewichts des in CO2 ausgeatmeten Triglycerids ist der Anteil seines Molekulargewichts (Dalton), der auf seine 55 Kohlenstoffatome und vier Sauerstoffatome entfällt:

(661 Da (C55)+64 Da (O4))/(861 Da (C55H104O6))×100=84%

Der Anteil der Materie, der zu Wasser wird, ist:

(105 Da (H104)+32 Da (O2))/(861 Da (C55H104O6))×100=16%

Diese Ergebnisse zeigen, dass die Lunge das wichtigste Ausscheidungsorgan für den Gewichtsverlust ist (Abbildung 2). Das produzierte Wasser kann über Urin, Fäkalien, Schweiß, Atemluft, Tränen oder andere Körperflüssigkeiten ausgeschieden werden.

Abb. 2 Wenn jemand 10 kg Fett (Triglyceride) verliert, werden 8,4 kg als CO2 ausgeatmet. Der Rest der insgesamt 28 kg CO2 wird durch eingeatmeten Sauerstoff erzeugt. Die Lunge ist also das primäre Ausscheidungsorgan für den Gewichtsverlust (bei dieser Berechnung bleiben Fett, das unter geeigneten (patho)physiologischen Bedingungen als Ketonkörper ausgeschieden werden kann, und kleine Mengen reiner Muskelmasse, aus der Stickstoff als Harnstoff ausgeschieden werden kann, unberücksichtigt).

Nachweis des Fettabbaus

In Ruhe atmet eine durchschnittliche 70 kg schwere Person, die sich gemischt ernährt (Respirationsquotient 0,8), bei 12 Atemzügen pro Minute etwa 200 ml CO2 aus.4 Bei jedem dieser Atemzüge werden also 33 mg CO2 ausgestoßen, davon 8,9 mg Kohlenstoff.

An einem Tag, an dem er schläft und leichten Tätigkeiten nachgeht, die den Ruheumsatz verdoppeln, atmet diese Person alle 8 Stunden 0,74 kg CO2 ein, wodurch dem Körper 203 g Kohlenstoff entzogen werden. Zum Vergleich: 500 g Saccharose) liefern 8400 kJ (2000 kcal) und enthalten 210 g Kohlenstoff.

Ersetzt man eine Stunde Ruhe durch ein Training, das die Stoffwechselrate im Vergleich zur Ruhe um das Siebenfache erhöhen kann, wie z. B. Joggen, werden dem Körper weitere 39 g Kohlenstoff entzogen, was die Gesamtmenge um etwa 20 % auf 240 g erhöht. Zum Vergleich: Ein einziger Muffin von 100 g entspricht etwa 20 % des gesamten täglichen Energiebedarfs einer durchschnittlichen Person.

Körperliche Aktivität zur Gewichtsabnahme lässt sich also relativ leicht mit überschüssiger Nahrung aufwiegen.

Unsere Berechnungen zeigen, dass das wichtigste Ausscheidungsorgan für den Fettabbau die Lunge ist. Die Gewichtsabnahme erfordert die Freisetzung von Kohlenstoff, der in den Fettzellen gespeichert ist, was uns wieder zu dem müden Lied von mehr Bewegung und weniger Essen bringt.

Wir empfehlen, diese Konzepte in den Lehrplan der Hochschulen aufzunehmen, um die weit verbreiteten Missverständnisse über den Fettabbau zu korrigieren.

Quellen:
1. Hirsch J, Farquhar JW, Ahrens EH, Jr, Peterson ML, Stoffel W. Studies of adipose tissue in man. A microtechnique for sampling and analysis. Am J Clin Nutr1960;8:499-511.
2. Hodson L, Skeaff CM, Fielding BA. Fatty acid composition of adipose tissue and blood in humans and its use as a biomarker of dietary intake. Prog Lipid Res2008;47:348-80.
3. Lifson N, Gordon GB, Visscher MB, Nier AO. The fate of utilized molecular oxygen and the source of the oxygen of respiratory carbon dioxide, studied with the aid of heavy oxygen. J Biol Chem1949;180:803-11.
4. Ainsworth BE, Haskell WL, Herrmann SD, Meckes N, Bassett DR, Jr, Tudor-Locke C, et al. 2011 Compendium of physical activities: a second update of codes and MET values. Med Sci Sports Exerc2011;43:1575-81.