Eine Kalorie ist eine Kalorie – ein Mantra wie eine Religion.
Um Gewicht zu verlieren müssen immer die Gesamtkalorien reduziert werden, weil doch eine Kalorie nur eine Kalorie ist. Diese Annahme ruht auf den Gedanken, dass alles andere das erste Gesetz der Thermodynamik verletzen würde: Energie geht nicht verloren. Man müsse – Das weiß doch jeder! – die Kalorien reduzieren, damit der Körper die Differenz aus dem Fettgewebe nimmt. Die Idee, isokalorisch zu essen und dabei Gewicht zu verlieren, scheint offensiv bis peinlich. Zu sagen, man könne mit einer hyperkalorischen Ernährung Gewicht verlieren, ist glatt häretisch.
Im heutigen Beitrag werde ich darauf eingehen, wie eine low-carb/ketogene Ernährung zum Gewichtsverlust führt. Ich persönlich habe mit der Keto kein Gewicht verloren, ich war immer normalgewichtig, und werde es (vermutlich) bleiben. Aber ich sehe, dass eine Gewichtsreduktion der Hauptgrund ist, warum Menschen diese Ernährungen testen. Deshalb fragte ich mich, wie diese Ernährungen zum Gewichtsverlust führen, obwohl sie die gleichen oder gar mehr Kalorien enthalten als eine kohlenhydratreiche Ernährung.
Eine Studie verglich drei Ernährungen, jede mit 1500 kcal für drei Monate: 1) low-fat (LF), 2) low-carb (LC) und 3) low-carb + 300kcal extra (LC+). Das Ergebnis: Die LF-Gruppe verlor 7,7kg, die LC+-Gruppe 9,1kg und die LC-Gruppe 10,4kg. Das ist nicht die einzige Studie diese Art (5, 6). Wie ist das möglich? Wenn eine Kalorie eine Kalorie ist, dann müssten doch alle das gleiche Gewicht verlieren.
Dafür gibt es Gründe. Auf die ersten zwei werde ich nicht eingehen, weil der Beitrag sonst zu lange wird.
1) Low-carb und Keto sind sie sättigender als eine KH-Ernährung, denn Ketone und Proteine hemmen das Hungergefühl und man isst weniger.
2) In der Keto nehmen die uncoupled proteins, UCP, in den Mitochondrien zu, was zu einem höheren Wärmeverlust führt.
3) Der dritte Grund ist im Metabolismus selber zu finden. Stoffwechselwege sind unterschiedlich effizient. Ein effizienter Weg bedeutet, dass wenig Energie verloren geht oder wenig dafür aufgewandt wird. Diese Wege haben einen guten Wirkungsgrad. Ein ineffizienter Weg verbraucht mehr Energie und hat einen geringeren Wirkungsgrad. (Ich möchte nicht, dass Ineffizienz hier als Nachteil verstanden wird. Der Begriff ist wertfrei.)
Der thermogene Effekt
Werden Ernährungspläne erstellt, wird für je ein Gramm KH oder Protein 4kcal und für ein Gramm Fett 9 kcal verrechnet. Dabei berücksichtigen Nährstoffrechner aber nicht den thermogenen Effekt der Makronährstoffe. Ein Teil der Energie, die in den Makronährstoffen steckt, verliert sich bei der Verdauung und in den nachfolgenden Stoffwechsel: 2-3% bei Fett, 6-8% bei KH und 25-30% bei Protein (2). In Tab. 1 und 2. habe ich verschiedene Ernährungstypen aufgelistet, mit Brutto-kcal und nach Abzug des thermogenen Verlustes als Netto-kcal (Person von 62kg, 2000kcal/Tag).
Tab. 1 Thermogener Effekt für drei kohlenhydratreduzierten Ernährungstypen.
Tab. 2 Thermogener Effekt für zwei kohlenhydratreichen Ernährungstypen und den karnivoren Typ. Minus: 2% Fett, 6% KH, 25% Protein
Sie sehen, die Unterschiede sind gewaltig: Eine karnivore Ernährung (Tab. 2, F), hat viel Protein und Fett, die Differenz liegt bei >200 kcal. Dasselbe gilt für Typ E (typisch für Bodybuilderinnen): wenig Fett, aber viel Protein und KH. Die beiden sind gewiss Extreme. Bei Typ D (Tab. 2) sehe ich, dass eine high-carb Ernährung ein größeres Defizit aufweist, wie die ketogenen Typen (Tab.1 A-C). Die streng ketogene Ernährung (Typ A) hat sogar mehr kcal als die high-carb (Typ D). Typ D führt aber zu weniger Gewichtsverlust wie die drei Typen in Tab. 1.
Der thermogene Effekt erklärt warum Diäten mit viel Protein zum Gewichtsverlust führen, kommt aber in Erklärungsnot, wenn Kohlenhydrate ins Spiel kommen.
Unser Metabolismus ist genial ineffizient.
Eine Kalorie wäre eine Kalorie, wenn wir Brennöfen mit 100% Effizienz wären. Das sind wir aber nicht. So liegt zum Beispiel die Effizienz der Umwandlung von Glukose, vorausgesetzt es gibt keine Zwischenschritte, bei rund 38,5%. Die verschiedenen metabolische Wege weisen unterschiedliche Effizienzen auf. So sind die Glukoneogenese (GNG) und die Proteinsynthese ineffizient, weil sie sehr viel Energie verbrauchen. Der Aufbau von Triglyceriden, die in den Fettzellen aufgenommen werden, ist effizienter, das heißt energieschonender, als der Aufbau von Protein.
In der kohlenhydratreduzierten Ernährung ist der Stoffwechsel gezwungen energieraubende metabolische Wege zu gehen.
Diese sind zu einem die Glukoneogenese und zu anderem die Ketogenese. Findet gleichzeitig Proteinsynthese statt (Kraftsport ist ein Trigger) so wird dem System zusätzlich Energie abverlangt. Bleiben die Gesamt-kcal gleich (isokalorisch, gerechnet), kommt es zum Defizit, den der Körper durch den Abbau von Fettmasse ausgleicht. Auch die hyperkalorische ketogene Ernährung führt so zum Gewichtsverlust, den auch hier entsteht ein Defizit.
In Abb. 1 bis 3 habe ich drei Modelle gezeichnet, um diesen Ansatz zu demonstrieren (adaptiert nach 1-4). Die schwarzen Linien repräsentieren das Model „Ein Kalorie ist eine Kalorie“, es akzeptiert, dass der Metabolismus zwar Energie durch Wärme etc. verliert, setzt aber voraus, dass die metabolischen Wege alle gleich effizient sind. Was aufgebaut wird, wird in gleichen Maße und gleicher Zeit abgebaut.
Abb. 1 Der ketogene Metabolismus führt zu Defiziten im Energiehaushalt selbst wenn die Ernährung laut Rechnung hyperkalorisch ist.
In Abb. 1 ist in blau der ketogene Metabolismus dargestellt. Die Ineffizienz, das heißt, der höherer Energieverlust der GNG und Ketogenese lassen den Körper langfristig, peu à peu, ins Defizit rutschen. Entscheidend hier ist, dass das Hormon Insulin in der Keto reduziert ist. Weil die Wirkung von Insulin exponentiell ist, hat eine kleine Reduktion eine große Wirkung auf den Stoffwechsel. Hormone wie das Insulin kontrollieren die Wege des Stoffwechsels und entscheiden so, ob die effizienteren oder die ineffizienteren Wege Vorrang haben. Insulin favorisiert die Einlagerung von Fett (Lipogenese) nicht aber dessen Verbrennung (Lipolyse). Wenn in der Keto das Inulin sinkt, nimmt seine Kontrolle ab und die Ketogenese und die GNG werden zur Pflicht. Diese verbrauchen mehr Energie, die sich der Körper aus dem Fettgewebe oder der Nahrung holt.
Abb. 2 Eine kohlenhydratreiche Ernährung führt langfristig zur Gewichtszunahme.
In Abb.2 habe ich die Situation dargestellt, die auftritt, wenn Kohlenhydrate dominieren und der Körper alle paar Stunden Zucker bekommt. Die Leber baut Fett aus überflüssiger Glukose auf, das dann in den Fettzellen eingelagert wird (Lipogenese). Dazu braucht es das Insulin, das die Vorgänge lenkt. In der Regel, verbrauchen wir die überschüssige Energie, wenn wir länger nicht mehr essen. In dieser Zeit sinkt das Insulin und das Fettgewebe setzt das Fett frei und wird verbraucht (Lipolyse). Die Lipolyse läuft langsamer ab als die Lipogenese. Essen wir, bevor das Gleichgewicht erricht ist, bleibt ein Teil der Energie übrig (Abb. 2, roter Pfeil). Über längere Zeiträume führt das zum Energie-Plus und zur Gewichtszunahme. Die Frage warum man mit LC mehr Gewicht verliert, als mit einer LF findet hier seine Antwort: Das Insulin sinkt in der Keto so scharf ab, dass seine Zensur über die Energiefresser wie die GNG wegfällt.
Abb. 3 Eine kohlenhydratreiche Ernährung kann das Gewicht erhalten oder gar reduzieren, wenn die Zeiträume für den Fettabbau länger sind als die für den Fettaufbau. Wie zum Beispiel bei nur zwei Mahlzeiten am Tag oder längeren Fastenperioden. Generell profitiert eine kohlenhydratreiche Ernährung von einer kleinen Kalorienreduktion von ca. 10%.
In Abb. 3 hab ich für den längeren Weg des Fettabbaus kompensiert (grüne Linie) und die Zeiten zwischen den Mahlzeiten verlängert. Zeit genug, dass das Insulin sinkt, um das Gleichgewicht zu erhalten.
Fazit
Der Stoffwechsel verletzt nicht das erste Gesetz der Thermodynamik. Isokalorische und hyperkalorische Ernährungen arm an Kohlenhydraten führen zum Gewichtsverlust, weil sie Stoffwechselwege bevorzugen, die viel Energie verbrauchen. Glukoneogenese, Ketogenese und Proteinsynthese führen zu einem Defizit im Energiehaushalt.
Quellenangaben
1 Feinman RD, Fine EJ. Nonequilibrium thermodynamics and energy efficiency in weight loss diets. Theor Biol Med Model. 2007 Jul 30;4:27.
2 Feinman RD, Fine EJ. „A calorie is a calorie“ violates the second law of thermodynamics. Nutr J. 2004 Jul 28;3:9.
3 Feinman RD, Fine EJ. Thermodynamics and metabolic advantage of weight loss diets. Metab Syndr Relat Disord. 2003 Sep;1(3):209-19.
4 Fine EJ, Feinman RD. Thermodynamics of weight loss diets. Nutr Metab (Lond). 2004 Dec 8;1(1):15.
5 Greene P, Willett W, Devecis J, A. Skaf: Pilot 12-week feeding weight-loss comparison: Low-fat vs. low-carbohydrate (ketogenic) diets. Obesity Research 2003, 11: A23.
6 Volek JS, Phinney SD, Forsythe CE, Quann EE, Wood RJ, Puglisi MJ, Kraemer WJ, Bibus DM, Fernandez ML, Feinman RD. Carbohydrate restriction has a more favorable Impact on the metabolic Syndrome than a low fat diet. Lipids. 2009 Apr;44(4):297-309.
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