Eine Störung des Energiegleichgewichts (Kalorienzufuhr Vs. Kalorienverbrauch) ist beim vereinfachten (und klassischen) Modell zur Gewichtsreduktion eine Grundvoraussetzung zur Herbeiführung einer negativen Energiebilanz. Dies kann durch eine Einschränkung der Kalorienaufnahme und/oder eine Steigerung des täglichen Energieverbrauchs (via zusätzliche Bewegung und Sport) erreicht werden.

Die Wissenschaft lehrt uns jedoch auch, dass der Effekt einer rein sportlichen Intervention auf das Körpergewicht äußerst überschaubar ist – was nichts anderes bedeutet, als dass der erreichte Gewichtsverlust durch Sport und Training, ohne eine begleitende Modifikation der Ernährungs, in der Regel eher gering ausfällt, wobei mehrere Ursachen dafür in Frage kommen (z.B. eine mangelnde Adhärenz an das Trainingsprogramm, sowie ein kompensatorisches Essverhalten, was unbewusst zu einer Erhöhung der Kalorienzufuhr beiträgt) (12)(13).

Individuelle Veränderungen des Körpergewichts (BW) und der Fettmasse (BF) nach einem 12-wöchigen Trainingsprogramm in 30 übergewichtigen bzw. fettleibigen männlichen und weiblichen Studienteilnehmern. Jedes Paar von Histogrammen repräsentiert einen Teilnehmer (Bildquelle: King et al., 2007)

Hierbei ist es wichtig zu erwähnen, dass das nicht automatisch bedeutet, dass du durch zusätzliche Bewegung und Sport nicht trotzdem abnehmen kannst (und wirst). Ausnahmen bestätigen – wie so oft – die Regel und es existiert ein gewisser individueller Spielraum, der letztendlich darüber entscheidet, wie viel Gewicht du durch diese Maßnahme verlierst. Nichtsdestotrotz führen physiologische Adaptionen und Kompensationsverhalten dazu, dass Menschen durch Sport im Großen und Ganzen weniger Körpergewicht verlieren, als man es üblicherweise annehmen würde. Dieses Phänomen wird in der wissenschaftlichen Literatur als „Gewichtskompensation“ bezeichnet (14).

Das Auftreten einer Gewichtskompensation wird weitestgehend auf eine unbewusste Erhöhung der Kalorienzufuhr zurückgeführt (8) (über die Auswirkungen von Sport und Training auf Hunger und Appetit habe ich bereits hier und hier ausführlich geschrieben). Weitaus weniger ist dagegen über potenzielle Adaptionen (z.B. die adaptive Thermogenese / NEAT) bekannt, welche zu einer Veränderung des Kalorienverbrauchs führen. Vielfach wird jedoch davon ausgegangen, dass die Stoffwechselrate in einem stärkeren Umfang sinkt, als es die Prognose auf Basis des Masseverlusts hergibt – was als metabolische Adaption (Stoffwechselanpassung) verstanden wird.

Derartige metabolische Adaptionen konnten bisher auch in Studien beobachtet werden, in denen man Trainings- und Ernährungsinterventionen miteinander kombiniert hat, allerdings scheint der Effekt bei reinen Diätmaßnahmen ausgeprägter auszufallen (18)(19). Die Stoffwechselanpassungen steht zwar mit einer weiteren Gewichtsreduktion in Konkurrenz, wirkt sich aber andererseits auch auf die körperliche Gesundheit aus – so zeigen einige Untersuchungen Zusammenhänge mit einer Verringerung an oxidativen Schäden, einer Reduktion der Körperkerntemperatur (potenzieller Biomarker für Langlebigkeit) und einer Veränderung der Schilddrüsenhormone auf (20)(21)(22).

Auf der anderen Seite scheint die der Gesamt-Energieverbrauch nicht einfach nur das Produkt des Basalstoffwechsels + Energieverbrauch durch Sport und Bewegung ist. Bei der sogenannten Theorie der eingeschränkten Energie („constrained energy theory“) wird davon ausgegangen, dass der Gesamt-Energieverbrauch (als Reaktion auf Sport und Training) niedriger ausfällt, als er eigentlich ausfallen müsste.

Additives Vs. eingeschränktes Model des Energieverbrauchs nach Pontzer et al. (2016). DIT = Ernährungsinduzierte Thermogenese; PAEE = Energieverbrauch durch körperliche Aktivität; ADJ = bereinigt um Körperzusammensetzung und/oder Alter. (Bildquelle: Gonzalez et al., 2023; adaptiert nach Pontzer et al. 2016)

Ursächlich hierfür soll eine Absenkung des Ruhe-Energieverbrauchs (inkl. Basal-Stoffwechselrate) in Kombination mit einer geringeren Thermogenese im Alltag (sog. „NEAT“) sein. Und tatsächlich bestätigen Studien, dass es nach der Integration eines neuen Trainingsprogramms zu einem geringeren Verbrauch auf Seiten der NEAT kommt (24), während ähnliche Nachweise in Bezug auf die anderen Komponenten des Energieverbrauchs bis dato ausstehen. Anders als beim additiven Modell geht man bei dieser Theorie also davon aus, dass der Gesamt-Energieverbrauch (TDEE) relativ konstant (eben „eingeschränkt“) bleibt und dass es so etwas wie eine „Obergrenze“ gibt, die ein Mensch aufwenden kann (25)(26)(27)(28), wobei der Teil des Energieverbrauchs, der „verloren“ geht als trainings- bzw. sportbezogene Energiekompensation (ExEC) bezeichnet wird.

Bis dato fehlen sowohl gut kontrollierte Studien (RCTs) mit überwachtem Sportpensum wie auch eine klare Abgrenzung zwischen der metabolischer Adaption auf der einen und der trainingsbezogenen Energiekompensation (ExEC) auf der anderen Seite. Wir wissen jedoch, dass die Veränderung der Körpermasse bei der metabolischen Adaption eine wichtige Rolle spielt, während Hall (2022) in ihrer „The Biggest Loser“-Studie bereits aufzeigten, dass eine  trainingsbezogene Energiekompensation auch bei minimaler bzw. ausbleibender Veränderung der Körpermasse auftreten kann (31).

Es ist entsprechend unklar, inwiefern das Auftreten einer ExEC das Ergebnis eine metabolischen Adaption ist oder über einen separaten Weg ausgelöst wird. Da diesbezüglich vor kurzem eine neue Untersuchung veröffentlicht wurde, in der ein Team aus Wissenschaftlern versucht hat diese und weitere Fragen zu beantworten, halte ich es für angebracht, dass wir uns im folgenden Beitrag  eingehender mit dieser interessanten Arbeit befassen, um mehr über die Auswirkungen der körperlichen Betätigung auf den realisierten Gesamt-Energieverbrauch zu erfahren.

Hinweis: Dieser Artikel erschien als Editorial-Beitrag in der Juli 2024 Ausgabe des MHRx Magazins. Registriere dich kostenlos oder logge dich mit deinem bestehenden Account ein, um weitere Editorals zu lesen.

Trainingsbezogene Energiekompensation (ExEC): Deswegen verbrennst du durch Sport weniger Kalorien, als du eigentlich glaubst

Was wurde untersucht?

Das Ziel der Studie von Flanagan et al. (2024) bestand darin mehr über das Phänomen der trainings- und sportbezogenen Energiekompensation (ExEC) herauszufinden (1). Dazu gehörte auch die Identifikation und Charakterisierung potenzieller Phänotypen von Individuen, in denen es zu einer solchen Energiekompensation als Folge eines (überwachten) Ausdauertrainings auftrat. Das Forscher-Team stellte im Vorfeld die Hypothese an, dass die ExEC mit einer metabolischen Adaption gekoppelt sei – diese Annahme sollte durch die Auswertung von Daten (Sekundär-Analyse), die während eines 24-wöchigen randomisierten kontrollierten Experiments (RCT) erhoben wurden (2), überprüft worden.

In dieser Studie teilte man 29 übergewichtige bzw. fettleibige Studienteilnehmer (20 Männer, 9 Frauen) mit einem Durchschnittsalter von 48 Jahren in zwei Gruppen, die durch Ausdauersport auf einem stationären Fahrrad bzw. Laufband entweder 8 kcal/kg Körpergewicht/Woche (8KKW)* oder 20 kcal/kg Körpergewicht/Woche (20KKW)* verbrennen sollten.

* dies würde bei einem 95 kg schweren Mann einen Kalorienverbrauch durch Sport von 760 kcal (8KKW) bzw. 1.900 kcal (20KKW) pro Woche entsprechen.

Der tägliche Gesamt-Energieverbrauch (TDEE) wurde 2 Wochen vor Trainingsbeginn, sowie in den letzten zwei Wochen vor Studienende mit Hilfe von doppelt markiertem Wasser (DLW-Methode) durchgeführt. Eine Schätzung der Basal-Stoffwechselrate, des Ruhe-Energieverbrauchs, des Energieverbrauchs während des Schlafens und des Energieverbrauchs über 24 Stunden wurde durch Aufenthalte in der Stoffwechselkammer ermittelt, die zu Studienbeginn und in der 24. Woche durchgeführt wurden.

Die aus dieser Studie gewonnenen Daten wurden von Flanagan et al. (2024) dazu genutzt, um die Auswirkungen des Sportprogramms auf den individuellen Gesamt-Energieverbrauch der Probanden zu analysieren. Teilnehmer, deren TDEE-Steigerung um mindestens 5% geringer ausfiel, als zu erwarten war, wurden als „Kompensatoren“ eingestuft (d.h. das in diesen Individuen eine ExEC auftrat).

Grafische Darstellung zum Studien-Design. (Bildquelle: Flanagan et al., 2024)

Was haben die Forscher herausgefunden?

Adhärenz an das Trainingsprogramm

Beide Gruppen hielten im Verlauf der 24-wöchigen Studiendauer eine hohe Adhärenz in Bezug auf das verordnete Trainingspensum ein, wobei diese im Durchschnitt bei 92% ± 3% lag und es keine signifikanten Differenzen zwischen der 8KKW- (92,9%) und der 20KKW-Gruppe (92,2%) gab.

Trainingsbezogene Energiekompensation (ExEC)

Bei 14 der insgesamt 29 Studienteilnehmern (48%) konnten die Forscher eine trainingsbezogene Energiekompensation (ExEC) beobachten, wobei Probanden mit ExEC im Schnitt -308 ± 158 kcal weniger pro Tag verbrauchten, als prognostiziert wurde. Individuen ohne ExEC (n=15) verbrannten dagegen +94 ± 124 kcal mehr pro Tag, als prognostiziert.

Die nachfolgende Grafik zeigt den beobachteten Gesamt-ExEC (in kcal/Tag, links) sowie den prozentualen ExEC (in %, rechts) nach Teilnehmern, wobei jeder Balken ein Individuum repräsentiert:

Trainingsbezogene Energiekompensation (ExEC), ausgedrückt als (A) absoluter ExEC (kcal/Tag) und (B) prozentualer ExEC. Schwarze Balken = Energiekompensation; orangefarbene Balken = keine Energiekompensation. Gerasterte Balken = 8 KKW-Gruppe;  durchgezogene Balken = 20 KKW. (Bildquelle: Flanagan et al., 2024)

Es konnten keine statistisch signifikanten Unterschiede in Bezug auf das Geschlecht, das Alter, den initialen BMI bzw. das Körpergewicht oder die vorgeschriebene Trainingsgruppe zwischen Individuen, die zu einer ExEC neigten und denen, die dies nicht taten, festgestellt werden.

Gewichtsveränderung & Körperkomposition

Die Veränderung des Körpergewichts lag im Schnitt bei -1,2 ± 3.0 kg (Bandbreite: -9,8 bis +7,5 kg). Es konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen Kompensatoren (-1,5 ± 3.4 kg) und Nicht-Kompensatoren (-0,85 ± 2,7 kg) festgestellt werden.

Veränderung der Körperkomposition vor Studienbeginn und nach dem 24-wöchigen Ausdauertrainingsprogramm. (Bildquelle: Flanagan et al., 2024)

Energieverbrauch & NEAT

Beim täglichen Gesamt-Energieverbrauch (TDEE) ergab sich eine Steigerung von 2.678 ± 491 kcal/Tag auf 2.734 ± 445 kcal/Tag für die gesamte Stichprobe als Reaktion auf das 24-wöchige Ausdauertrainingsprogramm.

Die Auswertung der Daten aus der Stoffwechselkammer zeigte keine signifikanten Veränderungen beim 24-stündigen Energieverbrauch (24hrEE), beim Ruhe-Energieverbrauch (REE) und beim Energieverbrauch während des Schlafs (SEE). Es konnten auch keine bedeutungsvollen metabolischen Adaptionen bei diesen Größen als Reaktion auf das Training zwischen Kompensatoren und Nicht-Kompensatoren festgestellt werden.

Energieverbrauch vor Studienbeginn und nach dem 24-wöchigen Ausdauertrainingsprogramm. (Bildquelle: Flanagan et al., 2024)

Das Forscher-Team konnte jedoch einen signifikanten Unterschied beim Gesamt-Energieverbrauch zu Beginn der Studie zwischen Kompensatoren (2.914 ± 416 kcal/Tag) und Nicht-Kompensatoren (2.458 ± 463 kcal/Tag) feststellen, der negativ mit dem Umfang der ExEC (r = -0,50; p=0,016) assoziiert war.

Trotz signifikanter Unterschiede beim Basis Ruhe-Energieverbrauch (REE) (1.985 ± 169 kcal/Tag [Kompensatoren] Vs. 1.791 ± 282 kcal/Tag [Nicht-Kompensatoren]), konnten die Wissenschaftler keine nennenswerten Assoziationen mit den restlichen Komponenten des Energieverbrauchs bei überwiegend sitzender Tätigkeit (also in Ruhe, abseits des Sports) feststellen.

Beobachtete und prognostizierte (expected) Veränderungen der Komponenten des Energieverbrauchs bei Aufnahme und Durchführung eines 24-wöchigen Ausdauertrainingsprogramms: TDEE = Täglicher Gesamt-Energieverbrauch, gemessen mit doppelt markiertem Wasser; SEE = Energieverbrauch im Schlaf, gemessen mit der Stoffwechselkammer; REE = Energieverbrauch im Ruhezustand, gemessen mit der Stoffwechselkammer; 24hrEE = kumulierter 24-Stunden-Energieverbrauch in der Stoffwechselkammer. (Bildquelle: Flanagan et al., 2024)

Der Energieverbrauch durch spontane (körperliche) Aktivität (SPA) lag vor Studienbeginn bei 218 ±  17 kcal/Tag) und zeigte nach der 24-wöchigen Trainingsperiode keine Veränderung (203 ±  77 kcal/Tag, p = 0.25). Es konnten auch keinerlei markante Unterschiede bei der SPA zwischen Kompensatoren und Nicht-Kompensatoren identifiziert werden.

Interpretation & Praxis

Das Konzept der trainingsbezogenen Energiekompensation (ExEC) liefert eine relativ neue Theorie, mit deren Hilfe erklärt werden soll, wieso der Gesamt-Energieverbrauch (TDEE), als Reaktion auf körperliche Aktivität (Sport und Training) nicht proportional ansteigt (Beispiel: Du machst Sport und verbrennst damit zusätzliche 200 kcal/Tag, aber dein Gesamt-Energieverbrauch erhöht sich am Ende des Tages nur um 50 kcal/Tag).

Die von Flanagan et al. (2024) durchgeführte Sekundär-Analyse bestätigt nicht nur die Existenz einer solchen ExEC als Reaktion auf ein 24-wöchiges Ausdauertraining, sondern zeigt darüber hinaus, dass dieses Phänomen heterogen ist – d.h. manche Menschen sind stärker von einer Energiekompensation betroffen, als andere (Kompensatoren). In manchen Individuen zeigt sich dagegen gar keine ExEC (Nicht-Kompensatoren). Darüber hinaus deuten die ausgewerteten Daten darauf hin, dass das Auftreten einer metabolischen Adaption – eine energetische Reaktion, die man häufig im Zuge einer Diät (Gewichtsreduktion) beobachten kann – kein Teil der trainingsbezogenen Energiekompensation ist.

Die Aufnahme eines regelmäßigen Trainingsprogramms ist häufig elementarer Bestandteil der Empfehlung, wenn es ums Abnehmen bzw. den Erhalt des Gewichts nach einer Diät geht. Untersuchungen der letzten Jahrzehnte lehren uns allerdings, dass Sport und Training ohne eine begleitende Veränderung der Ernährungsgewohnheiten keine bedeutungsvolle Auswirkung auf eine Gewichtsabnahme haben.

So zeigte beispielsweise eine 2021 veröffentlichte Meta-Analyse, bei der die Ergebnisse von 149 Studien ausgewertet wurden, dass ein Trainingsprogramm (oftmals mit einem Pensum von 150 – 200 Minuten Sport pro Woche) bei übergewichtigen bzw. fettleibigen Probanden zu einem durchschnittlichen Gewichtsverlust von 1,5 – 3,5 kg führt (32).

Zum Vergleich: In der hier diskutierten Analyse von Flanagan et al. (2024) verloren die Probanden im Schnitt 1,2 kg an Gewicht in einem Zeitraum von 24 Wochen. Der Durchschnittswert verrät uns natürlich nichts über das individuelle Ergebnis der Studienteilnehmer, obwohl es in meinen Augen ein wichtiger Aspekt ist. Wenn wir uns die Variabilität des Ergebnisses anschauen, dann stellen wir fest, dass einige Teilnehmer während dieser 24 Wochen bis zu -9,8 kg verloren haben, während andere sogar +7,5 kg zugenommen haben.

Worauf ich damit hinaus will, ist, dass manche Menschen besser auf die Aufnahme eines Trainingsprogramms reagieren, als andere. Sport ist also kein Garant für eine erfolgreiche Gewichtsreduktion, auch wenn wir damit unseren täglichen Kalorienverbrauch erhöhen können. Menschen, die durch eine alleinige Sport-Intervention nur wenig abnehmen, verbrennen höchst wahrscheinlich weniger Kalorien, als sie glauben. Und das ist der Punkt, an dem die Hypothese des eingeschränkten Energieverbrauchs ins Spiel kommt.

• Eine von Careau et al. (2021) durchgeführte Studie zur Energiekompensation zeigte eine interessante Assoziation, bei der herauskam, dass die basale Stoffwechselrate für jede 100 kcal, die durch Sport verbrannt werden, um 28 kcal sinkt (33). Dies impliziert, dass sich der Energieverbrauch durch Sport und Training lediglich um 72% erhöht.
• In einer anderen Untersuchung absolvierten übergewichtige bzw. fettleibige Studienteilnehmer ein Ausdauertrainingsprogramm, bei dem sie mit einer Frequenz von 5 Trainingstagen/Woche einen Kalorienverbrauch von 400 bzw. 600 kcal/Einheit erzielten. Bei ihrer Auswertung stellten die beteiligten Forscher fest, dass der Gesamt-Energieverbrauch nach 10 Monaten bei 66% des erwarteten Werts lag (4).
• Eine dritte Studie untersuchte den Energieverbrauch in 6 Sportlern, die sich im Rahmen ihres Trainings auf ein knapp 5.000 km Rennen quer durch die USA vorbereiteten und beinahe täglich trainierten (5). Während der Energieverbrauch zum Start des Rennens wie erwartet bei ca. 4.000 kcal/Tag lag, verbrannten die Athleten zum Ende hin (20 Wochen später) etwa 600 kcal weniger, als prognostiziert. Die Variabilität lag zwischen 219 – 793 kcal/Tag, in Abhängigkeit des jeweiligen Sportlers).

Beispiel für die vorgeschlagenen Auswirkungen eines Trainingsprogramms mit 200 kcal/Tag durch die Brille des eingeschränkten Energiemodells (oben rechts) und des
additiven Energiemodells (unten rechts). Während beim oberen Modell Energie scheinbar „verloren“ geht, berücksichtigt das untere Modell die gesamte Energie. (Bildquelle: Flanagan et al., 2024)

Da Flanagan et al. (2024) in ihrer Analyse keine metabolische Adaption (Reduktion des Energieverbrauchs im Alltag) feststellen konnten, würde dies darauf hindeuten, dass der Minderverbrauch primär etwas mit der sportlichen Betätigung zu tun hat (Stichwort: Erhöhte Trainingseffizienz) (6). Das bedeutet, dass das Training selbst zu einer Verbesserung der mitochondrialen Funktion und Dichte führt, die summa summarum dazu führt, dass wir für die gleiche körperliche Anstrengung mit der Zeit weniger Energie aufwenden müssen (6)(7).

Oder einfach ausgedrückt: Die Mitochondrien benötigten weniger Energietreibstoff, um die gleiche Menge an ATP zu synthetisieren.

Darüber hinaus ist es ebenso denkbar, dass eine Reduktion des Ruhe-Energieverbrauchs nur dann stattfindet, wenn zeitnah (am selben Tag) ein Training stattgefunden hat. Ob dies tatsächlich zutrifft, müssen zukünftige Untersuchung allerdings noch klären.

Schlussendlich gibt es noch einen weiteren Aspekt, der bei alledem nicht vergessen werden sollte – und das ist der Effekt, den Sport auf Hunger und Kalorienzufuhr hat. Und eine höhere Kalorienaufnahme wirkt sich bekanntlich auf die Energiebilanz aus und schmälert ein potenzielles Kaloriendefizit, was wiederum eine Gewichtsabnahme beeinträchtigt. Tatsächlich haben Martin et al. (2019) in ihrer Studie – auf deren Daten Flanagan et al. (2024) zurückgegriffen haben – eine Erhöhung der Kalorienzufuhr nach Trainingsbeginn feststellen können. Zur Wirkung von Sport und Training auf Hunger und Appetit habe ich bereits an anderer Stelle, nämlich hier und hier, etwas geschrieben.

Abschließende Worte

Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass körperliche Aktivität in Form von Sport und Training zwar weiterhin eine sinnvolle und unterstützende Maßnahme zur Optimierung der Körperkomposition und Reduktion des Gewichts sind, man aber keinesfalls die nachrangigen Effekte vernachlässigen sollte, die mit mehr Bewegung einhergehen können. Dazu gehört, neben einer metabolischen Adaption auch eine potenzielle trainingsbezogene Energiekompensation, die dazu führt, dass manche Menschen mit zunehmender Dauer weniger Kalorien durch Sport verbrennen, als sie es rein rechnerisch eigentlich müssten.

Da es überaus schwierig bis unmöglich ist die individuellen Reaktionen auf Sport/Training zu messen (da für Otto Normal zu teuer und aufwändig), bleibt uns nichts anderes übrig, als die Werkzeuge zu nutzen, die uns zur Verfügung stehen, um unsere Resultate zu optimieren.

Dies könnte beispielsweise die Kombination von Training mit einer Umstellung der Ernährungsgewohnheiten  (wozu auch das Tracking der Kalorienzufuhr und das Bestreben zur Einhaltung eines Kaloriendefizits gehören) sein, aber auch das Dokumentieren der täglichen Aktivität (NEAT) mit Hilfe eines Schrittzählers oder einer Fitnessuhr beinhalten. Zudem könnte eine gewisse Abwechslung beim Training dabei behilflich sein die aufgebaute Trainingseffizienz auszutricksen. Wenn du im Rahmen deines Ausdauertrainings also immer auf dem Laufband laufen gehst, könnte der Wechsel zum Fahrrad-Ergometer, Stairmaster oder Ruder-Gerät eine nützliche Maßnahme sein, um weiterhin mehr Kalorien durch Bewegung zu verbrennen.

Bildquelle Titelbild: Fotolia / terovesalainen