D4 Stoffwechsel- und Physiologische Analyse

Thema

Die metabolische und physiologische Analyse quantifiziert den Energieverbrauch und den Funktionszustand der Organsysteme während körperlicher Belastung und liefert so die thermodynamische Dimension der Bewegungsleistung. Die indirekte Kalorimetrie ermöglicht es, die gesamte vom Tier produzierte Stoffwechselwärme aus der Sauerstoff- und Kohlendioxidproduktionsrate abzuleiten, ohne diese Wärme direkt messen zu müssen. Dies liegt daran, dass die stöchiometrischen Verhältnisse zwischen den vom Körper verbrannten Stoffwechselsubstraten und dem mit der Umgebung ausgetauschten Sauerstoff und Kohlendioxid hochpräzise bekannt sind.

Das Verhältnis zwischen Kohlendioxidproduktion und Sauerstoffverbrauch gibt Aufschluss über das jeweils vorherrschende Energiesubstrat, das der Körper verbrennt: Ein Wert nahe 70 % deutet auf eine überwiegende Fettverbrennung hin, ein Wert nahe 1 auf eine überwiegende Glukoseverbrennung und ein Wert über 1 auf die Laktatproduktion im Muskel, was bedeutet, dass ein signifikanter Teil des Stoffwechsels anaerob geworden ist.

Die Sauerstoffaufnahme hat für jedes Tier eine aerobe Obergrenze: die maximale Sauerstoffaufnahme, die der Organismus während intensivster Belastung aufrechterhalten kann. Die maximale aerobe Kapazität steigt nicht proportional zur Körpermasse, wenn man Tiere unterschiedlicher Größe vergleicht, sondern eher bei einer etwas geringeren Körpermasse, etwa drei Viertel. Ein zehnmal schwereres Tier hat also keine zehnmal höhere, sondern eine deutlich geringere maximale aerobe Kapazität.

Die Effizienz, mit der ein Tier den Sauerstoffverbrauch in Bewegung umwandelt, wird als Transportkosten ausgedrückt: wie viel Stoffwechselenergie das Tier pro Einheit Körpermasse und pro zurückgelegter Strecke aufwendet. So ausgedrückt ermöglichen die Transportkosten einen Vergleich der Fortbewegungseffizienz zwischen Arten sehr unterschiedlicher Größe – etwas, das der Sauerstoffverbrauch allein, ohne Berücksichtigung von Masse und Strecke, nicht direkt ermöglicht.

Der Funktionszustand der eingangs erwähnten Organsysteme lässt sich auch direkt an der Haut mittels Infrarot-Thermografie ablesen. Diese Technik misst die Körperoberflächentemperatur mit räumlicher Auflösung und nutzt dabei die Tatsache, dass jeder Körper Infrarotstrahlung abgibt, deren Menge viel schneller ansteigt als seine eigene Temperatur. Die Temperaturunterschiede zwischen verschiedenen Körperregionen spiegeln, je nach Messort, Durchblutungsmuster, lokale Entzündungsprozesse oder allgemeinen Hitzestress wider.

Laktat, das bei anaerobem Stoffwechsel im Blut auftritt, folgt zusammen mit anderen Biomarkern wie Cortisol und Kreatinkinase einer einfachen Dynamik: Die Geschwindigkeit, mit der die Konzentration jedes dieser Biomarker in einem bestimmten Moment ansteigt oder abfällt, ist proportional zu seiner Konzentration in diesem Moment. Das bedeutet, dass nach einem Reiz, der ihren Anstieg verursacht, ihre Plasmakonzentration exponentiell ansteigt und dann wieder abfällt.

Bei submaximaler Belastung erweist sich die zuvor beschriebene Gangökonomie als sensitiverer Prädiktor für die Bewegungsleistung als die aerobe Leistungsgrenze des Tieres, eben weil der Großteil der tatsächlichen Bewegung weit unterhalb dieser Grenze stattfindet. Der Punkt, an dem die Blutlaktatkonzentration nicht mehr allmählich ansteigt, sondern sprunghaft zunimmt, markiert die anaerobe Schwelle des Tieres, den Übergang zu Fortbewegungsarten, die der Organismus nicht lange aufrechterhalten kann, ohne seine Stoffwechselkapazität zu erschöpfen – genau jener Energieverbrauch, mit dem diese metabolische und physiologische Analyse ihre Beschreibung begann.

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