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Braunes Fettgewebe: Können wir Kälte nutzen, um die Fettverbrennung zu steigern?

Die kalte Jahreszeit ist angebrochen und damit die Phase, in der wir unsere Wohnungen beheizen, um es weiterhin kuschelig warm zu haben. Während man in früheren Zeiten dafür mühsam Feuerholz beschaffen, es trocknen, zum Brennen bringen und am Brennen halten musste, ist es heute lediglich erforderlich, den Regler an unserem Heizkörper zu drehen, um in Minutenschnelle das Thermostat zum Klettern zu bringen. Unser Organismus verfügt jedoch auch über eigene Mechanismen, um die Körpertemperatur zu regulieren und auch diese müssen wir mit Brennstoff "befeuern", der aus unseren Energiereserven stammt. Somit stellt sich die Frage, ob wir unsere Fettverbrennung steigern können, indem wir uns bewusst kälteren Temperaturen aussetzen.

Als Spezies Mensch gehören wir zu den gleichwarmen Organismen. Im Gegensatz zu wechselwarmen Tieren müssen wir unser Blut und Gewebe ständig warm halten, um zu überleben. Unser Körper erreicht dies, indem er Energie zu Wärme verbrennt. Um unseren Körper bei Kälte warm zu halten, müssen wir mehr Kalorien verbrennen als es unter wärmeren Bedingungen der Fall ist. Für die Beantwortung der eingangs gestellten Frage müssen wir jedoch wissen, ob dieser erhöhte Verbrauch vernachlässigbar gering oder durchaus substanziell ist, und vor allem, wie kalt die Temperaturen sein müssen. Eine Erkältung wollen wir schließlich nicht riskieren.

Thermoregulation ist essenziell

Fast 50 Prozent der Kalorien, die ein normaler Mensch verbrennt, investiert der Körper in die Aufrechterhaltung einer Kerntemperatur von rund 37 Grad Celsius. Eine interessante Beobachtung ist allerdings, dass fettleibige Menschen im Durchschnitt eine geringere Körpertemperatur am Morgen aufweisen als normalgewichtige Personen [1]. In der Theorie könnte dieser Unterschied eine Gewichtszunahme von rund zwei Kilogramm pro Jahr bewirken. In der Praxis wurde dies jedoch nie direkt untersucht, weshalb es schwierig ist, die Bedeutsamkeit dieses Unterschiedes festzustellen.

Fettverbrennung steigern
Studien haben beobachtet, dass fettleibige Personen im Durchschnitt geringere Körpertemperatur aufweisen als normalgewichtige Menschen [1].
Wir als Menschen sind anpassungsfähig und unsere Thermoregulation hat sich im Laufe der Jahre stark verändert. Wir sind nicht mehr nur von unserem eigenen Körper und eventuell einem Feuer im Schutze der Höhle abhängig, um uns warmzuhalten. Stattdessen besitzen wir moderne Kleidung sowie Zentralheizungen und bewegen uns in temperierten Autos, Bussen und Zügen fort. Die Innentemperaturen unserer Räume sind heute nicht nur recht warm, sondern scheinen Jahrzehnt für Jahrzehnt auch ein wenig anzusteigen. Zu diesem Ergebnis kam eine Untersuchung aus dem Jahre 2011 mit dem Titel: "Könnte die fortwährende Zeit in einer thermischen Komfortzone zur steigenden Fettleibigkeit in der Bevölkerung beitragen?" [2].

Weiterhin scheinen immer mehr Menschen die Heizung in ihrem Schlafzimmer aufzudrehen. Dies könnte keine so gute Idee sein. Laut der National Sleep Foundation liegt die optimale Umgebungstemperatur für einen guten Schlaf zwischen 15,5 und 19,5 Grad Celsius [3]. Ein wesentlicher Bestandteil unseres Schlafes ist die Verringerung unserer Körpertemperatur. Der zirkadiane Rhythmus, umgangssprachlich auch als "innere Uhr" oder Biorhythmus bezeichnet, sieht diese Abkühlung im Rahmen der regenerativen Prozesse vor [4]. Schafft es der Körper nicht, diese Absenkung zu erreichen, kann eine beeinträchtigte Schlafqualität die Folge sein.

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Braunes Fettgewebe

Wenn es kalt wird, fangen wir an zu zittern, wodurch unsere Wärmeproduktion um das Fünffache gesteigert werden kann und somit mehr Kalorien verbraucht werden. Das klingt toll, doch vor Kälte zu zittern, ist nicht besonders angenehm. Sobald wir uns an eine kältere Umgebung gewöhnt haben, hören wir zwar auf, so viel zu zittern, aber der gesteigerte Kalorienverbrauch zur Wärmeproduktion bleibt bestehen [5]. Wissenschaftlich bezeichnet man dies als nicht-zitternde Thermogenese, die durch das braune Fettgewebe hervorgerufen wird.

Im weitesten Sinne können wir Fettzellen in drei Kategorien einteilen:

  1. Weiße Fettzellen
  2. Beige Fettzellen
  3. Braune Fettzellen

Weißes Fettgewebe wird als Speicherfett betrachtet. Die Zellen beinhalten große Vorräte an Fettsäuren und besitzen nur wenige Mitochondrien und eine mittlere Stoffwechselaktivität. Beige (die Farbe zwischen weiß und braun) Fettzellen werden als "Übergangszellen" betrachtet. Sie beinhalten moderate Mengen an Fettsäuren, besitzen ein paar Mitochondrien mehr als weißes Fettgewebe und haben daher eine etwas höhere, aber dennoch moderate Stoffwechselaktivität. Sie gelten als Mischform zwischen weißen und braunen Fettzellen.

Braune Fettzellen hingegen gelten als wärmeproduzierendes Fettgewebe. Auch sie beinhalten moderate Mengen an Fettsäuren, jedoch sehr viele Mitochondrien, die in der Lage sind, Fettsäuren in Form von Hitze zu verbrennen. Diese Mitochondrien verwenden einen Stoff namens "Uncoupling Protein 1", kurz UCP1, um in der Atmungskette den Schritt der ATP-Gewinnung zu überspringen und stattdessen die Energie aus Fettsäuren und Kohlenhydraten direkt zu Wärme zu verbrennen. In unserem Körperfett befinden sich einige Stellen, an denen es vermehrt anzutreffen ist, wie im Bereich des Nackens, entlang der Wirbelsäule und unter dem Schlüsselbein. Das kann man auch auf Bildern bestimmter Scans erkennen, wenn die Probanden zuvor Kälte ausgesetzt waren [6].

Fettverbrennung steigern braunes Fett
Braunes Fettgewebe enthält im Vergleich zu weißem Fettgewebe deutlich mehr Mitochondrien und ist dazu in der Lage, Wärme zu produzieren.

Das Besondere am braunen Fettgewebe ist, dass es bei Kälte nicht nur aktiviert, sondern in Reaktion auf Kälte erst produziert wird. Das bedeutet also nicht, dass wir braunes Fett schon nach einer kalten Dusche nutzen, sondern eher, dass es sich nach längerer Zeit der Kälteexposition bildet. In Versuchen konnten nur sehr wenige Probanden keine signifikanten Mengen braunes Fett nach Kälteexposition bilden.

Wie kann uns braunes Fettgewebe dabei helfen, unsere Fettverbrennung zu steigern?

Wenn es darum geht, braunes Fettgewebe zu bilden, sind die Details entscheidend. Einige Studien verwendeten Temperaturen von 15 Grad Celsius für mehrere Stunden am Tag, was sich für die meisten Menschen im realen Leben unangenehm kalt anfühlt. Sobald wir die Temperatur jedoch zu stark erhöhen, wird braunes Fettgewebe nicht mehr in signifikanten Mengen produziert. Forscher schätzen, dass rund 18 Grad Celsius die höchste Temperatur darstellt, bei der eine messbare Produktion stattfindet. Je höher die Temperatur, desto länger muss man sich der Kälte aussetzen, um einen Effekt zu erreichen.

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Sechs Stunden bei 15,5 Grad Celsius führten über einen Zeitraum von zehn Tagen zu einer Steigerung der braunen Fettmasse um durchschnittlich 37 Prozent [7]. In diesem Versuch konnte allerdings kein Anstieg des Energieverbrauchs festgestellt werden. Eine andere Untersuchung über drei Tage bei konstanten 16 Grad Celsius verzeichnete hingegen einen Mehrverbrauch von rund 140 Kilokalorien am Tag [8]. Es ist möglich, dass der Wechsel zu einer wärmeren Raumtemperatur über eine zu lange Dauer die Vorteile der Kälteexposition zunichtemachen könnte. Allerdings gibt es nicht genügend Studien, die dies direkt untersucht haben.

Bisher sind die Daten gemischt. Frühere Studien zeigten einen zusätzlichen Kalorienverbrauch von rund 400 Kilokalorien am Tag durch nur zwei Tage der Kälteexposition. Der Vergleich war allerdings eigenartig, da er zwei Stunden bei einer Raumtemperatur von 19 Grad Celsius (Beine auf einem Eisblock) mit der gleichen Zeit bei 27 Grad Celsius (ohne Beine auf einem Eisblock) umfasste [9].

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Was braunes Fettgewebe nicht kann

Wie immer gibt es jedoch auch einen Haken. Fettige, süße und deftige Speisen haben nicht umsonst gerade in der kalten Jahreszeit Hochsaison. Viele Menschen neigen dazu, mehr zu essen, wenn es kälter wird. In einer Untersuchung aßen Büroangestellte im Durchschnitt etwa 100 Kilokalorien mehr am Tag, wenn die Raumtemperatur von 26 auf 20 Grad Celsius reduziert wurde [10]. Interessant wäre eine Studie mit ähnlichem Versuchsaufbau, die den Unterschied zwischen einer Temperatur von 18 Grad Celsius oder niedriger mit einer höheren Temperatur vergleicht, da wir wissen, dass sich braunes Fettgewebe erst unter 18 Grad Celsius in signifikantem Ausmaß bildet. Doch bisher fehlen diese Daten.

Wenn die Temperatur unter die 15 Grad Celsius-Marke sinkt, könnte uns mehr Nahrung dabei helfen, mehr Wärme zu generieren. Zum einen kurzfristig, da bei der Verdauung und Verarbeitung von Nahrung immer Wärme produziert wird. Wir kennen dies als den Thermischen Effekt der Nahrung. Zum anderen hilft uns eine höhere Kalorienzufuhr langfristig, indem wir Körperfett speichern, welches als Isolation und Energievorrat dient.  Daten aus Tierstudien deuten darauf hin, dass uns Kälte besonders dazu verleitet, Nahrung mit hoher Energiedichte aufzunehmen [11]. Wenn wir uns die typischen winterlichen Leckereien wie Plätzchen, heiße Schokoladen, fette Braten und so weiter ansehen, liegt die Vermutung nahe, dass es bei uns Menschen nicht anders ist. Sehen wir uns am Ende jedoch die Schlussrechnung an, scheint diese höhere Kalorienzufuhr den Vorteil des braunen Fettgewebes nicht vollkommen zunichtezumachen [12].

Fettverbrennung steigern braunes Fett
Wenn wir uns die Daten unter dem Strich ansehen, scheint es, als würden die Vorteile der Kälteexposition auf die Bildung des metabolisch aktiven braunen Fettgewebes die Nachteile in Bezug auf die Speicherung weißen Fettgewebes übersteigen. Grafik verändert nach [12].

Die praktische Nutzung von Kälte, um die Fettverbrennung zu steigern

Einige Menschen frieren sehr schnell, wohingegen andere selbst im Winter noch in kurzer Hose und T-Shirt vor die Tür gehen. Bevor man sich der Kälte aussetzt, sollte man sicherstellen, dass man ein starkes Immunsystem besitzt und im Zweifelsfall vorher Rücksprache mit seinem Arzt hält. Gerade in der heutigen Zeit sollte man stark besuchte Orte, an denen man sich leicht mit Erkältungen, Grippe und anderen respiratorischen Infektionskrankheiten anstecken könnte, ohnehin meiden. Nährstoffe wie Zink, Vitamin C und Vitamin D tragen zu einer normalen Immunfunktion bei und sollten in ausreichendem Maße aufgenommen werden.

Auch ältere Menschen sollten vorsichtig sein, wenn sie den Versuch wagen, mithilfe von Kälte braunes Fettgewebe zu bilden und ihre Fettverbrennung zu steigern, da sie schneller unter einer erniedrigten Körpertemperatur und Blutdruckbeschwerden leiden. Weiterhin tendieren sie dazu, weniger braunes Fettgewebe zu bilden. Dieser Artikel soll keineswegs eine Aufforderung oder Empfehlung dazu darstellen, sich über längeren Zeitraum Kälte auszusetzen. Die Erhaltung der Gesundheit sollte stets über allen anderen Aspekten stehen.

Da diese wichtigen Dinge nun gesagt sind, sei angemerkt, dass eine Umgebungstemperatur von rund 18 Grad Celsius nicht extrem kalt ist. Weitere Studien zeigen, dass die Teilnehmer diese milde Kälteexposition nach wenigen Tagen weniger unangenehm empfinden und weniger frieren. Die meisten Erwachsenen tendieren dazu, eine Raumtemperatur von 17 bis 18 Grad Celsius als akzeptabel zu bewerten [13]. Trotz all diesen Studien scheint es bis heute unmöglich vorherzusagen, wie gut oder schlecht eine bestimmte Person auf die Kälteexposition anspricht. In einer Untersuchung schwankte die Bildung von braunem Fettgewebe zwischen einer Steigerung um zwölf Prozent und einem Rückgang um fünf Prozent, wenn die Raumtemperatur für einen ganzen Tag von 28 auf 20 Grad Celsius gesenkt wurde [14].

Fazit und Zusammenfassung

Sich über mehrere Stunden täglich einer geringeren Raumtemperatur von rund 15 bis 18 Grad Celsius auszusetzen, kann zur Produktion von braunem Fettgewebe führen, welches zur Wärmeregulation des Körpers beiträgt und dafür Kalorien aus der Nahrung und den körperlichen Speichern verwendet. Wenn wir die Daten aus den Studien hochrechnen, könnte so ein Gewichtsverlust von zusätzlichen zwei bis fünf Kilogramm pro Jahr zustande kommen. Allerdings wurden diese Untersuchungen bisher nur über Tage und Wochen durchgeführt, weshalb langfristige Abschätzungen spekulativ sind.

Während sich die meisten Menschen schnell an eine kältere Raumtemperatur gewöhnen, scheinen wir bei sinkenden Zahlen auf dem Thermometer dazu zu tendieren, mehr Kalorien aufzunehmen, wodurch die Gewichtszunahme gesteigert werden könnte. Daher sollte die Kalorienzufuhr stets im Auge behalten werden. Unter dieser Voraussetzung scheint eine milde Kälteexposition eine effektive Strategie dazustellen, durch einen erhöhten Kalorienverbrauch im Rahmen eines bestehenden Kaloriendefizits die Fettverbrennung zu steigern. Dennoch sollte man es dabei nicht übertreiben und seine Gesundheit riskieren. Den Regler an der Heizung im Winter aber ein wenig niedriger einzustellen, kann nicht nur beim Fettverlust helfen, sondern auch die Heizkosten reduzieren. 

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Primärquelle: Kamal Patel: ""Can you lose weight by turning down the heater?, https://examine.com

Literaturquellen:

  1. Grimaldi, Daniela, et al. "Evidence of a diurnal thermogenic handicap in obesity." Chronobiology international 32.2 (2015): 299-302.
  2. Johnson, F., et al. "Could increased time spent in a thermal comfort zone contribute to population increases in obesity?." Obesity reviews 12.7 (2011): 543-551.
  3. https://www.sleep.org/articles/temperature-for-sleep/
  4. Okamoto-Mizuno, Kazue, and Koh Mizuno. "Effects of thermal environment on sleep and circadian rhythm." Journal of physiological anthropology 31.1 (2012): 14
  5. Cannon, Barbara, and Jan Nedergaard. "Metabolic consequences of the presence or absence of the thermogenic capacity of brown adipose tissue in mice (and probably in humans)." International journal of obesity 34.1 (2010): S7-S16.
  6. van Marken Lichtenbelt, Wouter D., et al. "Cold-activated brown adipose tissue in healthy men." New England Journal of Medicine 360.15 (2009): 1500-1508.
  7. van der Lans, Anouk AJJ, et al. "Cold acclimation recruits human brown fat and increases nonshivering thermogenesis." The Journal of clinical investigation 123.8 (2013): 3395-3403.
  8. Wijers, Sander LJ, Wim HM Saris, and Wouter D. van Marken Lichtenbelt. "Individual thermogenic responses to mild cold and overfeeding are closely related." The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism 92.11 (2007): 4299-4305.
  9. Saito, Masayuki, et al. "High incidence of metabolically active brown adipose tissue in healthy adult humans: effects of cold exposure and adiposity." Diabetes 58.7 (2009): 1526-1531.
  10. Bernhard, Molly C., et al. "Warm ambient temperature decreases food intake in a simulated office setting: a pilot randomized controlled trial." Frontiers in nutrition 2 (2015): 20.
  11. Rowe, Edward A., and Barbara J. Rolls. "Effects of environmental temperature on dietary obesity and growth in rats." Physiology & behavior 28.2 (1982): 219-226.
  12. Cannon, Barbara, and Jan Nedergaard. "Thermogenesis challenges the adipostat hypothesis for body-weight control: Symposium on ‘Frontiers in adipose tissue biology’." Proceedings of the Nutrition Society 68.4 (2009): 401-407.
  13. Schellen, Lisje, et al. "Differences between young adults and elderly in thermal comfort, productivity, and thermal physiology in response to a moderate temperature drift and a steady‐state condition." Indoor air 20.4 (2010): 273-283.
  14. Warwick, P. M., and R. Busby. "Influence of mild cold on 24 h energy expenditure in ‘normally’clothed adults." British journal of nutrition 63.3 (1990): 481-488.
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