Warum wir Kalorien schon seit Jahren falsch zählen

In der Theorie klingt es so simpel: Wer abnehmen möchte, muss einfach mehr Kalorien verbrennen, als er zu sich nimmt. Darum zählen viele Menschen beim Essen penibel Kalorien, unterstützt von Abnehm-Apps und Bewegungs-Trackern. Denn gerade diese technischen Hilfsmittel versprechen präzise Zahlen: Man kann live mitverfolgen, wie sich die eigene Kalorien-Bilanz mit jeder geknabberten Salzstange und jeder gelaufenen Treppenstufe verändert.

Auch die Professorin für Ernährungswissenschaften der New York University, Marion Nestle, erklärt, dass man theoretisch jeden Tag bei McDonalds essen und trotzdem abnehmen könnte – vorausgesetzt, man verbrennt im Gegenzug genügend Kalorien. Trotzdem bleibt bei vielen Menschen der gewünschte Effekt in der Praxis aus, obwohl sie rein rechnerisch alles richtig machen.

Folgt Motherboard auf Facebook, Instagram, Snapchat und Twitter

Dafür gibt es einen einfachen Grund: Die Zahlen, mit denen dein Fitness-Tool rechnet und die Kalorienangaben, die auf der Verpackung deines Schokoriegels stehen, sind im besten Fall gut geschätzt. Tatsächlich kommen Wissenschaftler immer häufiger zu dem Schluss, dass einige dieser Kalorienangaben komplett falsch sind. Außerdem gibt es abgesehen vom Kaloriengehalt noch viele weitere Faktoren, die beeinflussen, ob wir zunehmen oder nicht.

Unsere heutigen Diät-Apps und Fitness-Tools stützen sich auf jahrhundertealte Werte und Messmethoden. Ende des 18. Jahrhunderts entwickelte der französische Chemiker Antoine Laurent de Lavoisier einen dreiwandigen Metallbehälter, der gerade groß genug für ein Meerschweinchen war. Die Zwischenwand des Behälters war mit Eis ausgekleidet, unter dem Behälter befand sich eine Auffangschale. Da Lavoisier wusste, wie viel Energie man braucht, um Eis zu schmelzen, konnte er an der Menge des Tauwassers ablesen, wie viel Wärme das Tier im Inneren abgegeben hatte. Was der Wissenschaftler zu diesem Zeitpunkt noch nicht wusste: Indem man die Hitze misst, die das Meerschweinchen abgibt, kann man auch errechnen, wie viel Energie es aus seiner Nahrung verwerten konnte.

Eine modernisierte Version von Lavoisiers Messgerät, das inzwischen als Kalorimeter bekannt ist, wird auch heute noch in Forschungseinrichtungen wie dem Beltsville Human Nutrition Research Center in den USA angewandt. Allerdings wird hier der Energieverbrauch von Menschen und nicht von Nagetieren untersucht: Versuchspersonen halten sich Tag und Nacht in einem kleinen Raum auf, in dem sie schlafen, essen, zur Toilette gehen und auf dem Laufband schwitzen. Sensoren in der Wand messen permanent, wie viel Energie, also wie viele Kalorien, verbrannt werden. Denn grob gesagt entspricht eine Kalorie der Wärme, die gebraucht wird, um die Temperatur von einem Kilogramm Wasser um ein Grad Celsius zu erhöhen. Die Sensoren messen, wie viel Sauerstoff verbraucht und wie viel Kohlendioxid ausgeatmet wird. Da die Wissenschaftler wissen, wie viel Energie für die Umwandlung in Kohlendioxid gebraucht wird, können sie beispielsweise ausrechnen, dass ein Mensch, der 15 Liter Kohlendioxid ausatmet, 94 Kalorien an Energie verbraucht hat.

Mit dieser Methode haben die Forscher über die Jahre unzählige Daten erhoben: Sie wissen, wie viele Kalorien eine 55 Kilogramm schwere Frau verbraucht, wenn sie mit einer Geschwindigkeit von sechs Stundenkilometern joggt. Oder wie viele Kilokalorien ein sportlich wenig aktiver 60-Jähriger Mann zu sich nehmen muss, um seinen Tagesbedarf zu decken. Auf derartigen Durchschnittswerten solch präziser Messungen bauen die Fitness-Apps und Kalorientabellen dieser Welt auf.

Wie viele Kalorien in einem Lebensmittel enthalten sind, wird mit einer Weiterentwicklung von Lavoisiers Gerät gemessen. 1848 stellte ein irischer Chemiker namens Thomas Andrews fest, dass er den Kaloriengehalt von Lebensmitteln bestimmen konnte, indem er sie in einer geschlossenen Kammer verbrannte und den Temperaturanstieg im Wasser maß, das sich außerhalb der Kammer befand. Moderne Versionen von Andrews "Bombenkalorimeter" werden auch heute noch verwendet, um den sogenannten Brennwert von Lebensmitteln zu ermitteln. So auch im Beltsville Centre: Hier werden Proben des Hackbratens, Kartoffelpürees und Tomatensafts, den die Testpersonen zu sich nehmen, vorher durch das Bombenkalorimeter gejagt. "Dafür gefriertrocknen wir die Probe, pulverisieren sie und verbrennen sie dann", erklärt uns der Physiologe David Baer.

Natürlich sind Menschen keine Bombenkalorimeter, und wir können nicht jede Kalorie in unserem Essen verwerten. Dieses Problem erkannte auch der Chemiker Wilbur Atwater Ende des 19. Jahrhunderts. In einem groß angelegten Experiment errechnete er den Kaloriengehalt von mehr als 4.000 Lebensmitteln. Dann ließ er diese Lebensmittel von Freiwilligen verspeisen und sammelte ihre Exkremente ein. Diese verbrannte er anschließend in einem Bombenkalorimeter. Nachdem er den gemessenen so bestimmten Energiewert vom Brennwert des Essens abgezogen hatte, erhielt er den sogenannten Atwater-Wert. Dieser Wert gibt an, wie viel Energie tatsächlich in jedem Gramm Protein, Kohlenhydrat und Fett enthalten ist. Diese über hundert Jahre alten Werte bilden auch heute noch die Grundlage der Kalorienberechnung. Wenn Baer im Beltsville Zentrum die Kalorien für den Hackbraten berechnen möchte, korrigiert er das Ergebnis seines Bombenkalorimeters, indem er die Atwater-Werte hinzuzieht.

Auch wenn diese Kalorienberechnungen wie eine präzise Wissenschaft wirken, ist die Genauigkeit nur eine Illusion. Die Schwierigkeiten fangen schon bei den Werten an, die als Grundlage für alle weiteren Berechnungen genutzt werden. Die wenigsten Lebensmittelhersteller machen sich die Mühe, jeden Inhaltsstoff erst durch ein Bombenkalorimeter zu jagen. Sie verlassen sich stattdessen auf bereits vorhandene Daten – und die können stark variieren. Je nachdem, welche Tabelle man nutzt, könnte eine Portion Spaghetti zwischen 200 und 210 Kalorien enthalten. Über einen ganzen Tag verteilt, können sich diese kleinen Abweichungen schnell zu 100 Kilokalorien Unterschied summieren.

Selbst wenn die Kalorienangaben akkurat wären, dürfen wir nicht vergessen, dass unser Körper längst nicht alle Kalorien verwerten kann, die in einem Lebensmittel enthalten sind.

Baer und seine Kollegen vom Beltsville Centre fanden beispielsweise heraus, dass unser Körper manchmal auch weniger Kalorien aufnimmt, als auf einer Verpackung angegeben sind. Die Teilnehmer ihrer Studie nahmen zum Beispiel bei Mandeln rund ein Drittel weniger Kalorien auf, als der angepasste Atwater-Wert angibt. Bei Walnüssen lag der Unterschied bei 21 Prozent. Das sind gute Nachrichten für alle, die abnehmen wollen und gerne Mandeln oder Walnüsse knabbern, denn sie nehmen wahrscheinlich weniger Kilokalorien zu sich, als bisher angenommen. Dieser Unterschied könnte an der Struktur der Nüsse liegen, vermutet Baer: "Alle Nährstoffe – Fette, Proteine und so weiter – befinden sich innerhalb einer pflanzlichen Zellwand." Solange diese Zellwände nicht vollständig zersetzt werden – durch Weiterverarbeitung, Kauen oder Kochen – können einige Kalorien vom Körper nicht aufgenommen werden. Sie werden stattdessen wieder ausgeschieden.

Eine weitere wichtige Erkenntnis über die Kalorienverwertung haben wir Richard Wrangham zu verdanken. In den 1970er Jahren beobachtete der Evolutionsbiologe Schimpansen in Afrika. Er orientierte sich an der Rohkost-Diät von Affen und ernährte sich nur von Früchten, Samen, Blättern und Insekten. "Dabei stellte ich fest, dass ich ständig furchtbar hungrig war", meint er. "Dann begriff ich, welch große Rolle es spielt, dass Menschen gekochtes Essen zu sich nehmen."

**Auch auf VICE: **Insekten, Hoden und die Paläo-Ernährung

Denn durch das Kochen werden stärkereiche Lebensmittel leichter verdaulich, weil die Hitze die Struktur der Stärke auflöst und unserer Verdauung so Arbeit abnimmt. Wrangham stellte beispielsweise fest, dass Mäuse, die mit rohen Erdnüssen gefüttert wurden, mehr Gewicht verloren, als Mäuse, die mit derselben Menge gerösteter Erdnussbutter gefüttert wurden. Dasselbe Prinzip gilt auch für Fleisch: Ein gebratener Burger enthält wesentlich mehr verwertbare Energie als rohes Steak-Tatar. Auch unterschiedliche Zubereitungsmethoden haben Einfluss auf den Kaloriengehalt. 2015 stellten Forscher aus Sri Lanka fest, dass sie die Kalorien von Reis mehr als halbieren konnten, indem sie beim Kochen Kokosnussöl hinzufügten und den Reis danach im Kühlschrank abkühlen ließen.

Unterschiede hinsichtlich der Körpergröße, Körperfett, der Größe der Leber, des Stresshormons Cortisol und anderen Faktoren beeinflussen, wie viel Energie ein Körper benötigt. Auch der Zeitpunkt, zu dem wir eine Mahlzeit zu uns nehmen, könnte beeinflussen, wie wir die Energie verwerten. In einer Studie stellten Wissenschaftler fest, dass Mäuse, die zwischen 9 und 17 Uhr mit einer kalorienreichen Diät gefüttert wurden, 28 Prozent weniger Gewicht zunahmen, als Mäuse, die die gleiche Nahrung über 24 Stunden verteilt erhielten. Die Forscher vermuten, dass die unregelmäßigen Fütterungen den Rhythmus der Leber und den Stoffwechsel und somit auch den gesamten Energiehaushalt beeinflussten.

Bis vor Kurzem nahm man auch an, dass Gene bei schwerem Übergewicht eine große Rolle spielen: Forscher vermuteten, dass die Evolution Gene bevorzugt haben könnte, die es Menschen ermöglichte, mehr Kilokalorien in der Form von Fett zu speichern. Heute sind jedoch die meisten Forscher der Meinung, dass wir unserer DNA nicht die Schuld für Übergewicht geben können. "Die Anzahl der Fettleibigen stieg in den 1980er Jahren sehr stark an", meint Nestle. "Unsere Genetik hat sich in den zehn oder zwanzig Jahren davor jedoch nicht verändert. Daher können Gene also nur für einen Teil des Problems verantwortlich gemacht werden."

Stattdessen messen Forscher unserer Darmflora immer mehr Bedeutung zu. Denn die Bakterien im Darm verwerten einige der Faserstoffe, die unser Magen nicht verarbeiten kann und geben diese Nährstoffe an den restlichen Körper ab. Doch die verschiedenen Bakterienstämme verhalten sich dabei sehr unterschiedlich.

Auch auf VICE: Die (nicht ganz so) strikte Diät einer Profi-Ballerina

2013 untersuchten Forscher der Washington University menschliche Zwillingspaare, von denen einer stark übergewichtig und einer schlank war. Die Forscher entnahmen beiden Zwillingen Stuhlproben und setzten sie in die Därme von Mikroorganismen-freien Mäusen ein. Mäuse, die die Mikroorganismen der übergewichtigen Zwillinge erhalten hatten, legten Gewicht zu, die anderen blieben schlank – obwohl alle Mäuse das gleiche Futter bekamen. "Das war sehr auffällig", meint Peter Turnbaugh, der an der Studie beteiligt war. "Das war der erste Hinweis, dass die Mikroorganismen im Darm tatsächlich beeinflussen könnten, wie viel Energie wir aus der Nahrung ziehen."

Die Zusammensetzung unserer Darmbakterien ist zwar so individuell wie ein Fingerabdruck, lässt sich jedoch leicht durch unsere Ernährung und Umgebung verändern. Beispielsweise deutet vieles darauf hin, dass einige Medikamente eine Gewichtszunahme verursachen, indem sie die Zusammensetzung der Mikroorganismen im Darm verändern. Auch der Fall einer Mutter zeigt, welch großen Einfluss die Darmflora hat: Die Frau hatte eine Stuhltransplantation von ihrer übergewichtigen Tochter erhalten, um ihre chronische Darmentzündung zu heilen. Die Mutter konnte durch den Eingriff zwar geheilt werden, nahm jedoch 18 Kilogramm zu, die sie auch durch Diäten und Sport nicht wieder los wurde.

Diese Beispiele zeigen, wie viele individuelle Faktoren es gibt, die die Kalorienverwertung beeinflussen können. Kalorienzählen alleine reicht nicht aus – wir müssen einen ganzheitlichen Blick darauf werfen, was wir essen und wie wir essen.

Das Kaloriensystem, das wir auch heute noch nutzen, stammt aus einer Zeit, in der ernährungstechnisch ganz andere Prioritäten gesetzt werden mussten, als heute. Anfang des 20. Jahrhunderts war es die oberste Devise, die Bevölkerung ausreichend zu ernähren. Daher war die Kilokalorie eine gute Methode, um den Bedarf einer Person zu errechnen. Heute sieht die Situation jedoch ganz anders aus: In der westlichen Welt betrifft Übergewicht wesentlich mehr Menschen als Unterernährung. In Deutschland sind über die Hälfte der Erwachsenen übergewichtig oder adipös, in den USA sind es sogar mehr als zwei Drittel. Mit dem Übergewicht steigt auch das Risiko für Diabetes, Herzkrankheiten und Krebs. Das stellt sowohl die Wissenschaft und als auch die Gesellschaft vor ganz neue Herausforderungen, die nach einem neuen Messsystem verlangen.

Eine alternative Methode zur Gewichtsreduzierung hat die Ernährungsforscherin Susan Roberts von der Tufts University entwickelt. Statt auf stures Kalorienzählen konzentriert sich ihr Ernährungsplan auf das Sättigungsgefühl. Der Gedanke dahinter ist einfach: Wenn man sich nach einer Mahlzeit satt und zufrieden fühlt, ist das Bedürfnis weniger groß, kurz nach dem Essen zum nächstbesten Snack zu greifen. Äpfel, Fisch und Griechischer Joghurt stehen bei Roberts ganz oben auf dem Plan.

Auch auf VICE: Die Hochfettdiät eines Ultraläufers

Roberts Programm scheint zu funktionieren: In einer Studie konnten sie und ihre Kollegen feststellen, dass die Menschen, die sich an an ihren Ernährungsplan hielten, dreimal so viel Gewicht verloren, wie mit Hilfe des traditionellen Kalorienzählens – und dass sie dieses Gewicht auch halten konnten. Auch der Ernährungswissenschaftler David Ludwig konnte zeigen, dass Jugendliche, die zum Frühstück Haferflocken aßen, beim Mittagessen 650 Kalorien mehr zu sich nahmen, als eine andere Gruppe, die Omelette und Früchte frühstücken durfte. Denn das Sättigungsgefühl hielt bei der zweiten Gruppen scheinbar länger an.

Der Epidemiologe Adam Drewnowski hat noch ein weiteres Update fürs schnöde Kalorienzählen parat: Er konzentriert sich ganz auf die Nährstoffdichte von Lebensmitteln. In seinem System werden Lebensmittel nach ihrem Nährstoffgehalt pro Kilokalorie bewertet, nicht nach ihren Gesamtkalorien. Grüne Gemüsesorten und Hülsenfrüchte schneiden sehr gut ab, während Alkohol und stark fett- und zuckerhaltige Lebensmittel eine sehr geringe Nährstoffdichte aufweisen.

Vielleicht liegt die Zukunft der Gewichtskontrolle auch in personalisierten Ernährungsplänen, die präzise auf den individuellen Stoffwechsel abgestimmt sind.

Seit 2005 erforscht David Wishart von der University of Alberta die unzähligen chemischen Verbindungen, die im menschlichen Körper und auch in Lebensmitteln enthalten sind. Seine Ergebnisse hält er in riesigen Datenbanken fest. "Der Mensch nimmt eine unglaubliche Vielfalt an Lebensmitteln zu sich", sagt er. "Diese werden von unserem Körper in neue Verbindungen umgewandelt." Wishart schätzt, dass es über eine Millionen dieser Verbindungen gibt – auch wenn bisher noch niemand weiß, wie sie alle heißen oder wofür sie genau zuständig sind.

Vieles deutet daraufhin, dass es signifikante Unterschiede gibt, wie verschiedene Menschen Essen verwerten. Alles hängt von den Zehntausenden – oder Millionen – von Chemikalien ab, die unser individuelles Metabolom ausmachen. Kombiniert man dieses Wissen mit den Informationen über die individuelle Darmflora, könnten sich personalisierte Ernährungsempfehlungen entwickeln lassen. Wishart glaubt, dass wir in Zukunft ein Gericht nur mit unserem Smartphone abfotografieren müssen, um Informationen darüber zu erhalten, welchen Effekt es auf unseren Körper haben wird und wie viele Kalorien wir daraus verwerten können. Es ist gut möglich, dass die Person neben dir ganz andere Informationen zum selben Gericht erhalten würde.

Auch auf Motherboard: Für ein wenig Internet-Ruhm isst Shoenice22 alles

Vielleicht wird man sich in Zukunft auch darauf konzentrieren, die Darmflora zu manipulieren. Jemand, der abnehmen möchte, würde die Darmflora dann so beeinflussen, dass sie weniger Kalorien aus den Lebensmitteln zieht – ohne dabei der Gesundheit zu schaden. Peter Turnbaugh warnt davor, dass die Wissenschaft noch nicht dazu in der Lage ist, ein bestimmtes Darmmikrobiom zu empfehlen oder es gezielt im Darm einzusetzen.

Trotzdem wissen wir, dass sich die Mikroorganismen in unserer Verdauung verändern, wenn wir beispielsweise Antibiotika nehmen, reisen oder unsere Ernährung umstellen. Daher ist der Forscher zuversichtlich, dass wir eines Tages dazu in der Lage sein werden, die Mikroorganismen in unserer Verdauung nach unseren Wünschen zu beeinflussen.

Dieser Artikel ist ungekürzt und in englischer Sprache unter dem Titel "Why the calorie is broken" bei mosaic erschienen. Er wird unter der CC BY 4.0 Lizenz veröffentlicht.