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GESCHICHTE DER BIOLOGIE

Kaloriemetrie (19)

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Karl von Voit, Max von Pettenkofer, Max Rubner - 19. Jh.

Liebig glaubte als erklärter Anhänger des Mechanismus, dass Kohlehydrate und Lipide die Brennmaterialien für den Körper seien, genauso wie sie einem offenen Feuer als Brennstoff dienen würden. Das bedeutete einen Fortschritt gegenüber Lavoisiers Ansichten ein halbes Jahrhundert vorher. Lavoisier hatte nur von Kohle und Stickstoff sprechen können, während man jetzt genauer über Kohlehydrate und Lipide, die aus Kohlenstoff, Wasserstoff (und Sauerstoff) zusammengesetzt waren, sprach.

Liebigs Auffassungen regten zur Untersuchung an, ob die durch ein solches Brennmaterial im Körper erzeugte Wärmemenge gleich der sei, die man erhält, wenn Kohlehydrate und Fette außerhalb des Körpers auf gewöhnliche Weise verbrannt werden. Lavoisiers einfache Experimente legten den Schluss nahe, dass die Antwort „ja“ heißen würde. Die Experimentiertechnik hatte sich aber seit dieser Zeit weiter verfeinert, so dass jetzt eine genauere Fragestellung notwendig erschien.

In den sechziger Jahren des neunzehnten Jahrhunderts wurden Geräte zur Messung der beim Verbrennen organischer Verbindungen erzeugten Wärmemenge entwickelt. Berthelot benutzte solche Geräte (Kalorimeter), um die Wärmemengen von Hunderten solcher Reaktionen zu messen. Bei einem gewöhnlichen Kalorimeter von der Art, wie sie Berthelot gebrauchte, wird in einem geschlossenen Behälter eine brennbare Substanz mit Sauerstoff vermischt, und dieses Gemisch wird auf elektrischem Wege zur Entzündung gebracht. Der Behälter befindet sich in einem Wasserbad. Das Wasser nimmt die bei der Verbrennung erzeugte Wärme auf, und durch den Temperaturanstieg des Wassers kann man die frei gewordene Wärmeenergie bestimmen.

Um die von Organismen erzeugte Wärmemenge zu messen, musste ein für sie genügend großes Kalorimeter gebaut werden. Aus dem vom Organismus verbrauchten Sauerstoff und erzeugten Kohlendioxyd kann die Menge der auf diese Weise verbrannten Kohlehydrate und Lipide berechnet werden. Die vom Körper erzeugte Wärmemenge lässt sich wieder durch den Temperaturanstieg des Wassermantels messen. Diese Wärmemenge kann dann mit der verglichen werden, die man bei der Verbrennung der gleichen Menge von Kohlehydraten und Lipiden außerhalb des Körpers erhalten hätte.

Der deutsche Physiologe Karl von Voit (1831-1908), ein Schüler Liebigs, konstruierte gemeinsam mit dem deutschen Chemiker Max von Pettenkofer (1818-1901) Kalorimeter, die groß genug waren, Tiere und sogar Menschen aufzunehmen. Die von ihnen angestellten Messungen schienen es sehr wahrscheinlich zu machen, dass lebendes Gewebe letzten Endes keine anderen Energiequellen hatte als die, welche in der unbelebten Natur vorhanden waren.

Voits Schüler Max Rubner (1854-2932) räumte durch weitere Untersuchungen jeden möglichen Zweifel aus. Er stellte Messungen über den Stickstoffgehalt von Urin und Kot an und analysierte die Nahrung seiner Versuchsobjekte sehr genau, so dass er daraus Schlüsse über Eiweiß, Kohlehydrate und Lipide ziehen konnte. Etwa 1884 war er in der Lage zu zeigen, dass Kohlehydrate und Lipide nicht die einzigen Brennstoffe für den Körper waren. Eiweißmoleküle konnten dieselbe Funktion übernehmen, nachdem die stickstoffhaltigen Bestandteile entzogen worden waren. Als man auch Eiweiß als Brennstoff erkannt hatte, konnte Rubner seine Messungen um so genauer durchführen. Um 1894 war es ihm möglich zu zeigen, dass die von den Nahrungsmitteln im Körper erzeugte Energie gleich der war, die durch eine gewöhnliche Verbrennung frei geworden wäre (nachdem man den Energiegehalt des Urins und Kots in Betracht gezogen hatte).

Der Satz von der Erhaltung der Energie galt in gleicher Weise für die belebte als auch für die unbelebte Natur.

Die neuen Messungen wurden in der Medizin angewendet. Der deutsche Physiologe Adolf Magnus-Levy (1865-1955) begann im Jahre 1893 die minimale Geschwindigkeit der Energieerzeugung beim Menschen zu messen (Grundumsatz) und fand erhebliche Abweichungen bei Krankheiten, in die die Schilddrüse verwickelt war. Von da an wurden die Messungen des Grundumsatzes ein wichtiges diagnostisches Hilfsmittel.

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