1.3 Energieflussraten von Substraten
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Sport und Ernährung Inhaltsverzeichnis 1. Energetik 1.1. Grundlagen der Energetik 1.2. Die Energieträger 1.3. Energieflussraten von Substraten 1.4. Veränderungen der Muskelzelle durch Ausdauertraining 2. Energiebilanzierung 2.1. Der 24 - Stunden-Energieverbrauch 2.2. Berechnung bzw. Messung des Energiebedarf 3. Das Körpergewicht bei Sportlern 3.1. BMI 3.2. Messung des Körperfettanteils 4. Kohlenhydrat-Zufuhr vor, bei und nach sportlichen Belastungen 4.1. Funktionen von KH 4.2. Die kurzkettigen KH 4.3. Ballaststoffe 4.4. Zusammensetzung der Nahrung 4.5. Verdauung der KH 4.6. Der Glykämische Index 5. Die endogenen Kohlenhydrat-Speicher 5.1. Die KH-Zufuhr in den letzten Tagen vor einer sportlichen Belastung 5.2. Die KH-Zufuhr in den letzten Stunden vor einer sportlichen Belastung 5.3. Die KH-Zufuhr in der letzten Stunde vor einer sportlichen Belastung 5.4. Die KH-Zufuhr während einer sportlichen Belastung 5.5. Tracer - Studien im Zusammenhang mit der Kohlenhydrat-Zufuhr 5.6. Wiederaufladung der KH-Speicher 6. Proteine (Eiweiße) 6.1. Funktionen 6.2. Essentielle Aminosäuren 6.3. Stoffwechsel 6.4. Biologische Wertigkeit 6.5. Energieträger Seite 1 von 26 Sport und Ernährung 6.6. Supplementierung von BCAA 7. Fette 8. Ernährungssupplementierung 8.1. Vitamine 8.1.1. Freie Radikale und Oxidantien 8.1.2. Vitamin B 8.1.3. Vitamin C 8.1.4. Vitamin E 8.2. Kreatin 8.3. L-Carnitin 8.4. Na-Bicarbonat 8.5. Arginin und Ornithin 8.6. Mineralien und Spurenelemente 8.7. 8.6.1. Magnesium 8.6.2. Kalzium 8.6.3. Eisen Allgemeine Richtlinien zu Mikronährstoffen Seite 2 von 26 Sport und Ernährung 1 Energetik 1.1 Grundlagen der Energetik Um ein Gleichgewicht zw. Verbrauch und Zufuhr lebensnotwendiger Stoffe und Flüssigkeiten zu erhalten müssen 5 Bilanzen beachtet werden: Kalorienbilanz Nährstoffbilanz Vitaminbilanz Mineralstoffbilanz Flüssigkeitsbilanz z.B. Race across America Ca. 5.000 km, 23.000 Höhenmeter in 9 Tagen 7h 9min, Durchschnittsgeschwindigkeit 28kmh, 17h Pause → 16.000 kcal/Tag, 16 l/Tag → insgesamt 144.000 kcal Kalorienzufuhr, 170 – 180 l Flüssigkeitszufuhr Die Deckung des täglichen Energiebedarfes erfolgt durch die drei Grundnahrungsstoffe Eiweiße (Proteine) , Fette und Kohlenhydrate. 1.2 Die Energieträger Hier werden wir uns vor allem mit folgenden drei Fragen beschäftigen: - - - Welche Menge an jeweiligem Substrat befindet sich durchschnittlich im menschlichen Organismus? Kann ich während länger dauernden sportlichen Leistungen Substrat verwerten und gleichzeitig wieder zuführen? Wie läuft die Interaktion der Substratbereitstellung ab? 1. Kohlenhydrate (intramuskulär) - Muskelglykogen Die Konzentration im Körper hängt von Ernährung, Muskelmasse, Muskelfaserzusammensetzung,... ab. Sie liegt ungefähr zwischen 1200 und 2000 kcal. - Leberglykogen 50 bis max. 110 g Glykogen, was einer Energiemenge von 200 bis max. 450 kcal. entspricht Seite 3 von 26 Sport und Ernährung Kohlenhydrate sind im Körper zwar am schnellsten verfügbar, stellen aber für länger andauernde Belastungen eine Mangelsubstanz dar → wir haben zuwenig Kohlenhydrate gespeichert! Der anaerobe Kohlenhydrat-Stoffwechsel ist sehr unökonomisch! z.B. 1 mmol Muskelglykogen kann aerob 36 mol ATP, anaerob aber nur 2 mol ATP bereitstellen. Bei einem „Ironman“ können z.B. nur 23 % der Energie aus Kohlenhydraten abgedeckt werden. 2. Fette Sie bilden das größte Energiedepot im menschlichen Organismus und stellen auch das effizienteste Depot-Substrat dar. Leider braucht es aber aufgrund der langsamen Flussrate sehr lange, um auf sie zugreifen zu können, da es zunächst mittels Transportproteinen durch die Muskelzellenmembran, das Zytoplasma und die Mitochondrienmembranen (Äußere, Innere) transportiert werden muss. Langkettige Fettsäuren müssen an L-Carnitin gebunden sein, um durch die innere Mitochondrienmembran zu gehen. Intramuskuläre Fette treten in Form von Fetttröpfchen, die in den Muskelfaser liegen („intramuskuläre Triglyceride“) und Fettzellen (Aufbrechen der Fettzelle = Lipolyse) auf. 3. Eiweiß (Proteine bzw. Aminosäuren) Der menschliche Organismus besitzt fast überhaupt keine frei zugreifbaren Eiweißspeicher sondern funktionell gebundenes Eiweiß in der Muskulatur. Wir besitzen einen Aminosäurenpool (freie AS in Körpergeweben und –flüssigkeiten), den wir durch Nahrungsaufnahme ständig wieder auffüllen. Durch dementsprechendes Krafttraining (u.U. Nahrungszusätze, die das ganze beschleunigen) kommt es zur Synthese zu Körpereiweiß/Muskulatur. Nimmt man viel Eiweiß zu sich (z.B. Steaks), ohne zu trainieren, werden die Proteine in Kohlenhydrate und Fette umgewandelt und gespeichert. Essenzielle Aminosäuren für die Energieproduktion: v.a. Leucin, Isoleucin, Valin (verzweigtkettige Aminosäuren oder BCAA branch-chained amino acids) Der Körper von Kindern, die fast keine Nahrung aufnehmen holt sich das nötige Eiweiß aus dem Blut (Bluteiweiß), was u.a. zu einer verstärkten Wasserabgabe und infolge zu einem Hungerödem (dicker Bauch) führt. 1.3 Energieflussraten von Substraten Wie viel Energie pro Zeiteinheit aus dem Substrat verfügbar gemacht werden kann. Seite 4 von 26 Sport und Ernährung Dilemma: Fette haben die niedrigsten Energieflussraten, sind aber in großer Zahl vorhanden. Kohlenhydrate fließen schneller als Fette. Ca. doppelt so schnell bei aerober, ca. dreimal so schnell bei anaerober (unökonomischer) Bereitstellung. Energiereiche Phosphate (ATP, Kreatin) haben schnelle Flussraten, sind aber nur sehr begrenzt vorhanden. Wird die Flussrate eines Substrates überschritten, muss auf ein anderes Substrat zurückgegriffen werden. Ad Energiebereitstellung bei „Steady-State“-Belastungen unterschiedlicher Intensität Große Überraschung: bei sehr hoher Belastung (hier 85% der VO2max) kommt es zu einer Abnahme des Fettstoffwechsels → zu intensives Ausdauertraining hat zwei Nachteile: 1. Zu hoher Zugriff auf Kohlenhydrate → negative Auswirkung auf Trainingsdauer 2. Kohlenhydrat-Stoffwechsel suprimiert Fettstoffwechsel Fazit: - - Der Anteil der Kohlenhydrate an der Energiebereitstellung steigt mit der Belastungsintensität! Es scheint ein Optimum für den Zugriff auf intramuskuläre Triglyceride zu geben. Ad FFS-Transport durch die Mitochondrienmembran Hohe Belastungsintensität → Reichlich Kohlenhydrate fließen in die Mitochondrien → diffundiert Citrat aus Mitochondrien → viel Citrat → viel Acetyl-Coenzym-A → Anhäufung im Muskel → „Acetylierung“ → freier L-Carnitin-Pool fällt ab → freie Fettsäuren können nicht mehr in die Mitochondrien gelangen, weil der Transportstoff LCarnitin nicht mehr in genügend Mengen vorhanden ist Ausdauertraining fördert die Oxidation von intramuskulären Fetten (Vermehrung der intramuskulären Fettdepots). D.h. deren Anteil an der Energiebereitstellung erhöht sich. 1.4 Veränderungen der Muskelzelle durch Ausdauertraining Vermehrung der Mitochondriendichte Vermehrung des Mitochondrienvolumens Aktivitätssteigerung der aerob wirksamen muskulären Enzyme (sowohl im Fett-, als auch im Kohlenhydrat-Stoffwechsel) Erhöhung der Sensitivität der β-Rezeptoren (im Fettgewebe, aber v.a. im Muskel in Form von intramuskulären Triglyceriden) Verbesserung der Vaskularisierung der Muskelzelle Verbesserung der Durchblutung Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen Kapillaren und Muskelfläche Erhöhung der Zeitdauer, die die Muskelzelle zur Verfügung hat, um Sauerstoff in den Gefäßen aufzunehmen Muskelfasertypisierung in Richtung Faser mit hoher oxidativer Kapazität Seite 5 von 26 Sport und Ernährung 2. Energiebilanzierung Die Umsetzung von Nahrungsenergie in mechanische Energie ist Voraussetzung für jede physische Aktivität. Erst eine ausgeglichene Energiebilanz ermöglicht es, über einen längeren Zeitraum optimale physische Leistungen zu erbringen. 2.1 Der 24-Stunden-Energieverbrauch Der 24-Stunden-Energieverbrauch (TEE – total energy expenditure) eines Menschen setzt sich aus vier Komponenten zusammen: 1. 2. 3. 4. 2.2 Grundumsatz (REE; Ruhe-Energieverbrauch; ca. 60-70% des Gesamtverbrauch) Körperliche Aktivität arbeitsinduzierte Thermogenese (AEE; ca. 20-30% des Gesamtverbrauch) nahrungsinduzierte Thermogenese (DIT; ca. 5-15% des Gesamtverbrauch) Berechnung bzw. Messung des Energiebedarf Der Grundumsatz Jene Energiemenge die benötigt wird, um den Körper in Ruhe über 24 Stunden energetisch zu versorgen. Faustregel: 1 kcal pro Stunde pro kg Körpermagergewicht z.B. Mensch mit 55 kg benötigt 55*1 kcal*24 Stunden = 1320 kcal Grundumsatz Der Grundumsatz hängt von verschiedenen Faktoren ab: - - Wärmeproduktion Aufrechterhaltung von Herz- und Kreislauffunktion, Atmung, Nieren- und Hirntätigkeit Einflussfaktoren auf die Höhe des Grundumsatzes Geschlecht (Männer haben einen höheren) Klima Ernährungsgewohnheiten (Fasten → Senkung, Überernährung → Erhöhung) Alter (sinkt mit zunehmendem Alter) Genaue Berechnung des Grundumsatzes mit der Formel nach Harris-Benedict. Der größte Prädikator für den Grundumsatz eines Menschen ist dessen freie Fettmasse (FFM). Der Grundumsatz ist noch zwei Stunden nach körperlicher Betätigung erhöht! Einheit der Energie Energien werden in Joule (J) oder Kilojoule (kJ) gemessen. Ein Joule ist jene Energie, die benötigt wird, um ein Kilogramm in einer Sekunde einen Meter hoch zu heben. Seite 6 von 26 Sport und Ernährung Die (alte) Kalorie war definiert als diejenige Energiemenge, die man braucht, um einen Liter Wasser von 14,5 auf 15,5 Grad Celsius zu erhitzen. 1 Kilokalorie = 4,185 Kilojoule 1 Kilojoule = 0,239 Kilokalorien Der Energiegehalt von Nährstoffen Nährstoff, Masse m = 1 g Protein Kohlenhydrat Fett Alkohol Energiegehalt in kJ Energiegehalt in kcal 17,18 17,18 38,97 29,75 4,1 4,1 9,3 7,1 Bemerkung: Alkohol stellt neben den Fetten den energiereichsten Nährstoff dar! Berechnung des Energiebedarfs aus Aktivitätsprofilen „Bibel“ zu diesem Thema: B.E. Ainsworth – Compendium of physical activities ... Der Begriff des MET MET – metabolic equivalent oder metabolische Einheit 1 MET ist die Sauerstoffaufnahme einer erwachsenen Person im Sitzen = 3,5 ml VO² pro kg*min d.h. eine körperliche Aktivität mit 6 MET entspricht dem 6fachen Energieaufwand einer erwachsenen Person im Sitzen. Energetisch gesprochen: ca. 0,0169 kcal pro kg*min = pro Stunde ca. 1,014 kcal pro kg Berechnung des Energiebedarfs mittels Herzfrequenz-Monitoring Mann Frau trainiert 0,140 * Hf – 7,23 0,082 * Hf – 4,13 untrainiert 0,098 * Hf – 5,36 0,054 * Hf – 5,36 Berechnung des Energiebedarfs mittels direkter Kalorimetrie Testperson befindet sich in einer luftdichten, hochisolierten Kammer. Gemessen wird die vom Körper abgegebene Wärme. Daraus können genaue Rückschlüsse auf den Energieverbrauch gezogen werden. Berechnung des Energiebedarfs mittels indirekter Kalorimetrie Ausgehend von Sauerstoffaufnahme und respiratorischem Quotienten kann der individuelle Energieverbrauch berechnet werden. Seite 7 von 26 Sport und Ernährung 3. Das Körpergewicht bei Sportlern Hochtrainierte Sportler weichen stets von den Werten der Durchschnittsbevölkerung ab → übliche Körpergewichtsformeln sind irrelevant → Alternative: Bestimmung des individuellen Normalgewichts Ad Gewichtskontrolle - Täglich (mind. aber zwei mal pro Woche) Morgens (selbe Zeit) Nüchtern Nach Toilette Unbekleidet, oder wenig bekleidet Ad optimaler Ernährungszustand des Sportlers Optimales Körpergewicht Broca-Index Body Mass Index (BMI/Körpermasse-Index) Individuelles Körpergewicht Ist unabhängig von der Körpergröße und wird über den „Body Composition“ (Körperfettanteil) berechnet. 3.1 BMI Klassifikation des BMI < 20 20 – 24,9 25 – 29,9 30 – 39,9 > 40 → → → → → Untergewicht Normalgewicht Übergewicht Adipositas Krankhafte Adipositas Percentilenkurven für BMI zur Kontrolle der körperlichen Entwicklung von Kindern und Jugendlichen im Internet unter blubberbuster.com/height_weight.html oder in Google eingeben. Ein Problem bei Kindern stellt die Berücksichtigung des biologischen Alters dar. Wie kann ich mein “optimales“ Körpergewicht berechnen? BMI = Körpergewicht / Größe ² umgeformt: Körpergewicht = Soll-BMI * Größe ² 3.2 Messung des Körperfettanteil (Body Composition) Eine direkte und exakte Messung ist zur Zeit noch nicht möglich. Es gibt aber eine Unzahl von mehr oder weniger genauen Methoden: Seite 8 von 26 Sport und Ernährung „pars-pro-toto” – Methoden (von einem Körperteil wird auf den ganzen Körper geschlossen ) Ganzkörpermethoden - - - Bestimmung der Hautfaltendicke Infrarot-Interaktanzverfahren Sonographie (Ultraschall) Computertomographie - Bioelektrische Impedanzanalyse Dual X-Ray Absorptionsmetrie Hydrodensitometrie Air Displacement Plethysmographie Kernspintomographie (MRT) Isotopendilution 1. „Pars-pro-toto“ - Methoden Bestimmung der Hautfaltendicke Prinzip: Messung einer doppellagigen Schicht von Haut- und Unterhautgewebe mit einem Präzisionskaliper an ausgewählten Körperstellen (z.B. Triceps, Biceps,...). Messung erfordert viel Erfahrung und Übung! → Umrechnung in Fettmasse bzw. fettfreie Masse mittels Formel Problem: Individuelle Eigenschaften der Haut hinsichtlich Kompression Je nach Population andere Referenzwerte → Interpretation der Messdaten möglichst spezifisch für das Individuum Infrarot-Interaktanzverfahren Prinzip: Darstellung der von verschiedenen Geweben reflektierten Ultraschallimpulse → Fett-, Muskel-, Organ- und Knochengrenzen. Laut Smekal eher für den Mistkübel! Sonographie (Ultraschall) Prinzip: Darstellung der von verschiedenen Geweben reflektierten Ultraschallimpulse. Computertomographie Prinzip: Messung aufgrund der Abschwächung der Röntgenstrahlen beim Durchgang durch unterschiedliche Gewebe (Organe, Muskeln, Fett, Knochen,...) → Berechnung des Körperfettanteils 2. Ganzkörpermethoden Bioelektrische Impedanzanalyse Prinzip: Bestimmung des Wechselstromwiderstandes eines Körpers. Resistence entspricht dem Ohmschen Widerstand. Muskelgewebe besitzt gute elektrische Leitfähigkeit Fettzellen besitzen schlechte elektrische Leitfähigkeit Seite 9 von 26 Sport und Ernährung Je höher der Anteil von Flüssigkeit und der darin gelösten Salze, desto geringer der Widerstand Aber Messtechnische Probleme - DXA – Dual X-Ray Absorptionsmetrie Prinzip: Abtastung des Körpers mittels Röntgenstrahlen. Abschwächung der Strahlen gemessen beim Durchgang durch Gewebe. → Aufgrund der unterschiedlichen Absorption der Strahlen: Differenzierung in Knochen- und Weichgewebe möglich. Problem: Strahlenbelastung kann Kindern und Jugendlichen nicht zugemutet werden. Hydrodensitometrie (Methode des Unterwasserwiegens) Prinzip: Während maximaler Exspiration wird das Körpergewicht unter Wasser gemessen. Aus der Differenz zwischen Messung am Land – im Wasser erfolgt die Berechnung des Körpervolumens. Dieses wird um das Lungenvolumen korrigiert. → Körpergewicht / korrigiertes Körpervolumen = Körperdichte → Berechnung der Körperfettmasse stellt die zur Zeit genaueste Methode dar! Ad Bestimmung der Körperdichte (p=m/V) Prinzip: Dichte von Fett beträgt 0,9 g/cm³ Dichte von FFM (Magermasse) beträgt 1,1 g/cm³ Problem: hohe Kosten Unterwassertauchen nur bedingt durchführbar Air Displacement Plethysmographie Prinzip: nutzt Luftverdrängung an Stelle von Wasserverdrängung zur Bestimmung des Körpervolumens → Problem des Unterwassertauchens entfällt! Kernspintomographie Prinzip: Messung der Reflexion, Absorption und Zerstreuung von elektromagnetischer Strahlung. Verschiedene Gewebe schwingen unterschiedlich. Dieses Verfahren wird sich a la long durchsetzen, ist aber noch sehr teuer! Isotopendilution Prinzip: Einnahme eines mit Isotopen markierten Getränkes. Flüssigkeit verteilt sich verschiedenen Geweben unterschiedlich. → Berechnung des Körperwassers und der Magermasse Seite 10 von 26 Sport und Ernährung 4 Kohlenhydrat-Zufuhr vor, bei und nach sportlichen Belastungen Kohlenhydrate stellen eine Mangelsubstanz im menschlichen Körper dar, mit der man sparsam und schonend umgehen sollte. 4.1 Funktionen von Kohlehydraten Energiequelle z.B. Gehirn und rote Blutkörperchen decken ihren Energiebedarf ausschließlich aus Glucose (Zucker) Stützfunktion Sie sind Bestandteile von Knochen, Sehnen und Bindegewebe Energiereserve In Form von Muskel-, Leberglykogen, Blutzucker Spezifische Funktionen i. Sie sind Bestandteile con Blutgruppensubstanzen ii. Aufrechterhaltung des Wasser- und Elektrolythaushaltes iii. Proteinsparende Funktion (Kohlenhydratmangel bedingt bei lang andauernden intensiven Belastungen einen erhöhten Zugriff auf Proteine) 4.2 Die „kurzkettigen“ Kohlenhydrate 1. Monosaccharide Glucose (Traubenzucker, in Obst und Süßigkeiten) Fructose (Fruchtzucker, in Obst) Galactose (Bestandteil des Milchzuckers, in Milchprodukten) 2. Disaccharide Sacharose (= Glucose + Fructose, im Rüben- oder Haushaltszucker) Lactose (Milchzucker, = Glucose + Galactose) Maltose (Malzzucker, im Bier und Süßigkeiten) 3. Polysaccharide Stärke (wichtigstes Nahrungskohlenhydrat, in Hülsenfrüchten) Glykogen (im Muskelfleisch) Ballaststoffe, Cellulose oder Pektin (in Vollkorngetreide, Gemüse, Hülsenfrüchte und Obst) Alle Kohlenhydrate werden als Monosaccharide vom Darm ins Blut aufgenommen. Von dort gelangen sie in die Körperzellen. Monosaccharide werden schnell ins Blut aufgenommen. Disaccharide brauchen länger, weil sie zunächst in Monosaccharide gespalten werden müssen. Polysaccharide werden in mehreren Schritten zu Monosacchariden abgebaut und gelangen langsam und kontinuierlich ins Blut. Seite 11 von 26 Sport und Ernährung → 4.3 unterschiedliche Wirkungen der Kohlenhydrate auf diverse Stoffwechselprozesse! Ballaststoffe Sind Bestandteil pflanzlicher Lebensmittel und werden im Körper nicht zur Energiegewinnung verwertet, weil sie durch unsere Verdauungsenzyme nicht abgebaut werden können. Ihre vorrangige Funktion liegt in der Beeinflussung der Verdauung. 4.4 Zusammensetzung der Nahrung Mit der üblichen Nahrung werden ca. 300g Kohlenhydrate aufgenommen. Vor allem Polysaccharide (64% Stärke, 0,5% Glykogen) und Disaccharide (26% Rohrzucker, 6,5% Milchzucker), den Rest bilden Monosaccharide. 4.5 Verdauung der Kohlenhydrate Speicheldrüsen-Amylase Vermischung mit Pankreassaft im Duodenum α – Amylase im Pankreassaft setzt aus der Stärke Oligosaccharide frei. Diese werden in der Schleimhaut des Dünndarms zu Einfachzucker (Glucose, Fructose, Galactose) gespalten und gelangen durch Transportproteine ins Innere von Zellen. 4.6 Der „Glykämische Index“ Lebensmittel werden nach ihrer Eigenschaft, eine postprandiale (Hyper)Glykämie hervorzurufen eingeteilt. Am GI beteiligt sind vorrangig: - die Kohlenhydrat-Zusammensetzung die Bearbeitung der Lebensmittel deren enzymatischer Aufschluss Bestimmung des GI Entspricht der Fläche unter der „2h-Blutzucker Antwort Kurve“ (Area Under the Curve) nach einer Testmahlzeit mit 50g Kohlenhydrate (Weißbrot oder Glukose). Lebensmittel mit hohem GI - Weißbrot Chips Maltose Glukose (z.B. im Honig) Pommes Lebensmittel mit niedrigem GI - Seite 12 von 26 Vollkornbrot Grünes Gemüse Naturreis Basmati-Reis Soja Sport und Ernährung Vorteile einer Kost mit niedrigem GI Verbesserte Blutzuckerkontrolle Niedrigerer Tagesinsulin-Plasmaspiegel Verbesserte Insulinsensitivität Niedrigere Plasma-Triglyceridwerte Verbesserte Plamsa-Cholesterinspiegel Höherer HDL-Spiegel Verbesserte fibrinolytische Aktivität Veränderungen hinsichtlich Appetit und Gewicht Seite 13 von 26 Sport und Ernährung 5 Die endogenen Kohlenhydrat-Speicher 5.1 Die Kohlenhydrat-Zufuhr in den letzten Tagen vor einer sportlichen Belastung Kohlenhydrat – Superkompensation Unter dem Kohlenhydrat-Loading versteht man eine Ernährungstechnik, meist 3-7 Tage vor dem Wettkampf, um die Glykogenreserven anzuheben. Sie ist vor allem sinnvoll in Sportarten, wo man über einen längeren Zeitraum relativ intensive Leistungen bringen muss. Ausdauersportarten (z.B. Marathon, Triathlon, Radfahren,...) die intervallförmige Leistungen über einen längeren Zeitraum hinweg erfordern (z.B. Fußball,...) a. Modell der Kohlenhydrat – Superkompensation nach Bergström - - - Entladung der Kohlenhydrat-Speicher am 7. (oder 8.) Tag vor dem Wettkampf Möglichst Kohlenhydratlose Diät an den anschließenden drei Tagen (6.,5. und 4. Tag vor dem Wettkampf) Möglichst Kohlenhydratreiche Kost an den letzten drei Tagen vor dem Wettkampf Problem: Kein ordentliches Training am 6., 5. und 4. Tag vor dem Wettkampf möglich und Körpergewichtszunahme von ca. 1-1,5 kg durch erhöhte Wassereinlagerung (1g Muskelglykogen speichert 1,7g Wasser). b. Modell der „milden“ Kohlenhydrat – Superkompensation Entladung der Kohlenhydrat-Speicher am 4. Tag vor dem Wettkampf Keine Kohlenhydratlose Diät ermöglicht normales Training Möglichst Kohlenhydratreiche Kost an den letzten drei Tagen vor dem Wettkampf - c. Modell der Kohlenhydrat – Superkompensation nach Sherman - - - Entladung der Kohlenhydrat-Speicher am 7. Tag vor dem Wettkampf Möglichst Kohlenhydratarme Kost an den anschließenden drei Tagen (6.,5. und 4. Tag vor dem Wettkampf) unter 350g KH/Tag → Ausdauertraining noch möglich Möglichst Kohlenhydratreiche Ernährung an den letzten drei Tage vor dem Wettkampf. 600g KH/Tag sowie extensives Ausdauertraining unter 30 bis 45 min. Seite 14 von 26 Sport und Ernährung 5.2 Die Kohlenhydrat-Zufuhr in den letzten Stunden vor einer sportlichen Belastung (am Wettkampftag) Was ich zu mir nehme ist abhängig von der Belastungsdauer! Nutzen von Kohlenhydrat-Zufuhr in den letzten Stunden vor einer sportlichen Belastung: Auffüllen der Leberglykogenreserven Restzeit für Muskelglykogen-Resynthese Bessere Flüssigkeitsversorgung 5.3 Die Kohlenhydrat-Zufuhr in der letzten Stunde vor einer sportlichen Belastung Effektivität abhängig von: Verdauungsgeschwindigkeit Art, Menge und Timing der aufgenommenen Kohlenhydrate Schlüsselfaktoren: - Intensität, Dauer Trainingszustand Kohlenhydrataufnahme Muskleglykogenmenge zu Beginn der Belastung → Bei länger andauernden Belastungen sind bei Zufuhr von Kohlenhydraten in der letzten Stunde vor der Belastung solche mit niedrigerem GI günstiger als jene mit hohem! „Rebound – Hypoglykämie“ Kann auftreten, wenn Kohlenhydrate (v.a. solche mit hohem GI, z.B. Glukose-Lösung) knapp vor dem Wettkampf zugeführt werden. Folge: - Hohe Insulinausschüttung Abfall des Blutzuckerspiegels Ursache: gewisse, individuelle Neigung Zum Timing der Kohlenhydratgabe: - Während des Aufwärmens Schon drei Stunden vor dem Wettkampf (z.B. Müsliriegel, Spaghetti, Vollkorn,...) Seite 15 von 26 Sport und Ernährung 5.4 Die Kohlenhydrat-Zufuhr während einer sportlichen Belastung ca. 120 – 180 kcal/Std. zu sich nehmen Muss soviel zu mir nehmen, um die Oxidationsraten (peak oxidation rate) zu erreichen! 5.5 Tracer -Studien im Zusammenhang mit der Kohlenhydrat-Zufuhr Die folgenden Tracer-Studien aus den letzten 10 Jahren befinden sich noch nicht in wissenschaftlichen Büchern und beschäftigen sich mit verschiedenen Fragestellungen im Zusammenhang mit der Kohlenhydrat-Zufuhr: Bewirkt die Einnahme mehrerer unterschiedlicher KH-Lösungen eine Steigerung der Oxidationsrate? Fazit: Höhere Oxidationsraten bei Verabreichung verschiedener KH-Lösungen Theorie: Trägerproteine (transportieren KH in die Mitochondrien) sind nicht so schnell gesättigt. Kann ein Hochausdauertrainierter mehr KH zuführen als ein normaler Mensch? Trainierte/Untrainierte ca. 2 Std. lang auf dem Fahrrad-Ergometer mit 50 % der VO2max. Fazit: Kein signifikanter Unterschied beim Zugriff auf exogenes KH. Ein Unterschied besteht lediglich im erhöhten Zugriff Trainierter auf Körperfette. Ist die Fähigkeit, KH zu oxidieren anhängig von der Ausdauerleistungsfähigkeit? Fazit: Menge der Oxidation von exogen zugeführten KH bei Trainierten/Untrainierten praktisch gleich. Kommt es bei Zufuhr von KH zu Veränderungen in der Energiebereitstellung? Sechs Trainierte in drei Versuchen am Fahrrad-Ergometer mit 50 % der Wmax (~ 55 % der VO2max) Fazit: KH- und Fettstoffwechsel sind miteinander verknüpft → bei exogener KHZufuhr fällt die Fettoxidation leicht ab (Fettstoffwechsel wird blockiert). Die Energiebereitstellung aus der Leber (Leberglykogen) wird völlig blockiert. Kann eine zusätzliche Gabe von Fett den Zugriff auf Muskelglykogen verhindern? Einmal mit Fett und KH-Zugabe, beim anderen mal nur KH-Zugabe Fazit: Es besteht kein signifikanter Unterschied bei Zugabe von MCT (Middle Chained Triglycerids) → keine Schonung der KH-Speicher möglich! Seite 16 von 26 Sport und Ernährung 5.6 Wiederaufladung der KH-Speicher Die Wiederaufladung der KH-Speicher stellt einen sehr langfristigen Prozess dar → limitierender Faktor in vielen Sportarten. Die Wiederaufladung der Muskelglykogen-Speicher erfolgt in den ersten beiden Stunden unmittelbar nach der Belastung wesentlich schneller als danach. Die großen Unterschiede in der Resynthese bei sofortiger und verzögerter KH-Zufuhr werden umso geringer, je länger die benötigte Zeit für die Resynthese beträgt → bei kurzer Resynthese-Zeit (z.B. zweites Match am Abend) sollte man sofort nach der Belastung KH zu sich nehmen! Versuch mittels Muskelbiopsie: Glykogen-Resynthese bei KH-Zufuhr mit hohem bzw. niedrigem GI Fazit: Signifikant bessere Glykogen-Resynthese bei KH-Zufuhr mit hohem GI. Werden die Glykogenspeicher schneller resynthetisiert, wenn zusätzlich Proteine verabreicht werden? Fazit: Signifikant höhere Glykogen-Resynthese, wenn gleichzeitig Protein verabreicht wird. Grund: Erhöhte Stimulierung der Insulinsekretion durch die Proteinzufuhr → Insulin stimuliert den Glykose-Transport in die Muskelzelle Insulin aktiviert das Enzym Glykogen-Synthesase (wichtig für die Glykogen-Resynthese) Einfluss unterschiedlicher Diätformen auf die Laktat-Leistungs-Kurve Die Beziehung von Laktat und relativer Leistung ist sowohl vom Ausmaß der exogen zugeführten KH, als auch vom Ausmaß der endogenen KH-Speicher anhängig. Seite 17 von 26 Sport und Ernährung 6 Proteine (Eiweiße) - 6.1 griech. proteios = erstrangig → zählen zu den wichtigsten Hauptnährstoffen bestehen aus Aminosäure-Sequenzen (Primärstruktur) räumliche Eiweißstruktur (Sekundärstruktur) Helix-Struktur Verbund mehrerer Ketten z.B. Globulus-Struktur Funktionen 6.2 Baustoff Transportfunktion Strukturfunktion Kontraktile Funktion Schutz- und Abwehrfunktion Bestandteile von Körperflüssigkeiten und Sekreten Essentielle Aminosäuren Diese können vom Organismus nicht selbst aufgebaut werden → Zufuhr über Nahrung Die wichtigsten essentiellen AS sind Valin (Val), Leucin (Leu), Isoleucin (Ile). Nichtessentielle AS können vom Organismus selbst aufgebaut werden. 6.3 Stoffwechsel der Proteine Mit der Nahrung aufgenommene AS werden nur in Form von freien AS resorbiert (d.h. in den Blutkreislauf aufgenommen) → resorbierte AS gelangen in den AS-Pool des Körpers (nur 0,05 % aller AS im Körper liegen in freier Form vor). Jede Körperzelle hat Zugriff auf diesen AS-Pool. Die Skelettmuskulatur stellt das größte Reservoir an AS dar. Ob die benötigten Proteine hergestellt werden können, hängt von der Art der AS ab: Alle lebensnotwendigen AS müssen in ausreichender Menge verfügbar sein! → Maß für die ausreichende Menge an essentiellen AS: 6.4 Biologische Wertigkeit Sie stellt die gängigste Methode zur Bestimmung der Proteinqualität dar. Ihre Höhe ist abhängig von der Menge und Relation der essentiellen AS. Bezugsgröße ist das Volleiprotein. Die biologische Wertigkeit lässt sich durch geschickte Kombinationen (z.B. mit Hülsenfrüchten) erhöhen, nimmt aber mit zunehmender Gesamtproteinzufuhr ab! Hochwertige Proteinkombinationen ohne Fleisch Getreide und Hülsenfrüchte Getreide und Eier Kartoffel und Eier Kartoffel und Milchprodukte Seite 18 von 26 Sport und Ernährung 6.5 Proteine als Energieträger mit der Nahrung zugeführte Proteine / AS AS-Umwandlung in KH und Fette: Speicherung AS – Pool AS für Energieproduktion z.B. Leucin, Valin,… Körpereiweiß v.a. Muskulatur weiters: Hormone… Verzweigtkettige Aminosäuren (BCAA) Unsere Muskulatur besteht zu 1/3 aus verzweigtkettigen AS (Branched Chained Amino Acids). Nach proteinreicher Mahlzeit werden BCAAs als erste resorbiert, in den ersten 3h nach der Nahrungsaufnahme 50-90% der gesamten AS-Aufnahme. BCAAs werden sehr schnell vom Muskel aufgenommen und sind an der Proteinsynthese beteiligt. Studie: Linearer Anstieg der Leucin-Oxidation mit der Belastungsintensität Ursache: Aktivierung des Enzyms BCOD (branch-chain Oxoacid-Dehydrogenase) Unter Belastung greift der Körper vorwiegend auf BCAA (v.a. Leucin) zu. → bei längerer Ausdauerbelastung werden von der Muskulatur zunehmend BCAA aus dem AS-Pool aufgenommen → BCAA-Spiegel sinkt → zuwenig freie BCAA verfügbar → Zugriff auf die körpereigenen Proteine aus dem Muskelgewebe (d.h. Abbau von Muskelgewebe) Vorsicht, nicht erwünscht! Besonders gefährdet sind Untrainierte, bei denen zu Trainingsbeginn die Eiweiß-Bilanz negativ ist. Vorsicht vor allem wenn CrashDiät mit Sport gekoppelt ist (→ mögliches Eintreten kataboler Zustände)! Studie: Prinzipiell verbrauchen Männer unter Ausdauerbelastung mehr Eiweiß als Frauen Ursache: wahrscheinlich hormonell bedingt Der Zugriff auf Proteine nimmt durch Ausdauer-Training ab → guter AusdauerTrainingszustand schützt die Eiweiß-Speicher und beugt katabolen Zuständen vor. Seite 19 von 26 Sport und Ernährung Entladene KH-Speicher führen zu einem erhöhten Zugriff auf die körpereigenen EiweißSpeicher (Muskulatur) → „müssen“ in manchen Sportarten verbotenerweise mittels Anabolika-Gabe wiederaufgefüllt werden. Empfohlene Eiweißzufuhrmengen: Hobby-Ausdauer-Sportler: Leistungs-Ausdauer-Sportler: Extremsportler: 1,2 – 1,5 g/kg Körpergewicht/Tag 1,8 – 2 g/kg Körpergewicht /Tag 2,5 g/kg Körpergewicht /Tag Bei hohen Trainingsumfängen ist unbedingt ein Diätplan erforderlich! Eiweißzufuhr im Kraftsport: Die Muskelprotein-Synthese und der Abbau von Muskelprotein erfolgen immer simultan. (je höher die Synthese, desto höher der Abbau) Krafttraining ist ein Stimulus für die Synthese (Ursache nicht geklärt) → Grundbedingung: genügend Eiweißzufuhr! (sonst Muskelabbau) Die Syntheserate ist auch von der Muskeldurchblutung abhängig. Studie: Führt frühe Eiweißzufuhr nach dem Training zu größerem Muskelwachstum? Ergebnis: Die Kraft steigt signifikant stärker bei sofortiger Eiweißzufuhr an. Werden nach dem Krafttraining KH zugeführt, steigt die Protein-Synthese in der Muskulatur. Am besten Mix aus Eiweißen und KH zuführen! Als Empfehlung wird für Sportarten mit hohem Kraftanteil eine ausreichende Eiweißzufuhr von max. 3 g/kg Körpergewicht/Tag genannt. 6.6 Supplementierung von BCAA Angeblich positive Wirkungen auf Substrat, Regeneration, Immunsystem und zentrale Ermüdung. Die durchgeführten Studien wiesen kaum positive Ergebnisse auf. D.h. die Gabe von BCAA erhöht kaum die aerobe Leistungsfähigkeit. Seite 20 von 26 Sport und Ernährung 7 Fette Ist eine Fettsupplementierung sinnvoll, um KH-Speicher zu schützen? Fett und Ausdauer - - - Fettgabe vor/während einer Belastung steigert die Ausdauerleistungsfähigkeit nicht (werden nicht gut vertragen) Trend, Zufuhr von Fetten in der Woche vor Belastung (bei vorausgegangener Glykogenentladung und Superkompensation) → Verbesserung der Ausdauerleistungsfähigkeit (kontroverse Ansichten) Fettreiche Ernährung während Superkompensationsphase in der KH-armen Diät schadet nicht MCT – Fette (middle chained triglycerides) Werden schneller resorbiert (gespalten) → liegen nicht im Magen Kommen nur vereinzelt vor (v.a. im Kokosfett, Butter) Halbsynthetisch, gezielt hergestellt – Designer-Lipide Nicht hitzebeständige → nicht zum Backen, Braten und Frittieren geeignet Als Aufstrichfett, Salatöl Als Spezialöl/-fett kaufbar In Designer-Fetten fehlen ernährungsphysiologisch wertvolle Komponenten Vermeidung von Zivilisationskrankheiten Seite 21 von 26 Sport und Ernährung 8 Ernährungssupplementierung 8.1 Vitamine 8.1.1 Freie Radikale und Antioxidantien Die wichtigsten Atome in der Natur sind der Kohlenstoff C, der Wasserstoff H und der Sauerstoff O. Sobald diese drei untereinander Bindungen eingehen, werden einige Elektronen frei „gepaarte Elektronen“. Trennt man diese nun voneinander, werden sie zu „ungepaarten Elektronen“, die sofort versuchen, sich erneut einen Partner zu suchen. Ein solches ungepaartes Sauerstoff-Molekül nennt man ein freies Radikal. Sie entstehen auch unter Belastung. Das Gegenstück, die sogenannte Antioxidantien, fangen freie Radikale. - - - Exogene freie Radikale: kommen in der Umwelt vor (UV-Strahlung, Luft, Stress, …) Endogene freie Radikale: entstehen im Organismus z.B. bei Atmungskette, beim Sport kommt es zu vermehrter Oxidation → Freisetzung von mehr freien Radikalen → mehr Antioxidantien sind notwendig! Exogene Antioxidantien: Vitamin E, C, Beta-Carotin, … Endogene Antioxidantien: werden vom Organismus selbst gebildet. Wichtig für die Bildung sind Spurenelemente (Zink, Selen, Eisen, Mangan, Kupfer) in der Nahrung. Die Entstehung von freien Radikalen stellt einen ganz normalen Vorgang dar. Wichtig ist aber eine Gleichgewicht zw. Produktion und Neutralisation! Sind zu viele freie Radikale im Organismus vorhanden, kommt es zu Pathologischen Veränderungen der Zellbestandteile → Zerstörungsprozesse Oxidation von Lipiden, Proteinen und Hormonen Immunabwehr, die sich gegen den eigenen Körper richtet Free Radical Diseases: Arthereosklerose, Rheuma, Diabetes, Herzkreislauferkrankungen, … → Antioxidantien zur Prävention von Zivilisationskrankheiten und anderen Erkrankungen Besonderheiten beim Sportler Oxidativer Stress verursacht die vermehrte Produktion von freien Radikalen → Mechanische Muskelschädigung, begünstigt v.a. durch erhöhten Verbrauch von Antioxidantien Goldstandard: Antioxidantienzufuhr aus der Ernährung Seite 22 von 26 Sport und Ernährung 8.1.2 Vitamin B Es ist nicht bestätigt, dass eine ausreichende Versorgung Leistungssteigerung (werden v.a. mit dem aeroben STW in Verbindung gebracht) möglich macht, aber bei Leistungssportlern erhöhter Bedarf. 8.1.3 Vitamin C v.a. in Zitrusfrüchten; im Leistungssport: 300 – 500 mg/Tag antioxidative Wirkung fördert Eisen-STW positive Wirkung auf das Immunsystem positive Wirkung auf das Hormonsystem 8.1.4 Vitamin E antioxidative Wirkung (bei Höhentraining wird oxidativer Stress durch mehr Vitamin E reduziert) vermindert Muskelschädigung bei hohem oxidativen Stress (große individuelle Unterschiede bezüglich oxidativem Stress) protektive Wirkung Prävention von Übertraining → Unterversorgung vermeiden Im Leistungssport: 300 – 500 mg / Tag über mind. 2 Wochen 8.2 Kreatin Bezeichnung abgeleitet vom griech. „kreas”, was so viel wie Fleisch bedeutet. Es wurde 1927 als Substrat entdeckt und stellt eine der populärsten Supplementierungssubstanzen, sowohl im Leistungssport als bei Freizeitsportlern, dar. - wird neben der Eigensynthese mit der Nahrung zugeführt Kreatin-Reserve zu 95 % in der Muskulatur gespeichert Kreatin-Umsatz proportional zur Muskelmasse steigt bei körperlicher Belastung schnelle Muskelfasern haben höheren Gehalt als langsame Ergebnisse von Studien bezüglich der Kreatin-Supplementierung: - stärkerer Anstieg der Muskelkraft beim Krafttraining/Schnellkrafttraining Studien sind inkonsistent (sowohl pro als auch kontra) Leistungsverbesserung ist nicht der Regelfall (Responder/Non-Responder) je länger die jeweilige Belastungsdauer, desto weniger bringt Kreatin-Zufuhr kein ergogener Effekt bei Ausdauersportlern nachweisbar (positiver Effekt eventuell bei „Endspurts“) Seite 23 von 26 Sport und Ernährung Formen der Supplementierung: rasches Loading 20-25g/Tag in 4-5 Einzeldosen über 5-6 Tage (d.h. 0,3g/kgKG/Tag) → Anhebung der Muskel-Kreatin-Speicher um 15-20 % langsames Loading 3g/Tag über mind. 4 Wochen (d.h. insgesamt ca. 120g) Erhaltung: 2g/Tag → Abfall auf Ausgangswert innerhalb von 1-4 Wochen Zu beachten: Kreatin bindet Wasser (1g Cr bindet 23g H2O) → Erhöhung des Körpergewichts Kreatinaufnahme besser bei gleichzeitiger KH-Aufnahme 8.3 L-Carnitin - körpereigene Substanz Bildung v.a. in Leber, Hoden, Niere 98 % der L-Carnitin-Reserven (ca. 25g) in der Muskulatur Tagesbedarf: 200-250mg Angebliche Wirkungen der L-Carnitin-Supplementierung: Erhöhung der Energieflussrate aus den Fetten Erhöhung der Energieflussrate aus den KH (→ v.a. bei Ausdauersportlern beliebt) Verbesserte Regeneration Schutz vor Übertraining Verbesserung der immunologischen Situation Durch Studien konnte aber überwiegend kein ergogener Effekt durch L-CarnitinSupplementierung festgestellt werden! ABER: eventueller Nutzen, um Mangelzustände auszugleichen - - Vorsicht bei streng veganer Ernährung! L-Carnitin-Aufnahme v.a. durch Fleisch (Rind, Schaf, Ziege,...) Gefährdet v.a. Langstreckenläufer (Hämolyse – Zerstörung der Erythrozyten auf der Fußsohle) und Frauen (Menstruation), die Niacin, Vitamin B6, Vitamin C, Eisen (notwendig für L-Carnitin-Synthese) verlieren Hier macht L-Carnitin-Supplementierung eventuell Sinn. Seite 24 von 26 Sport und Ernährung 8.4 Na-Bicarbonat Mögliche positive Effekte besonders bei hochintensiven, kurzen Belastungen oder intermittierenden Belastungsprofilen. Formen der Supplementierung: akutes Loading – ca. 300mg/kgKG 60-90min. vor der Belastung chronisches Loading – ca. 300mg/kgKG über 5-6 Tage (möglicherweise effektiver und mit weniger Nebenwirkungen verbunden) Nebenwirkungen schlechte Verträglichkeit bei oraler Aufnahme (Übelkeit bis Erbrechen, Durchfall) individuelle Abweichungen in der Wirksamkeit subjektiv verminderte Belastbarkeit 8.5 Supplementierung einzelner Aminosäuren – Arginin und Ornithin Hohe Dosen von Arginin und Ornithin führen zu einer Steigerung der Wachstumshormonproduktion. Verwendet v.a. von Bodybuildern und Kraftsportlern. niedrige Dosen (unter 10-12g/Tag) → unwirksam mittlere Dosen (bis zu 15g/Tag) → unkonsistente Ergebnisse hohe Dosen (ab 15g/Tag) → schlecht verträglich (Alternative: Infusion) 8.6 Mineralien und Spurenelemente 8.6.1 Magnesium 24-28g im Organismus (v.a. Knochen, Muskulatur, Leber) - Muskelkontraktion O2-Transport und –Abgabe Hormonwirkungen Stabilität der Zellmembran,... Bei sportlichen Betätigungen kommt es zu einem Magnesium-Verlust über Schweiß und Urin in Höhe von 3-5g/Woche zusätzlich zur normalen Ausscheidung → Gefahr der Unterversorgung/Magnesium-Mangel: - Muskelkrämpfe Senkung der Leistungsfähigkeit Herzbeschwerden psychologische Beschwerden vgl. Übertrainigssyndrom Supplementierung: 200-300mg/Tag über mind. 3 Wochen Seite 25 von 26 Sport und Ernährung 8.6.2 Kalzium Die 1000-1200g Kalzium im Organismus befinden sich zu 99 % im Skelett. Besonderes Problem bei Frauen: Extremes Training → Senkung der Hormonsekretion (v.a. weniger Östrogen) liegt ein gleichzeitiger Kalzium-Mangel vor kann es zu einer Entmineralisierung des Knochens (Vorstadium der Osteoporose) kommen → vermehrtes Auftreten von Stressfrakturen. Nahrungsmittel mit hohem Ca²+-Gehalt: Milch Käse Hülsenfrüchte Gemüse,... Tagesbedarf: Untrainierte: 1,2g (entspricht ~ 1l Milch) Trainierte: 1,5-2,5g 8.6.3 Eisen Enthalten v.a. in Leber, Fleisch, Vollkornprodukten, Hülsenfrüchten,... Tagesbedarf: Untrainierte: 18mg Trainierte: 40mg Auftreten von Eisen-Mangel v.a. bei Laufsportarten und Sportarten mit Gewichtslimits. Weitere Gründe: Menstruation, Schweiß,... 8.7 Allgemeine Richtlinien zur Mikronährstoffen - - - eine ausgewogene Grundernährung senkt die Gefahr einer Unterversorgung während Belastungen zugeführte Getränke und Nahrungsmittel senken die Gefahr einer Unterversorgung rein vegetative Kost erfordert ein profundes Wissen ein Risiko stellen jene Sportarten dar, die eine Einschränkung der Kalorienzufuhr (Gewichtslimit) erfordern, bzw. eine hohe Schweißbildung (Judo, Fechten,...) mit sich bringen Vermeidung von extremen Trainingsumfängen und -intensitäten Seite 26 von 26
