Die Fettverbrennung ist bei Ausdauersportlern ein viel diskutiertes Thema. Doch ist die Fettverbrennung wirklich so wichtig – und wenn ja, wie kann ich eine optimale Fettverbrennung erreichen? Trainingsworld hat sich mit wissenschaftlichen Studien zu diesem Thema beschäftigt.
Was ist Fettverbrennung?
Fettverbrennung ist die Fähigkeit, Fett zu oxidieren (oder zu verbrennen) und Fett anstelle von Kohlenhydraten als Energielieferanten zu nutzen. Die Fettverbrennung ist oft mit einer Gewichtsreduzierung, der Abnahme von Körperfett und der Zunahme der fettfreien Körpermasse verbunden. Das sind Faktoren, die für einen Sportler vorteilhaft sein können. Es ist mittlerweile gesichert, dass ausdauertrainierte Sportler eine besonders ausgeprägte Kapazität zur Oxidation von Fettsäuren besitzen. Dies versetzt sie in die Lage, Fett als Energielieferanten zu nutzen, wenn ihre Kohlenhydratspeicher nicht mehr hinreichend gefüllt sind.
Im Gegensatz dazu haben Übergewichtige sowie Patienten mit Insulinresistenz und Diabetes mellitus II eine eingeschränkte Fettstoffwechselkapazität. Daraus resultiert eine vermehrte Speicherung von Fettsäuren im Muskel und in anderen Geweben. Eine solche Anhäufung von Lipiden und Metaboliten in der Muskulatur kann die Insulin-Signalkaskade stören und eine Insulinresistenz hervorrufen. Daher sollte man wissen, welche Faktoren den Fettmetabolismus regulieren und wie Patienten und Sportler ihre Fettverbrennung ankurbeln können.
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Der Prozess der Fettverbrennung
Fette werde größtenteils in (subkutanem) Fettgewebe gespeichert. Doch auch in der Muskulatur haben wir kleine Fettspeicher (intramuskuläre Triglyzeride). Zu Beginn des Trainings sorgt eine neuronale (beta-adrenerge) Stimulation für eine erhöhte Lipolyse (Abbau von Fetten zu Fettsäuren und Glycerol) im Fettgewebe und in den Muskeln. Die Catecholamine wie Adrenalin und Noradrenalin können ebenfalls ansteigen und zur Stimulation der Lipolyse beitragen.
Bei körperlicher Aktivität werden sofort Fettsäuren mobilisiert. Zur Fettverbrennung müssen Fettsäuren des Fettgewebes von den Fettzellen zu den Muskeln, dann durch die Muskelmembran und anschließend durch die Mitochondrienmembran transportiert werden. Bei den in den Muskeln gespeicherten Triglyzeriden läuft die Lipolyse ähnlich ab. Diese Fettsäuren können ebenfalls in die Mitochondrien transportiert werden. Bei sportlicher Aktivität greift der Körper bei der Fettverbrennung auf eine Mischung aus Fettsäuren aus den Fettzellen und den intramuskulären Speichern zurück.
Es wurde belegt, dass trainierte Personen mehr intramuskuläres Fett speichern und dieses Fett bei sportlicher Aktivität verstärkt als Energiequelle nutzen.(1) Bei diesem Prozess erfolgt die Fettverbrennung in verschiedenen Schritten. Die Lipolyse wird von vielen Faktoren beeinflusst. Hauptsächlich wird sie jedoch von Hormonen gesteuert (Catecholamine zur Stimulation und Insulin zur Hemmung). Der Transport von Fettsäuren ist auch abhängig von der Blutzufuhr zum Fett- und Muskelgewebe und der Aufnahme von Fettsäuren im Muskel und in den Mitochondrien. Wird die Mobilisierung von Fettsäuren oder der Transport dieser Fettsäuren gehemmt, können wir den Fettmetabolismus reduzieren. Aber können diese Schritte auch stimuliert werden, so dass der Fettstoffwechsel beschleunigt wird?
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Fettverbrennung: Die entscheidenden Faktoren
Belastungsintensität
Zu den wichtigsten Faktoren, die den Fettumsatz während körperlicher Aktivität beeinflussen, gehört die Belastungsintensität. Obwohl in mehreren Untersuchungen das Verhältnis zwischen einzelnen Belastungsintensitäten und der Fettoxidation beschrieben wurde, konnte dies erst vor kurzem für ein größeres Intensitätsspektrum dargestellt werden. Insgesamt steigt die Kohlenhydratverbrennung proportional zur Belastungsintensität, während die Fettverbrennung zunächst ansteigt, aber bei höheren Belastungsintensitäten wieder abfällt. Auch wenn oft behauptet wird, dass mit geringer Belastungsintensität trainiert werden soll, trifft dies nicht unbedingt zu.
In einer Reihe neuerer Studien wurde jene Belastungsintensität definiert, bei der die höchste Fettstoffwechselrate zu beobachten ist, und als „Fatmax“ bezeichnet wird. Bei Trainierten fand sich das Optimum für den Fettstoffwechsel bei mittleren Intensitäten (62–63 % des VO2max oder 70–75 % der HFmax), während sie für Untrainierte bei etwa 50 % des VO2max lag.(2,3)
Die maximale Fettverbrennung bei Trainierten
Es gibt jedoch erhebliche individuelle Schwankungen. Die maximale Fettverbrennung bei Trainierten kann sowohl bei 70 % VO2max als auch bei 45 % VO2max liegen. Genau feststellen lässt sich dies nur mit einem Fatmax-Test im Labor. Tatsächlich aber ist die genaue Intensität, bei der eine maximale Fettverbrennung erfolgt, gar nicht so wichtig. In einem Bereich von 5–10 % dieser Intensität (oder 10–15 Schlägen pro Minute) ist die Fettverbrennung nämlich ähnlich groß. Und nur wenn die Intensität etwa um 20 % größer ist, nimmt die Fettverbrennung rapide ab.
Diese Belastungsintensität (Fatmax oder auch Fettzone) kann sowohl für Gewichtsreduzierungsprogramme und den Gesundheitssport als auch für das Ausdauertraining von Bedeutung sein. Hierzu gibt es jedoch nur sehr wenige Untersuchungen. Mit dieser Belastungsintensität wurde vor kurzem eine Trainingsstudie mit Übergewichtigen durchgeführt. Im Vergleich zum Intervalltraining konnten sie bei einer Intensität, die ihrem individuellen Fatmax entsprach, ihre Fettverbrennung (und Insulinsensitivität) nach 4 Wochen Dauerbelastung (3-mal pro Woche) deutlicher steigern.(4)
Der Einfluss der Ernährung auf die Fettverbrennung
Ein weiterer wichtiger Einflussfaktor auf die Fettverbrennung ist die jeweilige Nahrung. Eine
kohlenhydratreiche Kost hemmt die Fettoxidation, während eine kohlenhydratarme sie fördert, so dass sich hohe Fettstoffwechselraten ergeben. Die Aufnahme von Kohlenhydraten in den Stunden vor einer Belastung führt zu einem Insulinanstieg und somit zu einer um bis zu 35 % verringerten Fettverbrennung. Diese Wirkung des Insulins auf den Fettstoffwechsel kann noch 6–8 Std. nach der Nahrungsaufnahme anhalten. Dies wiederum bedeutet, dass die höchsten Fettstoffwechselraten im Nüchternzustand nach nächtlicher Nahrungskarenz zu erzielen sind. (Alles für eine gesunde Ernährung)
Daher ist für Ausdauersportler häufig ein Training ohne vorangehendes Frühstück angesetzt worden, weil man davon ausging, auf diese Weise die Fettstoffwechselkapazität der Muskulatur zu vergrößern. Eine kürzlich an der Universität von Leuven in Belgien durchgeführte Studie untersuchte den Effekt eines 6-wöchigen Ausdauertrainingprogramms, das an 3 Tagen pro Woche mit jeweils 1- bis 2-stündigen Trainingseinheiten stattfand.(6) Die Teilnehmer trainierten entweder im Nüchternzustand oder nach Verzehr kohlenhydratreicher Kost.
Training im Nüchternzustand
Beim Training im Nüchternzustand wurde eine Abnahme des Verbrauchs an Muskelglykogen beobachtet, während die Aktivität verschiedener am Fettstoffwechsel beteiligter Proteine erhöht war. Die Fettverbrennung während des Trainings war jedoch bei beiden Gruppen gleich. Nach dem Training im Nüchternzustand kann es allerdings zu kleinen, aber wesentlichen Änderungen im Fettstoffwechsel kommen. In dieser Studie wurden die Veränderungen im Fettstoffwechsel möglicherweise dadurch verschleiert, dass den Probanden im Rahmen der experimentellen Untersuchungen Kohlenhydrate verabreicht worden waren. Schließlich kann eine nächtliche Nahrungskarenz auch die Leistungsfähigkeit beeinträchtigen, so dass ein solches Vorgehen nur für eine schwache oder moderate Trainingsintensität zu empfehlen ist. Auch für eine Gewichtsreduzierung ist die Effektivität eines solchen Ansatzes nicht belegt.
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Belastungsdauer
Es ist schon lange bekannt, dass die Verstoffwechselung von Fetten mit zunehmender Belastung an Bedeutung gewinnt. Im Verlauf von Ultra-Ausdauer-Wettbewerben kann die Fettverbrennung bis zu 1g/min betragen. Durch Kohlenhydrataufnahme vor oder während der Belastung wird die Fettverbrennung hingegen gehemmt. Im Hinblick auf eine Gewichtsreduzierung kann die Belastungsdauer eine zentrale Rolle spielen, da der Energieverbrauch auf diese Weise sehr effizient gesteigert werden kann.
Der Einfluss der körperlichen Aktivität auf das Ausmaß der Fettverbrennung
Auch die gewählte Aktivitätsform hat einen Einfluss auf das Ausmaß der Fettverbrennung. Es wurde nachgewiesen, dass die Fettverbrennung für eine gegebene Sauerstoffaufnahme während des Walkings oder Laufens größer ist als beim Radfahren.(7) Die Ursache für diesen Unterschied ist unklar. Man vermutete jedoch, dass es mit der größeren Kraftentfaltung pro Muskelfaser während des Radfahrens zusammenhängt.
Geschlechtsunterschiede
Obwohl in verschiedenen Studien keine qualitativen Unterschiede im Stoffwechsel zwischen Frauen und Männern gefunden wurden, deutet die Mehrheit der wissenschaftlichen Untersuchungen darauf hin, dass der weibliche Organismus mehr Fett verbrennt als der männliche. Im Rahmen einer aktuellen Studie wurden 150 Männer und 150 Frauen über einen weiten Intensitätsbereich miteinander verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass Frauen bei allen Intensitäten mehr Fett umsetzten als Männer und dass ihre maximale Fettverbrennung bei einer etwas größeren Intensität auftritt.(8) Die Unterschiede sind jedoch nur sehr gering und wahrscheinlich physiologisch nicht von Bedeutung.
Welche Nahrungsergänzungsmittel hilfreich sind
Vielen Nahrungsergänzungsprodukte auf dem Markt behaupten, dass sie die Fettverbrennung ankurbeln. Dazu zählen Koffein, L-Carnitin, Hydroxyzitronensäure (HCA), Chrom, konjugierte Linolsäure (CLA), Guarana, Citrus Aurantium, Ginseng, Cayennepfeffer, Coleus Forskhlii, Glucomannan, grüner Tee, Psyllium und Pyruvat. Abgesehen von wenigen Ausnahmen existieren kaum wissenschaftlich akzeptable Belege, dass diese Produkte wirklich die Fettoxidation während der Belastung verbessern (siehe Tabelle 1).(9)
Zu den wenigen Ausnahmen gehören Grüntee-Extrakte. Vor kurzem wurde festgestellt, dass diese die Fettverbrennung während der Belastung um etwa 20 % erhöhen.(4) Die Wirkmechanismen sind noch nicht ganz geklärt. Wahrscheinlich ist es jedoch so, dass der aktive Wirkstoff im Grüntee, das so genannte Epigallocatechingallat (EGCG – ein starkes Polyphenol mit antioxidativen Eigenschaften) das Enzym Catechol O-Methyltransferase (COMT), verantwortlich für den Abbau von Noradrenalin, hemmt. Dies wiederum führt zu stärkeren Konzentrationen von Noradrenalin und einer Stimulation der Lipolyse, so dass mehr Fettsäuren für die Fettverbrennung zur Verfügung stehen.
Umweltfaktoren
Bestimmte Umweltbedingungen können die Substratwahl des menschlichen Stoffwechsels durchaus beeinflussen. Es ist bekannt, dass hohe Außentemperaturen die Glykogennutzung verstärken und die Fettverbrennung verringern. Ein ähnlicher Effekt kann bei Höhenexposition beobachtet werden. Analog dazu wird der Kohlenhydratstoffwechsel bei extremer Kälte und insbesondere bei Schüttelfrost stimuliert, was den Fettstoffwechsel fördert.
Fettverbrennung trainieren?
Regelmäßige sportliche Aktivität stellt den einzig gesicherten effektiven Ansatz dar, um die Fettverbrennung während körperlicher Belastung zu steigern. Insbesondere das Ausdauertraining führt zu einer vermehrten Präsenz von Enzymen des Fettstoffwechsels. Darüber hinaus verstärkt sich z. B. die Mitochondriendichte, und der Blutfluss verbessert sich – beide Mechanismen haben einen günstigen Einfluss auf die Fettoxidation.
Forschungsergebnisse zeigen, dass bereits 4 Wochen eines regelmäßigen Trainings (3-mal pro Woche für 30–60 Minuten) die Fettverbrennung verbessern und positive enzymatische Veränderungen hervorrufen können.(10) Über eine optimale Trainingsgestaltung zur Erreichung einer solchen Leistung kann man derzeit jedoch keine zulässigen Aussagen machen.
Die maximale Fettstoffwechselrate
In einer Studie wurde an 300 Probanden mit unterschiedlicher Fitness die maximale Fettstoffwechselrate untersucht. Die Teilnehmer dieser Studie waren sowohl adipöse und inaktive Personen als auch Profiradfahrer.(9) Die maximale Sauerstoffaufnahme variierte von 20,9–82,4 ml/kg/min. Interessant war die Beobachtung, dass trotz einer Korrelation zwischen der maximalen Fettoxidation und der maximalen Sauerstoffaufnahme keine Aussagen über die Fettverbrennung bei einem individuellen Fitnessgrad erlaubt. Das heißt, dass adipöse Personen zum Teil ähnliche Fettstoffwechselraten haben wie Profi-Radfahrer (siehe Abb. 2)! Die großen individuellen Schwankungen hängen mit Faktoren wie der Ernährung und dem Geschlecht zusammen. Größtenteils gibt es jedoch keine genaue Erklärung hierfür.
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Gewichtsreduktion: Das ideale Sportprogramm
Die Fettverbrennung ist oft mit einer Gewichtsreduktion, der Abnahme von Körperfett und der Zunahme der fettfreien Körpermasse verbunden. Hierbei ist jedoch zu bedenken, dass sich Veränderungen im Hinblick auf das Körpergewicht und die Körperzusammensetzung nur mit einer negativen Energiebilanz erreichen lassen. Das heißt, dass Sie weniger Kalorien aufnehmen dürfen, als Sie tatsächlich verbrauchen – unabhängig von der jeweils verwendeten Energieform!
Die optimale Konstellation von Sportart, Intensität und Dauer eines Trainings zur Gewichtsreduktion ist momentan nicht eindeutig zu benennen. Aktuelle Empfehlungen befassen sich hauptsächlich mit der Erhöhung des Gesamtenergieumsatzes sowie der Ausweitung des Trainingsvolumens. Die Festlegung der optimalen Intensität für die Fettverbrennung (Fatmax) kann eventuell dabei helfen, effektiv Gewicht (bzw. Fett) abzubauen oder konstant zu halten, aber ein wissenschaftlicher Beleg dafür steht noch aus.
Die Fettverbrennungsraten bei optimaler Belastungsintensität
Generell ist festzustellen, dass die während der sportlichen Aktivität oxidierte absolute Fettmenge nur gering ist. Bei optimaler Belastungsintensität liegen die Fettverbrennungsraten im Durchschnitt bei 0,5 g/min. Demnach wären mehr als 33 Stunden sportlicher Belastung notwendig, um 1 kg Fettmasse abzubauen! Gehen oder Laufen bei etwa 50–60 % der VO2max scheint eine günstige Intensität zu sein, um Fett zu verstoffwechseln. Zudem spielt die Belastungsdauer eine wichtige Rolle, da die Fettumsätze mit länger werdender Dauer zunehmen.
Darüber hinaus besteht natürlich auch die Möglichkeit, mit einer Ausweitung des Belastungsumfangs die täglichen Gesamtumsätze zu steigern. Wenn sportliche Aktivität die alleinige Maßnahme zur Gewichtsreduzierung ist, besteht das Hauptziel in der Regel in einer Steigerung des Gesamtenergieverbrauchs sowie einer Reduzierung von Körperfett. In Kombination mit einem Diätprogramm kann Sport die Verringerung der Fettverbrennung verhindern, die häufig nach einem Gewichtsverlust zu beobachten ist.(11)
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Zusammenfassung
Eine verstärkte Fettoxidation während sportlicher Aktivität ist prinzipiell ein Zeichen für einen guten Trainingszustand, während eine geringere Fettstoffwechselaktivität mit Übergewicht und Insulinresistenz einhergeht. Die Fettverbrennung erreicht ihre höchsten Werte – in Abhängigkeit vom jeweiligen Trainingszustand– durchschnittlich bei moderaten Intensitäten von 50–65 % VO2max.(2,8) Sie steigt mit zunehmender Belastungsdauer an und wird durch die Kohlenhydrataufnahme gehemmt.
Mit der überwiegenden Mehrheit der Nahrungsergänzungsmittel erzielt man die gewünschte Wirkung nicht. Ein Ausdauertraining ist derzeit der einzige wissenschaftlich belegte Weg, um die Fettverbrennung zu verbessern. Allerdings ist bislang durch Studien noch nicht erwiesen worden, welche Trainingskonstellation am besten geeignet ist, um einen maximalen Effekt zu erzielen. Und schließlich ist eine große individuelle Variabilität der Fettverbrennung zu beobachten, die nur teilweise durch die genannten Faktoren zu erklären ist. Diese können die Fettverbrennung zwar beeinflussen, lassen jedoch keine Prognose im Hinblick auf den individuellen Fettstoffwechsel zu.
Fachsprache
Fettsäuren – eine Fettart, die aus einer unterschiedlichlangen Kohlenwasserstoffkette mit einer jeweils endständigen Carboxylgruppe (COOH) und Methylgruppe (CH3) besteht
Insulinresistenz – ist der Zustand, in dem normale Insulinmengen nicht ausreichen, damit Fett-, Muskel- und Leberzellen normal auf Insulin ansprechen
Neuronale (beta-adrenerge) Stimulation – Signale, die das zentrale Nervensystem über Betarezeptoren an das Gewebe sendet
Catecholamine – Hormone und Neurotransmitter, die den Stoffwechsel allgemein aktivieren. Große Mengen an Catecholaminen sind in Adrenalin, Noradrenalin und Dopamin enthalten
Mitochondrienmembran – die Membran, die das Mitochondrium, in dem der aerobe Energiestoffwechsel abläuft, umgibt. Die Membran ist für viele Substanzen, z. B. Fettsäuren, undurchlässig, so dass diese für die Weiterleitung auf so genannte Transporter angewiesen sind
Chylomikrone – große Lipoproteinpartikel, die in der menschlichen Darmschleimhaut gebildet werden und Fettsäuren zur Leber und anderen Geweben transportieren
Asker Jeukendrup ist Professor an der Universität Birmingham für das Thema Fettstoffwechsel unter Belastung. Er hat über 150 Forschungsarbeiten und Bücher zum Thema Fettstoffwechsel unter Belastung und Ernährung veröffentlicht und berät zudem zahlreiche Elitesportler.
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Quellenangaben
- Journal of Applied Physiology, 1986, Bd. 60, S. 562–567.
- International Journal of Sports Medicine, 2003, Bd. 24, S 603–608.
- International Journal of Sports Medicine, 2005, Bd. 26 (1), S. 28¬37.
- American Journal of Clinical Nutrition, 2008, Bd. 87, S. 778–784.
- Journal of Sports Sciences, 2003, Bd. 21, S. 1017–1024.
- Journal of Applied Physiology, 2008, Bd. 104, S. 1045–1055.
- Metabolism, 2003, Bd. 52, S. 747–752.
- Journal of Applied Physiology, 2005, Bd. 98, S. 160–167.
- Nutrition, 2004, Bd. 20, S. 678–688.
- Journal of Applied Physiology, 1984, Bd. 56, S. 831–838.
- International Journal of Obesity and Related Metabolic Disordorders, 1993, Bd. 17 (3), S. 32–36; discussion S. 41–32.
