Die aktuelle Forschung in der Absorption und in der Nutzung von Kohlenhydraten könnte uns eine neue Art von Kohlenhydratgetränken bringen, die eine echte Leistungssteigerung im Ausdauerbereich verspricht: Sehr interessant auch für Triathleten!
Bevor wir damit beginnen, über Kohlenhydratgetränke zu diskutieren, lohnt es sich, zu rekapitulieren, warum die Versorgung mit Kohlenhydraten in der Sporternährung so wichtig ist. Obwohl der menschliche Körper sowohl Fett als auch Proteine als auch Kohlenhydrate als Quelle zur Energiegewinnung verwenden kann, sind es die Kohlenhydrate, die als primärer Treibstoff für sportliche Aktivitäten genutzt werden. Dafür gibt es 2 entscheidende Gründe:
1. Kohlenhydrate sind sauerstoffeffizienter als Fett. Jedes Sauerstoffmolekül bringt 6 Moleküle ATP (Adenosin-Triphosphat, ein Molekül, das bei der Muskelkontraktion Energie freisetzt), verglichen mit nur 5,7 ATPs pro Sauerstoffmolekül, wenn Fett oxidiert wird. Dies ist ein wichtiger Punkt, da die Menge an Sauerstoff, die den Muskeln zur Verfügung steht, nicht unbegrenzt ist. Sie wird durch Ihre maximale Sauerstoff-Aufnahmefähigkeit bestimmt (VO2max).
2. Und noch entscheidender: Kohlenhydrate (und Proteine) können im Gegensatz zu Fett sehr schnell ohne Sauerstoff aufgebrochen werden, um während der intensiven (anaeroben) Übung durch einen Prozess namens Glykolyse große Mengen an zusätzlichem ATP bereitzustellen. Und da alle Athleten, außer den Ultra-Ausdauersportlern, an oder nahe der anaeroben Schwelle arbeiten, ist diese zusätzliche Energie durch Kohlenhydrate unentbehrlich für eine maximale Leistung. Das erklärt, warum Sie sich, wenn Ihre Kohlenhydratspeicher im Muskel (Glykogen) leer sind, manchmal so fühlen, als ob Sie gegen eine Wand laufen und Sie Ihr Tempo deutlich verringern müssen.
Warum die Kohlenhydratspeicher so wichtig sind
Ausdauertraining in Verbindung mit der richtigen Strategie zum Auffüllen Ihrer Kohlenhydratspeicher kann die Glykogen-Konzentrationen in Ihrem Körper maximieren, wodurch Sie die Dauer Ihrer Übungen um bis zu 20 % verlängern können, bevor die Erschöpfung einsetzt. Studien haben gezeigt, dass das Auftreten von Ermüdungserscheinungen eng mit der Verringerung von Glykogen in den beanspruchten Muskeln zusammenhängt. Die Glykogenspeicher sind kostbar, und so kommt es während längeren Wettkämpfen oft zu einer ungenügenden Energiezufuhr – obwohl den Muskeln dank der Glykogenspeicher in der Leber eine Extraportion Kohlenhydrate in Form von Glukose zur Verfügung gestellt werden kann.
Ein trainierter Marathonläufer kann z. B. im Renntempo ungefähr 200–250 g Kohlenhydrate pro Stunde verbrennen. Selbst wenn er oder sie mit vollständig aufgeladenen Speichern ins Rennen ginge, wären die Glykogenspeicher lange vor Ende des Laufes erschöpft. Diese Entleerung ist bei längeren Wettkämpfen wie beim Triathlon oder Radfahren ein großes Problem. Schon bei Veranstaltungen, die 90 Minuten oder weniger dauern, kann es zu Komplikationen kommen, wenn man seine Glykogenspeicher vorher nicht vollständig aufladen konnte.
Nehmen wir an, dass die wertvollen Glykogenspeicher eine begrenzte Aufnahmefähigkeit besitzen. Können dann die Auswirkungen des Glykogenverbrauchs der arbeitenden Muskeln durch die Zufuhr von Kohlenhydratgetränken während der Übung ausgeglichen werden? In den frühen 1980er-Jahren war man allgemein der Meinung, dass solche Getränke lediglich einen geringen Effekt haben. Es wurde angenommen, dass die Flüssigkeitsaufnahme durch die Zufuhr von Kohlenhydratgetränken beeinträchtigt werde, was das Risiko der Dehydration erhöhen würde. Ebenso glaubte man fälschlicherweise, dass durch derartige Getränke zugeführte Kohlenhydrate nur wenig zur Energieerzeugung in den beanspruchten Muskeln beitragen würden.(4)
Einige Jahre später wurde aber klar, dass während der Übung zugeführte Kohlenhydrate in der Tat oxidiert werden können, und zwar ca. 1 g pro Minute, was etwa 250 kcal pro Stunde liefert.(5-7) Eine Reihe von Studien zeigten im Anschluss daran, dass diese Kohlenhydrate gut bereitgestellt und absorbiert werden können, indem man 600–1.200 ml einer Lösung aus 4–8 % Kohlenhydraten (40–80 g Kohlenhydrate pro Liter Wasser) pro Stunde trinkt.(8-11) Noch wichtiger war die Entdeckung, dass die zugeführten Kohlenhydrate während einer längeren Aktivität die primäre Bezugsquelle an Kohlenhydratenergie werden, und dass sie das Einsetzen von Erschöpfung bei anhaltender Belastung durch Radfahren und Laufen verzögern können.(10) Zusätzlich bewies man, dass die zugeführten Kohlenhydrate die allgemeine Kraftleistung länger aufrechterhalten und diese sogar verbessern können.(12,13)
(Lesen Sie auch: Kohlenhydrate – gut oder schlecht?)
Auffüllungsrate erhöhen
Die oben genannten Forschungsergebnisse haben zur Zusammensetzung der meisten heute erhältlichen Kohlenhydratgetränke beigetragen. Der Großteil von ihnen liefert Energie in Form von Glukose oder Glukosepolymeren (Erläuterung im Kasten) in einer 6 %igen Konzentration, von der etwa 1.000 ml pro Stunde verzehrt werden. Das entspricht einer Kohlenhydratzufuhr von etwa 60 g pro Stunde. Höhere Konzentration oder Mengen werden nicht empfohlen, da ansonsten nicht nur Magenschmerzen zum Problem werden, sondern die zusätzlichen Kohlenhydrate einfach nicht absorbiert oder verwertet werden können.
Aber wie schon erwähnt, entsprechen 60 g pro Stunde etwa 250 kcal pro Stunde, was nur eine geringe Auffüllung der Reserven im Vergleich mit der Menge bedeutet, die während des Training oder des Wettkampfes verbraucht wird. Professionelle Ausdauerathleten können über 1.200 kcal verbrennen, von denen vielleicht 1.000 kcal aus Kohlenhydraten stammen. Das ergibt ein Defizit von 750 kcal pro Stunde. Daher ist es eines der Ziele der Sporternährung, die Auffüllungsrate der Kohlenhydratspeicher zu erhöhen. Eine Studie von Wissenschaftlern der University of Birmingham in Großbritannien untersuchte jetzt, ob dies tatsächlich möglich ist.
Kohlenhydratarten: So optimieren Sie Ihre Leistung
Viele frühe Studien über die Kohlenhydratzufuhr während des Sports verwendeten Glukoselösungen, die, wie wir gesehen haben, vorzeigbare Verbesserungen der Leistung brachten. Mitte der 1990er-Jahre führten einige Forscher Experimente mit unterschiedlichen Kohlenhydratarten in Getränken durch, z. B. verwendeten sie Glukosepolymere oder Saccharose (Haushaltszucker). Allerdings gab es kaum Hinweise darauf, dass diese anderen Arten irgendeinen Vorteil brachten.(3)
Zur selben Zeit jedoch experimentierte ein kanadisches Forscherteam mit Mischungen aus 2 verschiedenen Zuckerarten (Glukose und Fruktose), die sie Radfahrern verabreichten. Bei einem Experiment fuhren die Radfahrer 2 Stunden bei 60 % der VO2max, während ihnen ein Getränk aus 5 verschiedenen Getränkemischungen zugeführt wurde.(14)
Diese waren:
– 50 g Glukose
– 100 g Glukose
– 50 g Fruktose
– 100 g Fruktose
– 100 g aus 50 g Glukose + 50 g Fruktose
Diese Zuckerarten wurden mit Carbon-13 radioaktiv markiert, so dass die Forscher sehen konnten, wie gut diese aufgenommen und zur Energiegewinnung oxidiert wurden. Dabei maßen die Forscher bei den Radfahrern die Menge an Kohlendioxid beim Ausatmen, die Carbon-13-Bestandteile enthielt (im Gegensatz zum nicht gekennzeichneten Kohlendioxid, das die Oxidation von gespeicherten Kohlenhydraten anzeigen würde). Der zentrale Befund war, dass 100 g der 50/50-Glukose-Fruktose-Mischung eine 21 % höhere Oxidation erzeugten als 100 g reine Glukose und eine 62 % höhere Oxidation als 100 g reine Fruktose.
Obwohl diese Ergebnisse die Verwendung von Kohlenhydratmischungen in der Energieversorgung von Ausdauersportlern wissenschaftlich untermauerten, dauerte es bis ins Jahr 2003, bis Forscher von der University of Birmingham begannen, sich genauer mit diesem Thema zu beschäftigen. Sie wollten herausfinden, ob Kombinationen aus verschiedenen Zuckerarten schneller absorbiert und verwertet werden können, als reine Glukosegetränke (die bei 1 g pro Minute liegen).
Eines der ersten Experimente verglich die Oxidationsraten der zugeführten Kohlenhydraten bei 9 Radfahrern während 3-stündiger Einheiten bei 60 % der VO2max.(15) Während des Experiments tranken die Athleten 1.950 ml einer radioaktiv markierten Kohlenhydratlösung, die ihnen Folgendes lieferte:
– 1,8 g reine Glukose pro Minute
– 1,2 g Glukose + 0,6 g Saccharose pro Minute
– 1,2 g Glukose + 0,6 g Maltose pro Minute
– Wasser (zur Kontrolle)
Die Resultate zeigten: Während die reinen Glukose und Glukose-/Maltosegetränke einen Oxidationsgrad von 1,06 g Kohlenhydraten pro Minute erzeugten, produzierte die Kombination aus Glukose/Saccharose einen deutlich höheren Grad von 1,25 g pro Minute. Das war eine interessante Feststellung. Sowohl Maltose als auch Saccharose sind Disaccharide. Doch Maltose besteht aus 2 chemisch verbundenen Glukosemolekülen, wohingegen Saccharose ein Glukose- mit einem Fruktosemolekül verbindet. Dies legte nahe, dass es die Glukose-/Fruktosekombination war, die schneller absorbiert wurde, wodurch es zu einem höheren Grad an Kohlenhydratoxidation kam.
Kasten 1: Bestandteile der Kohlenhydrate (PDF)
Fruktose und Glukose – Die richtige Kombination
Dieselbe Forschergruppe führte eine weitere Studie über Kohlenhydratzufuhr durch. Dabei ließ sie 8 Radfahrer 2 Stunden lang bei 63 % der VO2max fahren.(16) In dieser Studie absolvierten die Athleten in zufälliger Reihenfolge 4 Durchgänge, während sie eine radioaktiv markierte Lösung tranken, die sie mit einem der folgenden Nährstoffe versorgte:
– 1,2 g Glukose (mittlerer Konzentrationsgrad) pro Minute
– 1,8 g Glukose (hochkonzentriert) pro Minute
– 1,2 g Glukose + 0,6 g Fruktose (Glukose-/Fruktosemischung) pro Minute
– Wasser (zur Kontrolle)
Es gab 2 zentrale Befunde:
Erstens war der Grad der Kohlenhydratoxidation bei der Aufnahme von hochkonzentrierter Glukose nicht höher als bei der Aufnahme von durchschnittlich konzentrierter Glukose.
Zweitens waren der Spitzen- und der Durchschnittsgrad der Oxidation bei der Zufuhr der Glukose-/Fruktoselösung etwa 50 % höher als bei den beiden reinen Glukosegetränken.
Diese Feststellungen deuten stark darauf hin, dass die maximale Rate der Glukose-Absorption des Körpers bei ungefähr 1,2 g pro Minute liegt, da die Zufuhr einer größeren Menge keine höhere Oxidation erzeugt – vermutlich weil der Absorptionsmechanismus bereits gesättigt ist. Aber da die Einnahme von zusätzlicher Fruktose die Gesamtrate der Kohlenhydratoxidation tatsächlich erhöht, zeigen die Untersuchungen auch, dass Fruktose im Glukose-/Fruktosegetränk vom Darm auf andere Weise aufgenommen wurde als Glukose.
Die genannten und weitere Studien zeigten, dass Glukose-/Fruktosemischungen wirklich höhere Oxidationsraten von zugeführten Kohlenhydraten ergeben, besonders in späteren Abschnitten der Übungen.(17) Zusätzlich wollte die Gruppe zum einen herausfinden, ob diese zusätzliche Kohlenhydratzufuhr die Wasserzufuhr aus dem Darm unterstützen könnte. Zum anderen sollte untersucht werden, ob die erhöhte Oxidation der zugeführten Kohlenhydrate einen einsparenden Effekt auf das Muskelglykogen, oder auf andere Quellen von gespeicherten Kohlenhydraten, z. B. in der Leber, hatte.
Um dies zu erreichen, führten die Wissenschaftler eine weitere Studie durch, wobei sie ein ähnliches Protokoll wie in der vorherigen Studie verwendeten (8 geübte Radfahrer absolvieren mit 60 % ihrer VO2max 3 separate Durchgänge; bei jedem Durchgang wurde 1 der 3 Getränke zugeführt.)(17) Allerdings wurde in dieser Studie die Übungsdauer auf 5 Stunden verlängert, wobei die Versuchspersonen eines der folgenden Getränke zu sich nahmen:
– 1,5 g Glukose pro Minute
– 1,5 g Glukose-/Fruktosemischung (1,0 g Glukose/ 0,5 g Fruktose) pro Minute
– Wasser (zur Kontrolle)
Das Wasser in den Getränken war radioaktiv markiert, um die Aufnahme ins Blut zu bestimmen. Die Versuche wurden bei warmen Bedingungen (32° C) durchgeführt, um Hitzebelastung zu simulieren. Denn Übungen bei heißen Bedingungen ergeben eine höhere Zuverlässigkeit des Kohlenhydratstoffwechsels, was vermutlich an der gesteigerten Nutzung von Muskelglykogen liegt und in Verbindung mit erschöpfenden Laktat-Konzentrationen steht.
Aufnahme von Glukose und Fruktose im Darm
Wie viele andere Nährstoffe auch, wird Zucker nicht passiv absorbiert, d. h. er „sickert“ nicht einfach durch die Darmwand in die Blutbahn. Er muss aktiv durch spezielle Proteine namens „Transportproteine“ befördert werden.
Heute wissen wir, dass der Transport von Glukose im Darm durch den Glukosetransporter SGLT-1 geschieht, der sich in dem Bürstensaum der Epithelzellen des Darms befindet. Die SGLT-1-Transporter sind bei vermutlich einer Glukosezufuhr von 1 g pro Minute gesättigt, d. h. alle Transportplätze sind belegt. Dies bedeutet, dass bei einer Zufuhr von mehr als 1 g pro Minute alle überschüssigen Glukosemoleküle zum Transport „anstehen“ müssen.
Im Gegensatz zur Glukose wird die Fruktose durch einen ganz anderen Transporter befördert, der den Namen GLUT-5 trägt. Wenn Kohlenhydrate mit einer Rate von 1,8 g pro Minute, bestehend aus 1,2 g Glukose und 0,6 g Fruktose, verabreicht werden anstatt 1,8 g reiner Fruktose, so müssen die zusätzlichen Fruktosemoleküle nicht „anstehen“. Denn sie haben ihren eigenen Weg durch den Darm und sind dabei nicht auf die Glukosetransporter angewiesen. Das Ergebnis ist, dass mehr Kohlenhydrate ins Blut gelangen, was bedeutet, dass mehr Nährstoffe zur Oxidation zur Verfügung stehen, um Energie zu erzeugen.
Wichtige Erkenntnisse
– Während der letzten Stunde der Übung war die Oxidationsrate der zugeführten Kohlenhydrate mit Glukose/Fruktose um 36 % höher als mit reiner Glukose (Abb.1)
– Zeitgleich war die Oxidationsrate endogener (d. h. gespeicherter) Kohlenhydrate mit Glukose/Fruktose deutlich geringer als mit reiner Glukose (Abb. 1)
– Der Anteil der Wasseraufnahme aus dem Darm in die Blutbahn war mit Glukose/Fruktose deutlich höher als mit reiner Glukose (Abb. 2)
– Die Wahrnehmung vom Völlegefühl des Magens wurde mit dem Glukose-/Fruktosegetränk im Vergleich zur reinen Glukose gesenkt
– In den letzen Abschnitten des Versuchs war die gefühlte Anstrengung mit Glukose/Fruktose niedriger als mit reiner Glukose.
Obwohl keine direkten Messungen des Muskelglykogens vorgenommen wurden, deutete die Kinetik des Erscheinens und Verschwindens der Glukose aus den Getränken im Blut an, dass die beobachtete zusätzliche Kohlenhydratoxidation auf eine erhöhte Leberoxidation zurückzuführen sein könnte. Eine weitere Ursache könnte die Entstehung von Energiesubstraten sein, die nicht aus Glukose stammen. Dazu gehört Laktat, das als wichtiger Treibstoff von beanspruchten Muskeln bekannt ist. Zu einer genaueren Bestimmung der beteiligten Mechanismen sind allerdings noch weitere Forschungsergebnisse notwendig.
Abbildung 1: Art des Getränks und der verwendeten Energiequelle (PDF)
Abbildung 2: Art des Getränks und Wasseraufnahme (PDF)
Auswirkungen und Empfehlungen für Sie als Triathlet
Diese Forschungsergebnisse sind sehr viel versprechend. Ein höherer Anteil der Energieproduktion aus zugeführten Kohlenhydraten, ein niedrigerer Anteil aus gespeicherten Kohlenhydraten und eine gesteigerte Wasseraufnahme klingen wie eine Traumkombination für Ausdauersportler. Aber kann ein Glukose-/Fruktosegetränk tatsächlich die Ausdauerleistung von Sportlern unter echten Wettkampfbedingungen verbessern?
Dieser Frage gehen momentan Forscher von der University of Hertfordshire nach, die in einer mit Placebos arbeitenden Doppelblindstudie frei verkäufliche Getränke testen. Das wesentliche Ziel ist es, die Auswirkungen von beliebten Glukose-/Glukosepolymergetränken (die sehr wenig Fruktose, ca. 3–4 %, enthalten) mit einem 2:1 Glukose-/Fruktosegetränk (Markenname „Super Carbs“, ca. 33 % Fruktose) hinsichtlich der Leistung auf dem Rad zu vergleichen. Die Ergebnisse dieser Versuche sind noch nicht veröffentlicht, aber der Forschergruppe zufolge sind die ersten Resultate „sehr verheißungsvoll“.
Was bedeutet das für Sie als (Tri-)Athleten? Trotz positiver erster Forschungsergebnisse sollten Sie sich noch ein wenig gedulden, bis die Forscher zweifelsfrei nachgewiesen haben, dass diese Getränke wirklich einen Leistungszuwachs bringen.
Zum Glück ist Fruktose billig, was bedeutet, dass diese Getränke zur Nahrungsergänzung nicht teurer sind, als herkömmliche Getränke aus Glukose oder Glukosepolymeren. Es scheint, als würden die Untersuchungen ergeben, dass sich Glukose-/Fruktosegetränke positiv auf die Leistung auswirken. Sie werden sicherlich keinen Schaden erleiden, wenn Sie es ausprobieren, haben dann aber möglicherweise einen satten Leistungszuwachs.
Trotz dieser Prognose muss erwähnt werden, dass auch konventionelle Glukose-/Glukosepolymergetränke merkliche Vorteile für Ihr Training und Ihren Wettkampf bieten können. Denn auch die Kombination Glukose/Glukosepolymer ist für Ihre Ausdauerleistung besser, als wenn Sie gar nichts nehmen würden! Aber sollten die ersten Resultate bestätigt werden, dann steht den Glukose-/Fruktosegetränken eine blühende Zukunft bevor.
Quellenangaben
1. Sports & Medicine, 1997, Bd. 24, S. 73–81
2. Acta Physiology Scandinavian, 1967, Bd. 71, S. 129–139
3. Williams, C.; Harries, M.; Standish, W.D. und L.L. Micheli, (1998), Oxford Textbook of Sports Medicine. Oxford University Press, New York.
4. International Journal of Sports & Medicine, 1980, Bd. 1, S. 2–14
5. Sports & Medicine, 1992, Bd. 14, S. 27–42
6. Metabolism, 1996, Bd. 45, S. 915–921
7. American Journal of Physiology Endocrinology & Metabolism, 1999, Bd. 276, S. 672–683
8. Medicine & Science in Sports & Exercise, 1993, Bd. 25, S. 42–51
9. International Journal of Sports & Medicine, 1994, Bd. 15, S. 122–125
10. Medicine & Science in Sports & Exercise, 1996, Bd. 28, i–viii
11. Journal of Athletic Training, 2000, Bd. 35, S. 212–214
12. International Society of Sports Nutrition, 1997, Bd. 7, S. 26–38
13. Nutrition Reviews, 1996, Bd. 54, S. 136–139
14. Journal of Applied Physiology, 1994, Bd. 76 (3), S. 1014–1019
15. Journal of Applied Physiology, 2004, Bd. 96, S. 1285–1291
16. Journal of Applied Physiology, 2004, Bd. 96, S. 1277–1284
17. Medicine & Science in Sports & Exercise, 2004, Bd. 36 (9), S. 1551–1558
18. Journal of Applied Physiology, 2006, Bd. 100, S. 807–816
Fachsprache
Glykolyse – Die teilweise, aber schnelle Aufspaltung von Kohlenhydraten ohne Sauerstoff
Anaerobe Schwelle – Die Belastungsintensität, bei der das Verhältnis der ohne Sauerstoff erzeugten Energie deutlich steigt, was zu einer Anhäufung von Laktat führt
Radioaktiv markiert – Dabei wird ein normales Atom einer Verbindung (z. B. Glukose) durch ein chemisch identisches Atom ersetzt, das allerdings eine andere Anzahl von Neutronen (Isotope) trägt. Auf diese Weise wird es möglich, das Schicksal der markierten Verbindung durch eine Technik namens „Spektrometrie“ zu verfolgen
Carbon-13 – Ein Kohlenstoffatom mit einem zusätzlichen Neutron im Kern
Transportproteine – Große Moleküle, die in den Zellwänden sitzen und den Transport von Substanzen in die Zelle hinein und aus ihr heraus unterstützen
Bürstensaum – (von Epithelzellen) – Dicht verpackte Vorwölbungen (Mikrovilli) an der Darmwand, die zur maximalen Nährstoffaufnahme beitragen
