Belastungsstoffwechsel

Mittels markierter Glukose konnte die unmittelbare Beteiligung oral zugeführter Kohlenhydrate am Energiestoffwechsel unter Belastung nachgewiesen werden. Während niedrig intensiver Belastung (um 50% VO2max) ist der Glykogenverbrauch im Muskel geringer, da die belastungsinduziert erhöhten Glukose- und Insulinspiegel im Blut eine schnellere Aufnahme und Verwertung der Blutglukose möglichen machen. Auch auf die Glykogenreserven der Leber wird nach Zufuhr von Kohlenhydraten während der Belastung in geringerem Maße zurückgegriffen. Dieser glykogensparender Effekt ist im Tierversuch wie beim Menschen allerdings nur bei Belastungsintensitäten bis zu 50% VO2max nachzuweisen. Während Belastungen mit 70-75% VO2max erhöht sich unter Glukosezufuhr der relative Anteil der Kohlenhydratoxidation an der Energie-bereitstellung (s. Abbildung 2), der zeitliche Verlauf und Grad der Glykogenverarmung im Muskel werden allerdings nicht beeinflußt. Hieraus folgt, dass unter intensiver Belastung derjenige Energieanteil, der einer jetzt verminderten Oxidation der Fettsäuren entspricht, über eine vermehrte Verstoffwechslung oral zugeführter Kohlenhydrate, die zu einer Erhöhung der Blutglukosespiegel führen, abgedeckt wird. Entsprechend wurden bei Ergometerbelastungen bei 70 % VO2max signifikant höhere Blutglukosespiegel während einer 4 stündigen Belastung nach Kohlenhydratzufuhr gemessen (s. Abbildung 1). Wie aus Abbildung 1 und 2 ersichtlich, waren erhöhte Blutglukosespiegel und die hierdurch gesteigerte Glukoseverstoffwechslung auch mit einer signifikant längeren Belastungszeit assoziiert.

Eine Leistungssteigerung durch Kohlenhydrate während Körperarbeit ist vor allem dann zu erwarten, wenn es zu einer Muskelglykogenverarmung gekommen ist. Die ist bei Belastungen auf dem Fahrradergometer mit 70% VO2max nach ca. einstündiger Dauer zu erwarten. Werden jetzt Kohlenhydrate oral während einer 20- bis 30minütigen Pause verabreicht, kann die Belastungszeit um 15 min verlängert werden. Nach einer 2 ½ stündigen Belastung bei ca. 60%
 VO2max kann durch Glukosegaben während einer 30minütigen Pause die Leistung in einem anschließenden Vita-maxima-Test um 14% im Vergleich zu einem Leerversuch gesteigert werden, wenn Glukose während der Dauerbelastung verabreicht wurde. Damit spielt die Aufrechterhaltung des Blutglukoseangebotes eine entscheidende Rolle, um den Ermüdungszeitpunkt hinauszuschieben. Dies kann durch die intermittierende Gabe von Kohlenhydratlösungen (60-80 g/h als 6-8 prozentige Lösung mit einem Gemisch von 85 % Oligosacchariden und 15 % Glukose) erreicht werden. Der Anteil an Kohlenhydraten in Sportlergetränken sollte 8 % nicht überschreiten, da sonst die Verträglichkeit und die Magenentleerungszeit beeinträchtigt sein können.

Aufgefüllte Glykogenspeicher sind bei länderdauernder Belastungen (> 1 h) unabdingbar für die optimale körperliche Leistungsfähigkeit. Sportler, die Belastungen mit niedrigeren Glykogenspeichern beginnen, weisen in Laborversuchen kürzere Belastungszeiten auf, als Sportler mit aufgefüllten Glykogendepots. Diese Ergebnisse haben zur Entwicklung verschiedener Methoden zur Erhöhung der Glykogenspeicher geführt (sog. „carbohydrate loading“ oder Superkompensation) Die derzeit favorisierte Variante des „carbohydrate loadings“ beinhaltet eine graduelle Steigerung der Kohlenhydratzufuhr in der Woche vor einem Wettkampf (z.B. 9-10 g Kohlenhydrate/kg KG/d; evtl. mehr je nach Aktivitätsumfang und Energieverbrauch) bei gleichzeitiger Reduktion der Trainingsumfänge und Intensität. Hierdurch kann der Muskelglykogengehalt um ca. 10-15 % gesteigert werden mit entsprechend höherer Kohlenhydratoxidation während langanhaltender Belastung.

Abgesehen von der Bedeutung einer kohlenhydratreichen Ernährung vor Belastung spielen jedoch sowohl Menge als auch Zeitpunkt der Kohlenhydratzufuhr nach Belastung eine wichtige Rolle hinsichtlich der raschen und kompletten Wiederauffüllung der Glykogendepots. Es konnte gezeigt werden, dass eine Kohlenhydratgabe unmittelbar nach Belastung zu einer höheren Glykogenresynthese/Zeit führt als zu einem späteren Zeitpunkt (s. Abbildung) .

Abbildung: Glykogenresynthese in der Muskulatur während der ersten 2 Stunden (0-120 min) und nachfolgenden 2 Stunden (120-240 min) in Abhängigkeit der Kohlenhydratzufuhr. Grüne Balken: Kohlenhydratzufuhr unmittelbar nach Belastung; rote Balken: Beginn der Kohlenhydratzufuhr 2 h nach Belastung.
Die vermehrte Glykogensyntheserate wird über eine erhöhte Aktivität der muskulären Glukosetransporter (GLUT 4) und der Glykogensynthetase in der unmittelbaren Nachbelastungsphase erklärt. Es wird daher empfohlen, dass unmittelbar nach, sowie in den ersten 2-4 Stunden nach Belastungsende 1 g Kohlenhydrate/kg KG/h konsumiert werden.
Deutlich höhere Mengen Kohlenhydrate führen zumeist nicht zu einer erhöhten Glykogenresynthese. Ob eine zusätzliche Gabe von Aminosäuren oder Proteinen die Glykogensyntheserate weiter erhöht, kann derzeit noch nicht abschließend beurteilt werden (Abbildung).

Die Abbildung zeigt die durchschnittliche Zunahme des Muskelglykogens in Abhängigkeit der Zufuhr an Kohlenhydraten in einer 4-stündigen Nachbelastungsphase. Mengen von > 1 g/kg KG waren nicht mit einer weiteren und höheren Syntheserate verbunden. Bei zusätzlicher Gabe von 0.5 g Protein/kg KG war die Zunahme des Muskelglykogengehaltes deutlicher ausgeprägt. Letzterer Befund konnte jedoch nicht in allen Untersuchungen bestätigt werden.