Ernährung und Leistungssport

Peter Stehle, Bonn

Physiologische Grundlagen

Ein arbeitender Muskel besitzt im Vergleich zum Ruhezustand einen ca. 300fach höheren Energieumsatz. Die dafür notwendige chemische Energie gewinnt der Körper direkt aus Adenosintriphosphat (ATP; Adenosinphosphate). Da die ATP-Speicher in der Muskelzelle begrenzt sind (ca. 5,5 mmol / kg Muskelgewebe), muss ATP kontinuierlich regeneriert werden. Die dafür notwendige Energie wird durch aerobe (Sauerstoff benötigende) und anaerobe (ohne Sauerstoff ablaufende) Prozesse bereitgestellt (Tab. 1).

Als Substrate für die aerobe Energiebereitstellung in den Mitochondrien der Muskelzelle dienen durch den Blutstrom angelieferte Glucose und freie Fettsäuren sowie zelluläre Glycogenspeicher. Im Muskel vorhandene Triglyceride werden nur in geringem Maße verwertet. Die Glucoseoxidation liefert, bezogen auf die umgesetzte Menge an Sauerstoff, ca. 9 % mehr Energie als der oxidative Abbau von Fettsäuren. Die Glucoseoxidation verläuft zudem schneller. Daraus ergibt sich, dass bei allen hochintensiven, zumindest mehrere Minuten andauernden Belastungen der Glycogenspeicher (durchschnittlich ca. 2 g / 100 g Muskelmasse) für die Leistungsfähigkeit eine entscheidende Rolle spielt. Eine Erschöpfung der Kohlenhydratspeicher ist mit einem Leistungsabfall verbunden. Die Oxidation von Fettsäuren gewinnt erst bei langandauernden Belastungen (z. B. Langstreckenlauf) mit niedriger bzw. mittlerer Intensität und ausreichender Verfügbarkeit von Sauerstoff an Bedeutung.

Wenn die oxidative Energiebereitstellung nicht ausreicht, um den ATP-Nachschub zu decken (z. B. bei sehr hoher Intensität und kurzer Belastungszeit), wird auf zwei anaerobe Stoffwechselwege zurückgegriffen. Aus Kreatinphosphat kann unter Katalyse durch das Enzym Kreatinkinase direkt Adenosindiphosphat (ADP) zu ATP rephosphoryliert werden. Der durchschnittliche Muskelspeicher an Kreatinphosphat beträgt 80–90 mmol / kg Muskeltrockenmasse und reicht für kurzzeitige Belastungen (Sekunden bis wenige Minuten). Weiterhin kann aus Speicherglycogen Glucose freigesetzt und anaerob bis zu Lactat abgebaut werden. Da hohe Lactatspiegel die Leistungsfähigkeit negativ beeinflussen, ist diese Art der Energiegewinnung nur begrenzt möglich.

Basiskost für Leistungssportler

Grundlage für die Ernährung des Leistungssportlers ist die Verwendung von Lebensmitteln mit hoher Nährstoffdichte entsprechend gültiger Empfehlungen. Eine abwechslungsreiche Mischkost mit Vollkorn-Getreideprodukten, Kartoffeln, Gemüse, Obst, fettarmen Milchprodukten sowie fettarmem Fleisch und Fisch stellt eine gute Basis für sportliche Leistungsfähigkeit dar. Geringfügige Unterschiede gegenüber dem sportlich Inaktiven betreffen die anteilige Energiebereitstellung aus den drei Hauptnährstoffgruppen bei ausdauerbetonten und kraftbetonten Sportarten (Tab. 2).

Bedeutung der Glycogenspeicher

Unabdingbar für eine optimale Leistungsfähigkeit sind ausreichend hohe Glycogenspeicher in der Muskulatur. Ziel des Trainings und der begleitenden Sporternährung muss daher vorrangig sein, den Glycogenspeicher zu optimieren und durch Training und Wettkampf auftretende Verluste schnellstmöglich zu kompensieren. Generell ist daher zu empfehlen, die zusätzlich benötigte Energie überwiegend in Form von Kohlenhydraten zuzuführen. Ideale Kohlenhydratträger sind stärkehaltige Produkte wie Teigwaren, Kartoffeln, Reis, Getreideflocken und Brotwaren. Obwohl es empfehlenswert ist, überwiegend Polysaccharide (z. B. Stärke) zu verzehren, ist es unter Umständen unumgänglich, auch auf Maltodextrine und Mono- bzw. Disaccharide zurückzugreifen. Dies gilt besonders für Belastungen mit hohem Energieumsatz (z. B. Etappenradsport: 25–30 MJ [6.000–7.000 kcal] pro Tag), der durch konventionelle Lebensmittel nicht gedeckt werden kann (zu hohe Volumenbelastung). Unter körperlicher Belastung sind die Auswirkungen von Insulin auf den Glucosespiegel weniger ausgeprägt als bei körperlicher Ruhe, wodurch eine Hypoglycämie nicht zu erwarten ist. Den Kohlenhydratanteil verschiedener Lebensmittel zeigt Tab. 3.

Fettzufuhr

Sowohl aus leistungsphysiologischer als auch ernährungsmedizinischer Sicht sollte die Fettzufuhr bei Sportlern nicht über ca. 30 % der Energie liegen (Tab. 2). Langjährige Erfahrungen zeigen, dass ein zu hoher Fettkonsum die Leistungsfähigkeit, vor allem von Ausdauersportlern, herabsetzt. Ursachen hierfür liegen sowohl in einer generellen Belastung des Stoffwechsels (z. B. längere Verweilzeit im Magen) als auch in einer ungünstigen Beeinflussung des Kohlenhydratabbaus. Bei der Auswahl der Fette ist darauf zu achten, bevorzugt pflanzliche Öle / Fette aufzunehmen.

Proteinzufuhr

Ein vielfach umstrittenes Thema ist immer noch die zu empfehlende Höhe der Eiweißzufuhr. Anerkannt ist inzwischen, dass extreme Aufnahmen von Protein (> 4 g / kg Körpergewicht) auch bei Kraftsportlern keinerlei Vorteile bringen, sondern mit einem gewissen Gesundheitsrisiko (übermäßige Bildung von Harnstoff, dadurch hohe Belastung der Nieren) einhergeht. Bilanzrechnungen verschiedener Autoren unter Berücksichtigung einer maximal gesteigerten Proteinsyntheserate (ohne Anabolikaeinnahme!) haben ergeben, dass durch den Muskelaufbau zusätzlich pro Tag nicht mehr als 0,2–0,3 g Eiweiß / kg Körpergewicht notwendig sind. Wird der aktuelle Referenzwert von 0, 8 g / kg Körpergewicht zugrundegelegt, ergibt sich ein Gesamtbedarf von ca. 1,1–1,2 g / kg Körpergewicht. Bei einer Energiezufuhr von ca. 16,5 MJ (4000 kcal) und einem Proteinanteil von 12 % (120 g) wird bei einem Körpergewicht von 80 kg bereits eine Zufuhr von 1,5 g / kg Körpergewicht erreicht. Die in Tab. 2 enthaltene Empfehlung von maximal 20 % Protein bei Kraftsportlern ist daher in allen Fällen ausreichend. Geeignete Eiweißquellen sind fettarme Milchprodukte (Quark, Käse), mageres Fleisch, Fisch sowie Hülsenfrüchte. Auch in der Sportlerernährung wird empfohlen, nicht nur tierisches, sondern in verstärktem Maße auch pflanzliches Eiweiß aufzunehmen.

Mikronährstoffe

Im Vergleich zum Inaktiven muss die Nährstoffdichte für die Mikronährstoffe generell nicht erhöht werden. Dies bedeutet, dass bei einer isoenergetischen Kost unter Verwendung ernährungsphysiologisch hochwertiger Lebensmittel genügend Vitamine, Mineralstoffe und Spurenelemente zugeführt werden. Eine Unterversorgung kann aber bei Sportarten mit chronisch unzureichender Energiezufuhr (z. B. Langstreckenlauf, Turnen, rhythmische Sportgymnastik, Boxen) oder aber in besonderen Situationen (Halten eines niedrigen Körpergewichts, Gewicht „abkochen“ vor dem Wettkampf) auftreten. Oft betroffen ist die Versorgung mit Eisen, Magnesium, Zink und Vitamin E. Zu den damit verknüpften klinischen Symptomen gehören bei Ausdauersportlerinnen Anämie, verspätete Menarche und Dys- bzw. Amenorrhöen. Unspezifische muskuläre Beschwerden und Magenkrämpfe sind häufig das Ergebnis von Magnesiummangel. Bei einer generellen energetischen Unterversorgung ist der betreuende Arzt / Ernährungs-wissenschaftler gefordert, durch geeignete Supplementation mit Mineralstoff- / Vitaminpräparaten einer Mangelversorgung vorzubeugen.

Antioxidanzien

Gesondert zu betrachten ist die Situation bei den sog. potenziell antioxidativ wirkenden Nährstoffen (Vitamin C, Vitamin E, β-Carotin, Selen). Aufgrund der erhöhten Sauerstoffaufnahme wird eine verstärkte Radikalbildung und Lipidperoxidation vermutet. Möglicherweise müssen die für Inaktive geltenden Nährstoffdichten nach oben korrigiert werden.

Wasserhaushalt

Große körperliche Anstrengungen gehen mit einer hohen Wärmeproduktion und entsprechenden Flüssigkeitsverlusten einher. Je nach Sportart und -dauer sowie der Umgebungstemperatur und dem Trainingszustand liegen diese Verluste zwischen 1 und 4 kg. Bereits geringere Wasserverluste (ca. 2 % des Körpergewichts) können die Leistungsfähigkeit bei Ausdauersportlern vermindern. Dazu können erhöhte Körpertemperatur, Übelkeit und Schwindelgefühl auftreten. Mit dem Schweiß gehen dem Körper Mineralien verloren; dies betrifft vor allem Natrium und Kalium (ca. 1200 mg bzw. 300 mg / l Schweiß). Die Ausscheidung von Calcium und Magnesium liegt um einiges niedriger (durchschnittlich 70 mg bzw. 10 mg / l Schweiß). Im Vergleich zu Plasma liegt die Osmolalität des Schweißes deutlich niedriger (120 mosm / kg); Schweiß ist somit hypoton. Dadurch kommt es bei starkem Schwitzen zu einem relativen Anstieg der Osmolarität im Plasma. Die Zusammensetzung des Schweißes ist von der Flussrate und dem Trainingszustand abhängt; je länger geschwitzt wird und je besser der Trainingszustand ist, desto geringer ist die Konzentration an Natrium und Calcium, wodurch die Hypotonie weiter verstärkt wird.

Für die Flüssigkeitszufuhr besonders geeignet sind hypotone bzw. leicht isotone Getränke. Der Gehalt an Kohlenhydraten sollte 8 % (80 g / l) nicht überschreiten. Diese Menge gewährleistet die Aufrechterhaltung des Blutglucosespiegels, ohne die Magenentleerung und damit die Rehydrierung zu verzögern. Im Schnitt werden ca. 1 l Flüssigkeit pro Stunde vom Magen in das Duodenum abgegeben. Sinnvoll ist, die Flüssigkeitszufuhr in mehreren Schritten durchzuführen und die Temperatur des Getränkes nicht zu niedrig zu wählen. Empfehlenswert sind neben kommerziellen Produkten vor allem auch Mischungen aus Mineralwässern und Obst- bzw. Gemüsesäften (sog. Schorlen: 1 Teil Saft / 3–4 Teile Mineralwasser).

Ernährungsmaßnahmen als Teil der Wettkampfvorbereitung (Tab. 4)

Zur Optimierung der Glycogenspeicher sollte einige Tage vor dem Wettkampf der Kohlenhydratanteil auf 60 % und mehr (bei gleichzeitiger Erniedrigung der Fettzufuhr) erhöht werden. Dies wird im Einzelfall durch die Verwendung von Kohlenhydratkonzentraten (Maltodextrinen) erleichtert. Eine effektive Maßnahme zum Auffüllen der Glycogenvorräte ist die sog. Superkompensation: Durch intensive Ausdauerbelastung unter minimaler Kohlenhydratzufuhr werden die Glycogenspeicher weitgehend entleert; in der Regenerationsphase unter hoher Kohlenhydratzufuhr (mind. 60 %) wird mehr Glycogen einbaut als vor der Belastung vorhanden war.

Ernährung am Wettkampftag

Nüchtern bzw. hungrig und durstig an den Start zu gehen, wirkt sich im Allgemeinen ungünstig auf die Leistungsbereitschaft und -fähigkeit aus. Ein genereller Verzicht auf eine Nahrungsaufnahme ist daher nicht sinnvoll. Das Ziel sollte ein ausgeglichener Wasserhaushalt und eine Stabilisierung des Blutglucosespiegels sein. Die letzte größere Mahlzeit (400–500 kcal) sollte spätestens 2–2 ½ Stunden vor dem Start zu sich genommen werden; hierbei soll der Kohlenhydratanteil hoch liegen (ca. 60 %). Begleitend sollte eine kleine Menge an Flüssigkeit (ca. 200 ml) zugeführt werden. Bei Wettkämpfen, die länger als 30 min dauern, sollte rechtzeitig mit einer wiederholten Flüssigkeitszufuhr begonnen werden (siehe Abschnitt Basiskost). Erst bei Wettkämpfen über ca. 2 h Dauer sowie bei Teilnahme an ganztägigen Turnieren ist es notwendig, gezielt Energie durch feste Speisen zuzuführen (geeignet: Bananen, Trockenfrüchte, Vollkornkekse, Müsliriegel, fettarme belegte Brote und evt. Suppen mit Nudel-/Reiseinlagen).

Nachwettkampfernährung

Ziel der Nachwettkampfernährung ist es, den Flüssigkeits- und Mineralstoffverlust auszugleichen, den Glycogenspeicher zu regenerieren und die Voraussetzungen zur Reparation muskulärer Mikroverletzungen zu schaffen. Der Zeitpunkt der Nahrungszufuhr ist insbesondere im Hinblick auf das Glycogen von Bedeutung. Die effektivste Einlagerung in die Muskulatur wird in den ersten zwei Stunden nach der Belastung beobachtet; es ist daher zu empfehlen, eine kohlenhydratbetonte Mahlzeit (ca. 400–500 kcal, 60–70 % Kohlenhydratanteil) so bald wie möglich nach dem Wettkampf zu sich zu nehmen. Eine Hauptmahlzeit kann dann auf einen späteren Zeitpunkt verschoben werden. Weiterhin ist auf eine ausreichende Flüssigkeitszufuhr mit hypo- bzw. isotonen Getränken zu achten. Im Hinblick auf mögliche muskuläre Verschleißerscheinungen und Verletzungen ist ein geringfügig höherer Anteil an Eiweiß (ca. 15 %) bei der ersten Hauptmahlzeit nach der Belastung angebracht. Bei Einhalten einer kohlenhydratreichen, dem Energiebedarf angepassten Ernährung ist es möglich, die Glycogenvorräte bereits nach 24–36 h wieder aufzufüllen. Eine fettreiche Kost sowie Alkoholkonsum direkt nach dem Wettkampf führt zu einer deutlichen Verzögerung in der Regeneration.

Nahrungsergänzung

Die Ergänzung der Basiskost mit isolierten, möglicherweise die körperliche Leistungsfähigkeit fördernden Lebensmittelinhaltsstoffen wird im Leistungssport häufig praktiziert. Diese speziellen Nährstoffe werden unter dem Begriff ergogene Wirkstoffe /Substrate zusammengefasst (aus dem griechischen: ergon, Arbeit, gennan, produzieren). Die Verwendung dieser Substrate soll dazu führen, die Energiereserven zu vergrößern, die Energiebereitstellung pro Zeiteinheit zu erhöhen, das Muskelgewebe zu vermehren und sportbedingte Schädigungen der Muskulatur zu reparieren. Tab. 5 nennt die wichtigsten Vertreter dieser Gruppe.

Vertrauenswürdige wissenschaftliche Daten liegen bisher nur vereinzelt vor. Oftmals genügen die gewählten Studiendesigns nicht den wissenschaftlichen Anforderungen. Placebo-Effekte können nicht ausgeschlossen werden.

Coffein ist ein in Kaffee (60–120 mg / Tasse), Tee, Colagetränken, energy drinks (bis zu 320 mg / Liter) Guarana und Kakao vorkommendes Alkaloid (Methylxanthin). Coffein wird vollständig absorbiert; maximale Plasmakonzentrationen werden nach 30–60 min erreicht. Koffein gelangt ins Gehirn und entfaltet dort seine anregende Wirkung, die bei Erwachsenen ca. 4–6 h andauern kann. Durch Coffein-induzierte Erhöhung der Spiegel an freien Fettsäuren im Blut kann im Ausdauerbereich vermehrt Energie durch β-Oxidation gewonnen werden. Dies erhöht im kontrollierten Versuch die Ausdauerleistung um 20–50 %. Möglicherweise kann Coffein auch die psychomotorische Leistungsfähigkeit (Bildung von Neurotransmittern) verbessern. In hohen Dosen ist Coffein ein Dopingmittel. Als Grenzwert wurde vom Internationalen Olympischen Komitee 12 µg / ml Urin festgelegt.

Kreatin (Methylguanidinoessigsäure) ist ein im Körper endogen gebildeter Metabolit (Vorstufen Arginin, Glycin), der in phosphorylierter Form in der Zelle zur schnellen Rephosphorylierung von ATP aus ADP (Kreatinkinase-Reaktion) eingesetzt werden kann. Der Gesamtkörperbestand beträgt beim Erwachsenen ca. 120 g (95 % in der Muskulatur). Der tägliche Kreatinumsatz beträgt ca. 2 g (Ausscheidung über Urin). Mit der Nahrung (z. B. durch Fleisch [ca. 5 g / kg] und Fisch [2–10 g / kg]) wird bei Mischkost ca. 1 g Kreatin aufgenommen (vermutlich quantitative Absorption). In kontrollierten Studien führt eine mehrtägige Supplementation (kurzfristig ca. 20 g Kreatinmonohydrat / Tag, langfristig 3 g / d) zu einer Erhöhung der extra- (Plasma) und intrazellulären (Muskulatur) Konzentrationen an Gesamtkreatin. Das Ausmaß der Erhöhung in der Muskelzelle ist dabei abhängig vom Ausgangswert: je niedriger Gesamtkreatin vor der Supplementation, desto stärker der Anstieg. Physiologisch scheint ein maximal erreichbarer Wert vorgegeben. Weitere Zufuhr an Kreatin führt zur Wassereinlagerung in der Muskulatur (Gewichtszunahme!). Nur bei kurzzeitigen, maximalen anaeroben Belastungen mit schneller Wiederholungsfrequenz konnte eine Leistungssteigerung (bei vorher suboptimalen Kreatinspiegeln) beobachtet werden.

L-Carnitin ist eine in Leber, Nieren und Gehirn (Vorstufen Lysin und Methionin) gebildete (ca. 16 mg / d) Hydroxycarbonsäure (quartäre Ammoniumverbindung) mit einem chiralen C-Atom (D-Carnitin ist biologisch inaktiv). Im Organismus ist L-Carnitin nicht nur in seiner freien Form, sondern auch als kurzkettiges und langkettiges Acylcarnitin vorhanden. Der Körperspeicher beträgt 16–20 g (95 % in der Muskelzelle). Die mittlere tägliche Aufnahme im Rahmen einer Mischkost beträgt ca. 30 mg, bei hohem Fleischverzehr deutlich mehr (Fleisch: 30–70 mg / 100 g Frischmasse). Hauptaufgabe von L-Carnitin im Stoffwechsel ist das Einschleusen von langkettigen Fettsäuren (als Acylcarnitin) in das innere Mitochondrium, dem Ort der β-Oxidation („Biocarrier“). Die Hypothese, dass eine L-Carnitin-Supplementierung die Oxidation von Fettsäuren beschleunigen bzw. verstärken kann, ließ sich in kontrollierten Doppelblind-Studien nicht belegen. Eine Leistungssteigerung im Ausdauerbereich trat nicht auf. L-Carnitin wird während des Syntheseprozesses nicht „verbraucht“; ein Mangel bei Leistungssportlern wird daher nicht beobachtet.

Coenzym Q₁₀ (Ubichinon-10) ist eine lipidlösliche Substanz, die als Teil des Elektronen-Transportsystems in der Atmungskette die Übertragung von Protonen katalysiert. Unter physiologischen Umständen wird Coenzym Q₁₀ in nahezu allen Geweben (Vorstufe Phenylalanin) gebildet. Sowohl tierische als auch pflanzliche Lebensmittel liefern Q₁₀ bzw. Ubichinone mit kürzerer Seitenkette (Q₆–Q₉); diese können im Organismus in Q₁₀ überführt werden. Die durchschnittliche Zufuhr liegt bei 5–10 mg; Zur Bioverfügbarkeit liegen bisher nur Schätzwerte vor (5–40 %). Bei den wenigen Studien mit Q₁₀-Supplementierung (bis zu 100 mg / d) wurden erhöhte extrazelluläre Spiegel beobachtet; die vermutete günstige Beeinflussung der Sauerstoffaufnahme und der Herzleistung wurde bei Sportlern jedoch nicht beobachtet.

Ernährung und Leistungssport: Tab. 1. Stoffwechselprozesse der Energiebereitstellung (nach Hultman et al., 1994). P= energiereiches Phosphat; ATP = Adenosintriphosphat, ADP = Adenosindiphosphat; PKr Kreatinphosphat; Kr = Kreatin

Ernährung und Leistungssport: Tab. 2. Anteil der Hauptnährstoffe an der Energiebereitstellung bei Sportlern.

Ernährung und Leistungssport: Tab. 3. Kohlenhydratgehalt verschiedener Lebensmittel [Daten aus Bundeslebensmittelschlüssel]

Ernährung und Leistungssport: Tab. 4. Wettkampfbegleitende Ernährungsmaßnahmen. (KH=Kohlenhydrate)

Ernährung und Leistungssport: Tab. 5. Nährstoffe und Nahrungsmittel mit diskutierter ergogener Wirkung