von Stephan Nüsser | Feb. 27, 2025 | Home, News, Uncategorized
Im neuen Licht: Kohlenhydrate und sportliche Leistung
Kohlenhydrate gelten seit fast einem Jahrhundert als essenziell für die sportliche Leistungsfähigkeit. Diese Überzeugung geht auf zwei bahnbrechende Studien aus den Jahren 1924 und 1925 zurück, in denen Dr. Burgess Gordon und Dr. Samuel Levine von der Harvard Medical School feststellten, dass Läufer während eines Boston-Marathons blasse Haut, verringerte geistige Leistungsfähigkeit, extreme Erschöpfung und Reizbarkeit entwickelten. Bei der Untersuchung des Blutes dieser Athleten fanden sie sehr niedrige Glukosewerte, ein Zustand, der als Hypoglykämie bezeichnet wurde. Dieses plötzliche Gefühl extremer Müdigkeit und die verringerte Leistungsfähigkeit, insbesondere bei Langstreckenläufen, wurden später als „Hitting the Wall“ oder „Bonking“ bekannt.
Hypoglykämie ist ein medizinischer Begriff zur Beschreibung niedriger Blutzuckerwerte unter 70 mg/dL (<3,9 mmol/L), begleitet von hormonellen Gegenregulationsmechanismen, die Symptome wie Müdigkeit, Reizbarkeit und reduzierte kognitive Funktion hervorrufen.
Im folgenden Jahr gaben Dr. Gordon und Dr. Levine den Athleten während des Boston-Marathons gezielt Kohlenhydrate – mit der folgenden Logik:
„…Es wurde vorgeschlagen, dass eine ausreichende Aufnahme von Kohlenhydraten vor und während einer längeren und intensiven Muskelbelastung erhebliche Vorteile bringen könnte, indem sie eine Hypoglykämie und die damit verbundene Entwicklung von Erschöpfungssymptomen verhindert.“ Bemerkenswerterweise verbesserten sich fast alle Athleten, und keiner von ihnen entwickelte Hypoglykämie oder erlebte Symptome des „Hitting the Wall“. Dies war der erste Beweis dafür, dass durch Bewegung induzierte Hypoglykämie ein entscheidender Faktor für die sportliche Leistungsfähigkeit ist.
Im Jahr 1959 entwickelte Dr. Jonas Bergstrom eine Technik zur Entnahme von Muskelgewebe. Diese Technik, später als „Bergstrom-Muskelbiopsie“ bekannt, ermöglichte in seiner hochzitierten Arbeit von 1967 die Messung und Bewertung von Muskelglykogen. Dies führte zur Erkenntnis, dass Glykogen während körperlicher Belastung genutzt wird. Eine weitere bahnbrechende Entdeckung im Jahr 1986 stellte einen Zusammenhang zwischen erhöhter systemischer Kohlenhydratoxidation und Leistungsfähigkeit her. Diese Entdeckungen verlagerten den wissenschaftlichen Fokus schnell weg von der durch Bewegung induzierten Hypoglykämie als kritischem Leistungsfaktor hin zur Bedeutung von Muskelglykogen und Kohlenhydratoxidation.
Zusätzlich wurden hochkohlenhydrathaltige Diäten (HCLF), die reich an Glykogenspeichern sind, als essenziell für die Steigerung der Ausdauerleistung angesehen. Sie verhindern das frühzeitige Auftreten von Ermüdung durch eine kontinuierliche Kohlenhydratoxidation. Diese Überzeugung basiert auf der Annahme, dass Muskelglykogen eine obligatorische Energiequelle während längerer Belastungen ist und dass niedrige Glykogenspeicher zu einer schnelleren Erschöpfung führen können. Insgesamt wurde damit eine jahrhundertelange Annahme begründet, dass Kohlenhydrate für die menschliche Leistungsfähigkeit unverzichtbar sind – vor allem durch ihre Auswirkungen auf Muskelglykogen- und Kohlenhydratoxidationswerte.
Der Aufstieg der ketogenen (kohlenhydratarmen) Ernährung
Seit 2010 ist das Interesse an der ketogenen Ernährung sprunghaft angestiegen, da zahlreiche Studien ihr therapeutisches Potenzial für verschiedene Krankheiten und Störungen aufzeigten. Einige renommierte Sportphysiologen argumentierten zudem, dass eine ketogene Ernährung auch die sportliche Leistungsfähigkeit optimieren könnte. Allerdings gab es starken Widerstand aus der Sportwissenschaft. Mehrere Studien testeten diese Theorie und kamen zu dem klaren Schluss, dass die Anpassung an eine kohlenhydratarme Ernährung „schnell“ erfolgt, aber „die Leistung beeinträchtigt“.
Es gab jedoch ein Problem:
Alle diese Studien berücksichtigten nur eine kurze Anpassungszeit (< 4 Wochen).
Frühe Pioniere in den Bereichen Ernährung und Stoffwechsel, wie Dr. Stephen Phinney, schlugen vor, dass Athleten mit ausreichend langer Anpassungszeit – etwa vier Wochen – sich anpassen und auf einer ketogenen Ernährung optimal performen könnten. Er argumentierte, dass diese Athleten Zeit zur metabolischen Umstellung benötigten.
Verständnis der Anpassung an eine kohlenhydratarme Ernährung
In den 1960er- und 1970er-Jahren lieferte George Cahill wertvolle Einblicke in diesen komplexen physiologischen Prozess, die später im Jahr 2006 zusammengefasst wurden.
Hintergrund: Nach der Reduzierung von Kohlenhydraten aus der Ernährung werden die Glukosevorräte schnell aufgebraucht, gefolgt von der Reduktion der Leberglykogenspeicher. Dies führte zu einem Glukosemangel im Körper und löste eine Verringerung des Insulinspiegels aus. Insulin ist der Hauptregulator des Stoffwechsels und beeinflusst direkt enzymatische Prozesse im Fettgewebe und in der Leber zur Steuerung der Energiequellen. Mehr Insulin bedeutet mehr Speicherung, weniger Insulin bedeutet weniger Speicherung.
Die reduzierte Insulinausschüttung und die damit verbundenen Erhöhungen der Glukagon- und Katecholaminspiegel führten zu einer verstärkten Freisetzung freier Fettsäuren, die sich über Wochen hinweg zur dominierenden Energiequelle des Körpers entwickelten. Allerdings wissen wir bislang noch wenig über die genauen Zeiträume dieser metabolischen Anpassung, da sie schwer messbar sind.
Bemerkenswerterweise konnte die Normalisierung der Muskelglykogenspeicher in keiner Studie eindeutig nachgewiesen werden – mit Ausnahme einer Analyse von Ultra-Ausdauersportlern, die sich über einen Zeitraum von mehr als 9 Monaten an eine ketogene Ernährung angepasst hatten.Während das niedrigere Insulin in der Leber den „Block“ auf dem Fettstoffwechsel aufhob und so eine veränderte Substratnutzung ermöglichte – ein Prozess, der schnell erfolgt – gibt es weitere metabolische Veränderungen, die über längere Zeiträume hinweg stattfinden und noch nicht vollständig verstanden sind.Kürzlich testete ein Forschungsteam genau diese Theorie: Sie untersuchten Spitzensportler in einem 1,5 km „Time Trial“ mit maximaler Anstrengung sowie in 6×800-Meter-Sprints unter kohlenhydratarmer und kohlenhydratreicher Ernährung über einen Zeitraum von 4 Wochen.
Ergebnisse:
Nachdem sich die Athleten vier Wochen lang an eine kohlenhydratarme Ernährung gewöhnt hatten, gab es nicht nur keine Leistungseinbußen bei sehr hoher Belastungsintensität, sondern die sportliche Leistung wurde durch „Rekordwerte“ der Fettverbrennung (>85 % ihrer VO2max) sogar optimiert.
Nicht nur die aufrechterhaltene Leistungsfähigkeit während intensiver körperlicher Belastung war überraschend, sondern auch die Fähigkeit des Körpers, Fett bei solch hohen Belastungsintensitäten als Hauptenergiequelle zu nutzen.
Herausforderung des „Crossover-Konzepts“
Über Jahre hinweg wurde angenommen, dass der Körper mit zunehmender Trainingsintensität von einer überwiegenden Fettverbrennung zu einer Kohlenhydratoxidation übergeht. Dieses Prinzip wurde als „Crossover-Konzept“ bezeichnet. Mit steigender maximaler Sauerstoffaufnahme (VO2max, ein Maß für die Trainingsintensität) nahm die Energiegewinnung aus Fett ab, während die aus Kohlenhydraten zunahm. Der Punkt, an dem der vorherrschende Energieträger von Fett zu Kohlenhydraten wechselt, wurde als „Crossover-Punkt“ bezeichnet. Das Problem: Aktuelle Daten zeigen Rekordwerte der Fettverbrennung (einige Athleten erreichten >1,5 g/min), selbst bei hoher Belastung (85 % VO2max), wo laut Crossover-Konzept nahezu keine Fettverbrennung mehr stattfinden sollte.
Durchbruch bei der Untersuchung von Langzeitausdauerleistungen
Bereits 1924 wurde beobachtet, dass Athleten beim Ausdauertraining an ihre Leistungsgrenze gelangen („Hit the Wall“). Besonders bei langen, intensiven Trainingseinheiten schien es logisch, dass eine kohlenhydratreiche Ernährung die Ausdauer verbessern könnte:
- Mehr Glykogenspeicher
Eine kohlenhydratreiche Ernährung erhöht die Glykogenspeicher in Leber und Muskeln. Dadurch kann die Leber mehr Glukose freisetzen, um Hypoglykämie zu verhindern, während der Muskel über mehr gespeicherten Treibstoff für die Energiegewinnung verfügt. Eine kohlenhydratarme Ernährung sollte die Glykogenspeicher reduzieren, Hypoglykämie beschleunigen und die Kohlenhydratoxidation senken.
- Effizientere Energiegewinnung?
Kohlenhydrate sollen eine effizientere Energiequelle als Fett sein, da ihre „Kosten“ pro Energieeinheit geringer sind. Eine kohlenhydratarme Ernährung sollte die Kohlenhydratoxidation reduzieren und die Fettverbrennung erhöhen – aber bedeutet dies wirklich eine reduzierte Leistung?
In der Sportphysiologie bildeten sich drei zentrale Fragen:
- Beeinträchtigt eine ketogene Ernährung tatsächlich die Ausdauer?
Die Annahme war, dass weniger Muskel- und Leberglykogen die Kohlenhydratoxidation senken und die Leistung mindern würde. Falls ja, würde dies die zentrale Bedeutung von Glykogen und Kohlenhydraten für die Leistung unterstreichen.
- Kann eine minimale Kohlenhydratzufuhr zur optimalen Leistung führen ?
Tests mit nur 10 g Kohlenhydraten pro Stunde (6- bis 12-mal weniger als die Standardempfehlungen) sollten zeigen, ob eine minimale Menge an Kohlenhydraten genügt, um Hypoglykämie zu verhindern – aber ohne Glykogenspeicher oder Kohlenhydratoxidation zu beeinflussen.
- Wie lange dauert die Keto-Adaption?
Mithilfe einer kontinuierlichen Stoffwechselüberwachung über 6 Wochen wurde untersucht, wann sich die Leistungsfähigkeit auf einer ketogenen Ernährung normalisiert.
Studiendesign
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Philip Prins, Dr. Timothy Noakes, Dr. Jeff Volek und Dr. Dominic D’Agostino testete diese Hypothesen an Triathleten.
Studiendesign-Kriterien:
Randomisierung: Die Reihenfolge der Diäten wurde zufällig festgelegt.
Crossover-Design: Jeder Teilnehmer durchlief beide Diäten, um genetische und umweltbedingte Unterschiede auszuschließen.
Konstante Kalorien: Die Kalorienaufnahme wurde in beiden Ernährungsformen gleichgehalten.
Kontrollierte körperliche Aktivität: Die Trainingsbelastung blieb konstant.
Ernährungsprotokoll: Alle Teilnehmer wurden durch Ernährungsberater überwacht. Der Ketose-Status wurde durch Ketone-Messungen überprüft.
Teilnehmerprofil:
• Triathleten mit mindestens 160 km Radtraining pro Woche
• VO2max über 50 ml/kg/min
• Mindestens 8 Stunden Training pro Woche
Leistungstest:
Die Athleten folgten 6 Wochen lang entweder einer kohlenhydratreichen oder einer kohlenhydratarmen ketogenen Ernährung. Anschließend absolvierten sie ein intensives Ausdauertraining (70 % VO2max) bis zur völligen Erschöpfung („Hit the Wall“).
Die Ergebnisse:
- Ketogene Ernährung war nicht leistungsschwächer:
- Trotz gesenkter Glykogenspeicher und geringerer Kohlenhydratoxidation zeigten die Athleten keine reduzierte Leistung.
- Dies stellt die Annahme infrage, dass Kohlenhydrate für eine maximale Ausdauerleistung zwingend erforderlich sind.
- Kohlenhydratzufuhr steigerte die Leistung in beiden Diäten um 22 %:
- Dies zeigt, dass Kohlenhydrate nicht zwingend in der täglichen Ernährung nötig sind – aber dennoch eine Rolle in der sportlichen Leistung spielen.
- Eine minimale Kohlenhydratzufuhr genügte, um Hypoglykämie zu verhindern:
- Bereits 3,4 g Kohlenhydrate alle 20 Minuten eliminierten die Hypoglykämie und verbesserten die Leistung um 22 %.
- Dies deutet darauf hin, dass der entscheidende Leistungsfaktor eher die Vermeidung von hypoglykämischer Erschöpfung als die absolute Glykogenspeicherhöhe ist.
Die Bedeutung der Keto-Adaption
Viele Forscher fragten sich: Warum dauert es 4 Wochen, bis sich die Leistung normalisiert?
Mithilfe kontinuierlicher Glukosemessung (alle 5 Minuten über 6 Wochen) zeigte sich:
Nach exakt 4 Wochen normalisierten sich:
- Der 24-Stunden-Glukosespiegel
- Der Ketone-Spiegel
Diese Daten geben erstmals einen objektiven Marker für eine vollständige Keto-Adaption.
Erkenntnisse
1) Ernährungswahl ist individuell:
Sportler können zwischen kohlenhydratreicher oder -armer Ernährung wählen, ohne Leistungsnachteile befürchten zu müssen.
2) Minimale Kohlenhydratzufuhr kann ausreichen:
10 g Kohlenhydrate pro Stunde können die Leistung bei langen Trainingseinheiten optimieren – viel weniger als die herkömmlichen Empfehlungen von 60-120 g/h.
3) Die 4-Wochen-Adaption ist entscheidend:
Eine langfristige Anpassung an eine ketogene Ernährung kann mit kontinuierlicher Blutzucker- und Ketonmessung überwacht werden.
4) Gesundheitliche Vorteile über den Sport hinaus:
Kohlenhydratarme Ernährung bietet therapeutische Vorteile für Stoffwechselerkrankungen und könnte eine sinnvolle Option für Sportler und Nicht-Sportler sein.
Fazit
Diese Studie stellt langjährige Überzeugungen in der Sporternährung infrage. Eine ketogene Ernährung beeinträchtigt die sportliche Leistung nicht und eine minimale Kohlenhydratzufuhr kann Hypoglykämie verhindern.
_ Kohlenhydrate sind nicht essenziell – aber sie können helfen.
_ Die Vermeidung von Hypoglykämie ist entscheidender als hohe Glykogenspeicher.
_ Ernährungsstrategien sollten individuell angepasst werden.
Diese Erkenntnisse ebnen den Weg für eine flexiblere und personalisierte Herangehensweise in der Sporternährung.
von Stephan Nüsser | Feb. 4, 2025 | Home, News, Uncategorized
Intermittierendes Fasten gewinnt in den letzten Jahren zunehmend an Aufmerksamkeit, nicht nur wegen seiner gesundheitlichen Vorteile, sondern auch wegen der positiven Auswirkungen auf die Ausdauerleistungsfähigkeit.
Intermittierendes Fasten beschreibt in der Regel einen Zeitraum von 14 bis 24 Stunden, in dem keine energiehaltigen Nahrungsmittel oder Flüssigkeiten aufgenommen werden. Wasser, ungesüßter Kaffee und Tee ohne Milch sind während dieses Zeitraums jedoch unbedenklich.
In Bezug auf die Leistung im Ausdauersport wirkt sich intermittierendes Fasten tatsächlich positiv auf die Leistung aus, vor allem in der Weise, dass dein Fettstoffwechsel aktiviert und verbessert wird.
Erwarte jedoch während der Fastenperiode keine persönliche Bestleistung.
Das Fehlen der verfügbaren Kohlenhydrate/Zucker zur Stabilisierung des Blutzuckerspiegels kann die Leistungsfähigkeit beeinträchtigen. Intermittierendes Fasten hat eine Reihe von Vorteilen für Gesundheit und Leistung.
Die metabolische Flexibilität wird zunehmen, ebenso wie die mitochondriale Kapazität für den Fettstoffwechsel. Die Körperzusammensetzung ändert sich, da die Fettmasse normalerweise geringer wird.
Das solltest du beachten:
- Die meisten haben Erfolg mit Protokollen, die Fasten für 18 bis 20 Stunden pro Tag vorsehen.
- Plane dein intensives Training um das Fasten herum.
Während der Fastenzeiten am Besten leichte, kürzere Trainingseinheiten, die nicht länger als max. 60 Minuten (Laufen) und 2 Stunden (Radfahren) dauern.
Achte darauf, dass deine Intensität in Zone 1/Zone 2 bleibt!
- Denke daran, dass Fasten die Aufnahme von Wasser und Elektrolyten nicht ausschließt! Eine ausreichende Flüssigkeitszufuhr ist wichtig.
- Lass dich nicht entmutigen, wenn der Start schwierig ist.
Viele Sportler berichten, dass es in den ersten zwei Wochen am Schwierigsten war, nach 2 bis 3 Wochen wurde es deutlich einfacher.
von Stephan Nüsser | Okt. 1, 2022 | Home, News, Uncategorized
Basierend auf deinen Leistungswerten, zu Haue oder im Labor ermittelt, erstellen wir eine detaillierte Auswertung deiner aeroben und anaeroben Leistungskapazität.
In der komplexen Energiestoffwechselauswertung bestimmen wir dein maximales Laktat Steady State (der Intensitätsbereich bei dem das im „anaeroben“ Energiestoffwechsel produzierte Pyruvat/Laktat nicht mehr ausreichend im „aeroben“ Energiestoffwechsel verstoffwechselt werden kann), Dieser Intensitätsbereich wird auch Anaerobe Schwelle bzw. Functional Threshsold Power (FTP) genannt. Zusätzlich bestimmen wir deine maximale Laktatproduktionsrate sowie deine VO2 max. Besonderen Fokus legen wir auf die Verteilung der energieliefernden Substrate bei unterschiedlichen Belastungsintensitäten. Auf Basis dieser Daten können wir individuelle Pacing- und Ernährungsstrategien für deine Sportart und Disziplin erstellen.
von Stephan Nüsser | Aug. 19, 2022 | Home, News, Uncategorized
Die Rolle und Bedeutung der Kohlenhydrate während sportlicher, und vor allem bei intensiver Belastung ist in der Sportwissenschaft seit Jahrzehnten anerkannt. Besonders in Ausdauersportarten wie Laufen, Radfahren, Triathlon gehören Pasta Partys, Energieriegel und Kohlenhydratgetränke zur normalen Verpflegung, vor und während des Trainings, sowie beim Wettkampf. Prof. Tim Noakes hat diesen etablierten Ansatz in einer seiner jüngsten Veröffentlichungen aus einem anderen Blickwinkel betrachtet. Dies bietet die Grundlage für die folgende Übersicht der sportwissenschaftlichen Forschung und gibt Einblicke in den komplexen Energiestoffwechsels, wie er sich bei sportlicher Belastung darstellt.
Glykogen, wie alles begann
Schauen wir zurück auf das Jahr 1967. Zu dieser Zeit wurde die Technik der Muskelbiopsie in die Medizin eingeführt. Dabei wird mittels einer Nadel eine Gewebeprobe aus der Muskulatur entnommen und analysiert. Damit war das erste Verfahren etabliert um Muskelglykogen zu bestimmen.
Bergstrom und Hultman veröffentlichten als erste Ihre Ergebnisse der Muskelbiopsie im Kontext der sportlichen Belastung. Die wichtigsten Erkenntnisse waren:
- Während muskulärer Arbeit verringert sicher der Muskelglykogengehalt kontinuierlich und die Leistungskapazität des Muskels reduziert sich bei entleerten Glykogenspeichern.
- Der Glykogengehalt von nichtbeanspruchter Muskulatur bleibt unverändert, das heißt nur in der beanspruchten Muskulatur verändert sich der Glykogenvorrat.
- Wenn während muskulärer Arbeit Glucose zugeführt wird, ist der Glykogenverbrauch signifikant niedriger im Vergleich zu einer Situation wo keine Glucose zugeführt wird. Das Glykogen in der Muskulatur ist jedoch das dominante Substrat für die Energiebereitstellung, auch bei gleichzeitig hohen Blutzuckerkonzentrationen.
- Die Glucose Produktion der Leber nimmt zum Ende einer längerer Belastungsdauer zu, jedoch in einem relativ kleinen Ausmaß im Vergleich zum gesamten Kohlenhydratverbrauch.
Im selben Jahr veröffentlichten Bergström et al. Studienergebnisse wobei Sie verschiedene Ernährungsformen und deren Einfluss auf die Ausdauerleistungsfähigkeit untersuchten. Die Ergebnisse zeigten deutlich, dass die Sportler mit viel Kohlenhydrate und hohen Glykogenanteil am längsten durchhielten und die Gruppe mit wenig Kohlenhydraten und geringem Glykogengehalt die Belastung deutlich früher abbrechen mussten. Die Studie von Karlsson und Saltin aus dem Jahr 1971 führte die Untersuchung bezüglich des Muskelglykogen weiter. Bei dieser Studie wurde zwei unterschiedliche Ernährungsstrategien auf die Leistungsfähigkeit in einem 30 km Lauf untersucht. Situation A bestand aus einer kohlenhydratreichen Ernährung mit anschließendem 30 km Lauf. Situation B, 30 km Lauf mit einer normalen Ernährung. Gemessen wurde der Glykogengehalt vor und nach dem 30 km Lauf, sowie die Laufzeit der beiden Gruppen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Leistungsfähigkeit über die 30 km deutlich besser war, wenn die Sportler eine kohlenhydratreiche Ernährung und somit einen höheren Anteil an Muskelglykogen hatten. Die Schlussfolgerung: Je größer die Menge an Glykogen vor dem Start, desto besser die Leistungsfähigkeit.
Die Bedeutung der Kohlenhydrate
Aus diesen gesammelten Erfahrungen entwickelte sich ab den 1970 Jahren die Theorie, dass wenn der Glykogengehalt in der Muskulatur drastisch sinkt, kann die ATP (Adenosin Triphosphat) Produktion nicht aufrechterhalten werden. Als Folge verarmt der Muskel an Energie, was eine Leistungsminderung oder einen Leistungsabbruch zur Folge hat. Dieser Anaplerotische Ansatz unterstützt die Annahme das Kohlenhydrate der dominante und effizienteste Energielieferant bei langen und/oder intensiven Belastung für den Energiestoffwechsel sind. Als Konsequenz wurde daraufhin allen Sportlern eine kohlenhydratreiche Ernährung im Training und insbesondere vor Wettkämpfen zur Leistungsoptimierung empfohlen. Hargreaves et. al. veröffentlichten 2020 Studienergebnisse die den Ansatz, dass Kohlenhydrate die vorrangige Form der Energiebereitstellung und ATP Produktion sind, unterstützten. Demzufolge hat Fettstoffwechsel neben den Kohlenhydraten nur eine unterstützende Rolle bei der ATP Produktion und dies vorrangig bei einer Belastungsintensität von ca. 60% der VO2 max. Die Annahme das eine Verringerung bzw. Reduzierung der körpereigenen Kohlenhydratspeicher der wesentliche und limitierende Faktor in der Ausdauerleistungsfähigkeit ist konnte bis dato jedoch nicht nachgewiesen werden. Es ist in erster Linie eine Assoziierung und keine Ursache bezüglich des Zusammenhangs von Kohlenhydraten – Glykogen – Leistungsfähigkeit. Um diese Ursache zu beweisen müsste man bei Sportlern mit einer Glykogenverarmung diese Speicher wieder unmittelbar auffüllen um dann die darauffolgende Leistungsveränderung nachzuweisen. Dieser Ansatz wurde jedoch bisher noch nicht umgesetzt bzw. kann praktisch nicht umgesetzt werden. Conlee et al. nimmt in seiner Theorie an, dass in glykogenarmen Muskeln die Menge an ATP schneller verbrauchen, als es gebildet werden kann, und daher die Leistung reduziert wird. Bei einer langanhaltenden intensiven Belastung sinkt im Verlauf der Muskelglykogengehalt und als Kompensation werden alternative Substrate wie Fettsäuren, Glucose, Ketone, Lactat zur Energiebereitstellung herangezogen. Wenn diese jedoch Ihre maximale Oxidationskapazität erreicht haben, müsste laut Theorie, der Muskel ein ATP Defizit erreichen. Als Folge würde ein Rigor eintreten, was jedoch bei sportlicher Belastung so gut wie nie eintritt. Eine andere Sichtweise zu dieser Theorie könnte folgendermaßen aussehen: Um einen zu erwartenden Rigor zu vermeiden reguliert (verringert) das Gehirn bei einer Reduzierung des Muskelglykogengehaltes die Rekrutierung der motorischen Einheiten in der beanspruchten Muskulatur. Durch vielfältige Feedforward-Feedback Systeme wird somit „vorrausschauend“ die Homöostase des Körpers aufrechterhalten. Dieser Ansatz berücksichtigt die Komplexität des menschlichen Gehirns als Steuerungszentrale des menschlichen Körpers sowie auch das homöostatische Modell der Leistungssteuerung bei sportlicher Belastung.
Das Central Govenor Modell
Das Central Governor Model geht davon aus, dass das Gehirn alle Vorgänge steuert und somit auch die Belastungsintensität reguliert, indem es die Anzahl der motorischen Einheiten, die in der belasteten Muskulatur rekrutiert werden, kontinuierlich modifiziert und anpasst. Dies geschieht als Reaktion auf bewusste und unbewusste Faktoren. Das Ziel dieser Regulation ist es, sicherzustellen, dass der Sportler mit einer Leistungsreserve operiert und somit ein katastrophales Versagen der Homöostase vermieden wird. Diese Ergebnisse widerlegen das bei einer erschöpfenden Belastung der ATP Gehalt der Muskulatur drastisch absinkt und somit der ausschlaggebende Grund für einen Leistungsabfall oder sogar Leistungsabbruch ist. Eine Studie die eine kohlenhydratreduzierte Ernährung eher aus einer kritischen Perspektive betrachtet hat Stellingwerff et al. veröffentlicht. In der Studie wurden Radsportler und Triathleten auf dem Radergometer belastet um die Auswirkungen einer kohlenhydratreduzierten Ernährung (Fettadaption) auf die Kapazität der Pyruvat Dehydrogenase sowie Glykogenolyse zu untersuchen. Bei der genaueren Betrachtung der Ergebnisse der Studie wird jedoch die homöostatische Regulation und Anpassung deutlich. Es wurde angenommen, dass die Ausdauerleistungsfähigkeit bei einer verringerten Kapazität dieser beiden Parameter, deutlich reduziert ist, insbesondere als Folge einer kohlenhydratreduzierten Ernährung. Das Untersuchungsprotokoll sah eine längere Belastungsintensitäten von 70 % der VO2 max. vor, mit einem abschließenden 1-minütigen Schlusssprint. Verglichen wurden Sportler mit einer kohlenhydratreduzierten Ernährung (Fettadaptiert) im Vergleich zu einer kohlenhydratadaptierten Gruppe. Die Ergebnisse zeigten eine reduzierte Kapazität der Pyruvat Dehydrogenase sowie in der Glykogenolyse Kapazität in der fettadaptierten Gruppe. Jedoch war die Glykogenolyse Kapazität im abschließenden Sprint genauso Steigerungsfähig (prozentual), wie in der Vergleichsgruppe. Was jedoch besonders erstaunlich war, dass die KH reduzierte Gruppe die gleichen Leistungswerte erreichte wie die Kohlenhydratgruppe. Als Schlussfolgerung lässt sich daraus ableiten, dass die reduzierte Energie aus der Glykogenolyse durch einen gesteigerten Fettstoffwechsel ausgeglichen werden kann, ohne dass eine Leistungsminderung deutlich wird. Dies kann als Hinweis betrachtet werden, dass fettadaptierte Sportler nicht über einen verminderten Energiestoffwechsel und somit reduzierte Leistungsfähigkeit verfügen. Im Gegenteil, dies ist ein Indiz für eine effektive homöostatischen Regulation des Energiestoffwechsels. Wie eine homöostatische Regulation in der Praxis aussieht verdeutlichte Kay et al. Die Arbeitsgruppe konnten in dieser Studie nachgewiesen werden, dass bei einer langandauernden Belastung mit intermittierenden Sprints die Leistung kontinuierlich abnahm, jedoch beim abschließenden Schlusssprint wieder anstieg. Interessant war das Verhältnis von Poweroutput und Muskelfaserrekrutierung. Die EMG Aktivität nahm in den gleichen Maßen ab, wie der Poweroutput in den intermittierenden Sprints, stieg aber im Vergleich im Schlussspurt genauso wieder an. Dies ist ein Indiz, das die Rekrutierung der Muskelfaser durch das Gehirn die Leistungsabgabe steuert und nicht der Glykogengehalt oder ATP Gehalt der Muskulatur.
Die Rolle des Blutzuckerspiegels
Seit den 1930 Jahren ist es bekannt das eine belastungsinduzierte Hypoglykämie zu einem Belastungsabbruch führt. Diese Tatsache verlor allerdings Beachtung nach der Einführung der Muskelbiopsie und der daraus folgenden Glykogenbestimmung. Erste Studien dazu gab es bereits 1924 und 1925 beim Boston Marathon. Levine et al. untersuchte dabei Vor und Nach dem Marathon den Blutzuckerwert. Mit dem einzigen Unterschied das die Läufer 1925 während des Laufes Süßigkeiten (Bonbons) zu sich nahmen. Dies wird auch von Beobachtungen von MG. Eggleton 1936 im Buch Muscular Exercise unterstützt: „Wenn die Langstreckenläufer bis zur Erschöpfung gelaufen sind können wir feststellen das der Blutzuckerspiegel ungewöhnlich niedrig ist. Wenn die Aufnahme von Zucker während des Laufes möglich ist, können neue Rekorde erzielt werden. Christensen et al. zeigten in Ihrer Versuchsreihe 1938 das Blutzuckerwerte bei einer erschöpfenden körperlichen Belastung deutlich erniedrigt sind. Zum einen im Vergleich bei einer reduzierten- versus kohlenhydratreichen Ernährungssituation sowie bezüglich der positiven Auswirkungen auf die maximal mögliche Belastungsdauer, wenn während der Untersuchung Zucker zugeführt wurde. 1977 präsentierte J. Warren seine Ergebnisse seiner Versuchsreihe, welche zeigten, dass während einer andauernden Belastung der Blutzuckerwert zu Beginn recht stabil war, jedoch überstiegt mit zunehmender Belastungsdauer die Glucoseaufnahme der Muskulatur die Kapazität der Blutzuckerproduktionsrate der Leber. Als Konsequenz viel der Blutzuckerspiegel im weiteren Verlauf kontinuierlich ab. Warren nahm an, dass bei einer andauernden Belastung Müdigkeit und Leistungseinbruch in Verbindung stehen mit einer Erschöpfung der Leberglykogenspeicher und einer damit verbundenen belastungsinduzierten Hypoglykämie. Einen Hinweis, dass der Blutzuckerspiegel ein wichtiger Faktor in der Aufrechterhaltung der Leistung ist, konnte Coggan et al. in seiner Untersuchung nachweisen. Dabei bekamen die Probanden nach einer 120 min Ausdauerbelastung Glucose zugeführt. Die Sportler mit Glucose konnten die Belastung weiter auf einem hohen Niveau aufrechterhalten. Die Kontrollgruppe (Placebo) mussten die Belastung abbrechen. Die Untersuchung konnte nachweisen, dass eine Glucosezufuhr auch zu einem späten Zeitpunkt in der Belastung ausreichend ist um einen signifikanten Abfall des Blutzuckers und somit der Leistungsfähigkeit zu verhindern. Ein weiteres Indiz bezüglich der Bedeutung des Blutzuckerspiegels konnte in einer Studie von 1983 dargestellt werden. Coyle et al. untersuchte dabei nicht nur den Blutzuckerwert bei einer langen Ausdauerbelastung bis zur Erschöpfung, sondern auch das Maß an Kohlenhydratstoffwechsel und gleichzeitig die Menge des Muskelglykogen jeweils unter Glucosezufuhr und bei einer Kontrollgruppe ohne Glucose. Die Kontrollgruppe erschöpfte deutlich früher als die Glucosegruppe. Der Blutzuckerspiegel sank dabei deutlich früher ab, ebenso das Maß der verstoffwechselten Kohlenhydrate. Jedoch war die Menge an Muskelglykogen, über die gesamte Belastungszeit, in beiden untersuchten Gruppen gleich
Auch Mitchell et al. betrachtete die Leistungsfähigkeit bei einer 2h intensive Ausdauerbelastung, mit unterschiedlichen Mengen an aufgenommener Glucose während der Belastung. Die Arbeitsgruppe kam zu folgender Schlussfolgerung: Die Einnahme von Kohlenhydraten während der Belastung verbessert die Leistungsfähigkeit. Der erhöhte Blutzuckerspiegel und das gleichzeitige Defizit in der Einsparung des Glykogenverbrauches deuten darauf hin, dass die Leistungsfähigkeit das Ergebnis der Aufrechterhaltung des Blutzuckerspiegels sein könnte. Da der Mensch ungefähr 5 Gramm Zucker im gesamten Blutkreislauf hat, bedarf es keiner großen Menge an Kohlenhydraten bzw. Zucker um diesen Wert zu regulieren. In den letzten Jahrzehnten wurde diese Frage ausgiebig diskutiert, und die überwiegende Meinung in der Sportwissenschaft stützt die Vorstellung, dass die Einnahme von Kohlenhydraten die Ermüdung bei langen, intensiven Ausdauerbelastungen verzögert. Diese Schlussfolgerung erfordert aber die Hypothese, dass die Kohlenhydratoxidation für die Aufrechterhaltung der Leistungsfähigkeit unerlässlich ist. Bis heute gibt es keine valide zelluläre Erklärung für eine obligatorische Kohlenhydratoxidation.
Der Kopf spielt eine Rolle
Neue Erkenntnisse über dem Zusammenhang des Gehirnstoffwechsels und der Blutzuckerabhängigen Leistungsentwicklung konnte Nybo et.al aus Kopenhagen darstellen. Die Forscher untersuchten in verschiedenen Studien den Zusammenhang von Gehrinstoffwechsel und Glucoseaunahme. Dabei wurde besonders der Glucosestoffwechsels des Gehirns gemessen. Sie konnten folgende Zusammenhänge darstellen: Wenn die Glucoseaufnahme des Gehirns abfällt, aufgrund sinkender Blutzuckerwerte, nimmt die Rate der wahrgenommenen Erschöpfung unmittelbar zu. Zugleichen Zeitpunkt konnten die Wissenschaftler auch eine Reduzierung der Sauerstoffaufnahme des Gehirns feststellen. Zusammenfassend konnte festgestellt werden, dass wenn der Blutzuckerspiegel sinkt, das Gehirn seine Leistung signifikant verringert. Dies erklärt auch den Zustand, dass die „freiwillige Aktivierung“ von Muskelfasern unter Hypoglykämie deutlich reduziert ist. Wenn wir die aufgezeigten Ergebnisse anschauen können wir unter der Annahme des Central Govenor Modell folgendes festhalten: Der Motor Cortex des Gehirns steuert den Grad der Rekrutierung motorischer Einheiten womit die Größe des Glucoseverbrauchs unter sportlicher Belastung reguliert wird. Die Blutzuckerkonzentration steigt während sportlicher Belastung an und wird im Gegensatz zum Muskelglykogenverbrauch nicht durch die Größe der Kohlenhydratspeicher vor der Belastung oder durch die Insulinkonzentration während der Belastung beeinflusst. Daraus lässt sich ableiten, dass Blutzuckerkonzentration während der Belastung einer anderen Regulation als die der Kohlenhydratoxidation des gesamten Körpers unterliegt. Dies ist physiologisch zu erklären, da die Blutzuckeroxidation eine obligatorische Rolle für die Gehirnfunktion spielt.
Die Kohlenhydratoxidation während sportlicher Belastung hat somit eine wichtige Funktion. Aber in Form der Erhaltung der Gehirnfunktion und nicht nur in der muskulären Leistungsfähigkeit. Der Frage ob es Hinweise dafür gibt, das eine Erhöhung des Leberglykogengehalts unabhängig vom Muskelglykogengehalt die Leistungsfähigkeit verbessern kann widmete sich Lopez et al. in seiner Studie von 2021. Dabei wurde eine besondere Spezies von Mäusen mit einem sehr hohen Anteil an Leberglykogen, mit unveränderten Muskelglykogenspeicher Anteil untersucht. Die Mäuse mussten dazu eine Ausdauerbelastungen absolvieren und die Ergebnisse wurden mit einer Kontrollgruppe „normaler Mäuse“ verglichen. Sowohl im nüchternen als auch gefütterten Status konnten die „Spezialmäuse“ den Blutzuckerspiegel länger in einem stabilen Bereich kontrollieren und die Ausdauerbelastung deutlich länger durchhalten. Im Belastungsverlauf war der Leberglykogengehalt um ein Vielfaches höher als im Vergleich zur Kontrollgruppe, insbesondere unter der nüchternen Situation. Interessanterweise ergab sich kein Unterschied im Muskelglykogengehalt zwischen beiden Gruppen während der Belastung, nüchtern und gefüttert. Auch der Leber ATP Gehalt war bei den Spezialmäusen deutlich stabiler im Belastungsverlauf als im Vergleich zur Kontrollgruppe, wo der ATP Gehalt der Leber während der Belastung kontinuierlich niedriger wurde. Der Muskel ATP Gehalt war im Belastungsprotokoll bei beiden Gruppen unter beiden Ernährungssituationen gleich.
Diese Ergebnisse weisen darauf hin, das hepatische Glykogen ein Schlüsselregulator der Ausdauerkapazität bei Mäusen sein kann. Eine Auswirkung die durch das aufrechterhalten des Blutzuckerspiegels begründet werden kann. Beim Menschen scheint die vorteilhafte Rolle der Glucoseaufnahme während längerer sportlicher Belastung weitegehend mit der Aufrechterhaltung einer angemessenen Menge an Glucose für das Gehirn zusammenzuhängen. Weitere Forschung und Untersuchungen sind auf diesem Gebiet notwendig um mehr Informationen über diese komplexen Stoffwechselprozesse und insbesondere der Bedeutung des Leberglykogenstoffwechsel zu gewinnen.
