Privatdozent Dr. med. Arno Schmidt-Trucksäss Lehrstuhl und Poliklinik für Präventive und Rehabilitative Sportmedizin Technische Universität München

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1 Nahrungsergänzung mit Proteinsupplementen und Sport - Hintergrund und praktische Empfehlungen- Privatdozent Dr. med. Lehrstuhl und Poliklinik für Präventive und Rehabilitative Sportmedizin Technische Universität München Proteine dienen dem Körper im Wesentlichen als Baustoffe. Sie machen nur zwei Prozent des Energiestoffwechsels aus, sind aber an fast allen Stoffwechselprozessen beteiligt. Die menschlichen Proteine werden aus 20 Aminosäuren synthetisiert: darunter 10 essentielle, die der Körper nicht synthetisieren kann, also mit der Nahrung aufgenommen werden müssen und 10 nicht-essentielle, die der Organismus selber synthetisiert. Drei der essentiellen AS sind verzweigtkettige(branched-chain amino acids = BCAA(Isoleucin, Leucin, Valin,). Da es keine Speicher für Eiweiß vergleichbar dem Unterhautfettgewebe gibt, muss es ständig mit der Nahrung zugeführt werden. Die täglich benötigte Mindestaufnahmemenge für eine ausgeglichene Eiweißbilanz beträgt beim Nichtsportler etwa 0,9 Gramm pro kg Körpergewicht und 1,2-2,2 Gramm pro kg Körpergewicht bei Leistungssportlern in Abhängigkeit von der betriebenen Sportart. Ausdauerathleten benötigen dabei grundsätzlich etwas mehr Eiweiß als Kraftathleten wegen des höheren Muskelumsatzes. Diese Zusammenhänge sind bereits seit mehreren Jahren bekannt. Dennoch wird von einigen Ernährungswissenschaftlern unverändert behauptet, Leistungssportler hätten den gleichen Eiweißbedarf wie Nichtsportler. Gestützt wurde diese Annahme von einer Untersuchung aus den 80er Jahren, die bei Untrainierten nach Beginn eines Trainings in den ersten Tagen zunächst eine negative Stickstoffbilanz beobachtete, die sich spontan wieder nach 14 Tagen ohne Zufuhr von Eiweiß ausglich(gontzea I et al 1975). Dabei wurde jedoch nicht berücksichtigt, dass eine negative Stickstoffbilanz ein Eiweißdefizit widerspiegelt, das zumindest vorübergehend zu einem Muskelmassen- und damit Kraftverlust führt. Ganz im Gegenteil ist eigentlich logischer, dass zum Aufbau von Muskelmasse ein Eiweißüberschuss bestehen muss, um Muskeleiweiß aufzubauen. Dieses wird bei Untrainierten erst nachweisbar bei einer täglichen Zufuhr von mindestens 1,2 g/kg Körpergewicht erreicht(meredith et al 1989).

2 Die zugeführte Kalorienmenge spielt hinsichtlich der Eiweißbilanz eine wesentliche Rolle. Ernährungsanalysen haben gezeigt, dass sie sich zwischen Sportlern und Nicht-Sportlern nicht unterscheidet. Alle nehmen knapp 15% Eiweiße als Nährstoffe mit der Nahrung auf. ÿ 5 Mal 4,6 14,6 38,9 42,4 ÿ 2 Mal 4,9 14, ,8 kein Sport 4,8 14,6 39,7 41,5 0% 20% 40% 60% 80% 100% Alkohol Protein Fett Kohlenhydrate Abb. 1 Nahrungszufuhr bei Inaktiven, 2 x/woche Trainierenden und Leistungssportlern (nachmochkjundherwiga1992) Die aufgenommene absolute Eiweißmenge hängt stark von der zugeführten Gesamtenergiemenge ab. Ein kleines Rechenbeispiel soll dieses verdeutlichen: 1000 kcal enthaltenbei15%eiweißanteil150kcaleiweißoder33gbzw.beieinem60kgschwerenmenschen0,47 g/kg Eiweiß. Die Eiweißzufuhr liegt dabei deutlich unter der empfohlenen Mindestmenge für eine ausgeglichene Eiweißbilanz von 0,9 g/kg. Bei 2000 kcal Energieaufnahme sind es 0,9 g/kg und bei 3000 kcal 1,4 g/kg. Je mehr Energie aufgenommen und damit im Gleichgewichtszustand auch wieder verbraucht wird, umso unproblematischer ist die Eiweißversorgung. Steigert die Zufuhr von Eiweiß den Muskelaufbau? Wie rasch Muskulatur abgebaut wird, zeigt sich bei zwangsweiser Immobilisation wie zum Beispiel nach einem Knochenbruch. Die Muskulatur der betroffenen Extremität bildet sich binnen weniger Wochen zurück. Das geschieht so, weil bei verminderter Kalorienzufuhr -2-

3 (Eiweißdefizit) und ohne Belastungsreiz der Muskeleiweißabbau deutlich größer ist, als die ständig parallel dazu stattfindende Synthese. Wird trotz Eiweißdefizit trainiert, kann der Muskelmassenverlust vermindert aber nicht aufgehalten werden(abb. 2). Krafttraining allein führt also nicht zur Netto-Proteinsynthese, verringert aber im Vergleich zum Ruhezustand den Abbau von Proteinen. n mol Ph e/min x 100 ml Bein volu men Eiweiss- Synthese Kein Training Eiweiss- Abbau Nach Krafttraining Netto- Bilanz Abb. 2 Der Nettoabbau von Muskulatur wird durch Training ohne Eiweißüberschuss zwar vermindert aber nicht aufgehoben(nach Biolo G et al 1995). Phe = Phenylalanin, Markerprotein für Muskelproteinsynthese. Stellt sich dagegen eine positive Eiweißbilanz durch zusätzliche Zufuhr ein, wird sogar ohne Trainingsreiz der Muskulatur eine Eiweißsynthese stimuliert, was durch zusätzliches Training noch weiter verstärkt wird(abb. 3). -3-

4 ynthese ml Bein volumen Netto Mu skels n mol Ph e/min x Ruhe Training Ruhe + AS Training + AS Abb. 3 Stimulation der Muskelsynthese durch Proteinzufuhr mit Verstärkung durch Training (nach Wolfe RR 2002). Phe = Phenylalanin, Markerprotein für Muskelproteinsynthese. Supplementation mit Eiweiß hat nennenswerte Vorteile beim Muskelaufbau und bei der Regeneration Ein wesentlicher Erfolgsfaktor systematischen Trainings ist die schnelle Regenerationsfähigkeit. Maßgeblich daran beteiligt sind die Glykogenspeicher der Muskulatur. Als optimal wurde bisher die Zufuhr hoher Mengen Kohlenhydraten angesehen. Auch beim Marathon war eine wesentliche Voraussetzung zur Vermeidung des Hungerastes das so genannte þcarb-up" oder die þnudelparty" am Vortag des Wettkampfs, was die die Glykogenspeicher in der Muskulatur optimieren sollte. Neuere Untersuchungen leiten wohlmöglich ein Umdenken ein. So konnte nämlich nachgewiesen werden, dass die Wiederauffüllung der Glykogenspeicher nach intensivem Training am besten nicht allein mit einer hoch kohlehydratreichen Kost erzielt werden konnte, sondern mit einer Mischung aus Proteinen und Kohlehydraten(Ivy JL et al 2002)(Abb. 4). -4-

5 l Nahrungsergänzung mit Proteinsupplementen im Sport G lykogenkonzentration (mmol/ ) * KH-Pro 80gKH,28gPro,6gFett 1 Low 2KH 80gKH,6gFett High KH 3 108gKH,6gFett Abb. 4 Muskelglykogen-Resynthese 240 min nach intensiver Belastung bei drei verschiedenen Nahrungssupplementen. Die Kohlenhydrat-Protein-Kombination unterstützt am besten den Wiederaufbau der Glykogenspeicher(nach Ivy JL et al 2002). KH = Kohlenhydrate, Pro = Protein Das gleiche konnte für die Muskeleiweißsynthese nach dem Training bei Zufuhr unterschiedlicher Energiedrinks nachgewiesen werden. Einzig die kombinierte Zufuhr von Kohlenhydraten und Eiweißen führte zu einer Muskel-Nettosynthese. Sowohl eine normale Kost mit normalem Kohlehydratgehalt als auch die Betonung der Kohlenhydrate konnten das nicht bewirken.(levenhagen DK et al 2002). Allenfalls führte die Zufuhr von hochdosiert Kohlenhydraten zur Verminderung des Muskelabbaus nach Belastung(Borsheim E et al 2004). Wie ist das richtige Timing der Eiweißzufuhr? Da Trainingsreize den durch Eiweißzufuhr angeregten Muskelaufbau verstärken, sollte die Aufnahme von Eiweiß optimal unmittelbar nach dem Training erfolgen. Allerdings ist die Eiweißsynthese noch für 1-3 Stunden nach dem Training gesteigert. Also ist gerade die Zusammensetzung der Mahlzeit nach dem Training und dabei besonders die Eiweiß- Quantität und-qualität von großer Bedeutung. -5-

6 Es wäre allerdings auch denkbar, dass vor dem Training zugeführtes Eiweiß den Muskelaufbau noch effizienter steigert. Dafür gibt es begründete Hinweise. Die Einnahme eines Kohlenhydrat-Eiweiß-Drinks vor dem Krafttraining steigert die Eiweißsynthese bereits während des Trainings, die Synthese von Muskeleiweiß setzt also früher ein als wenn das Eiweiß danach verzehrt wird(tipton KD et al 2001). Weil viele Sportler nicht mit gefülltem Magen trainieren wollen oder können, wird die Einnahme von Eiweißsupplementen nach dem Training in der Praxis meist bevorzugt. Welche Zusammensetzung muss ein Eiweißsupplement haben, das den Kraftaufbau unterstützt und die Regeneration verbessert? Warum, wie und in welcher Zusammensetzung Proteine ihre anabole Wirkung entfalten, ist bis heute noch nicht vollständig bekannt. Ein denkbarer Mechanismus ist die gegenüber reiner Kohlenhydratzufuhr deutlich gesteigerte Freisetzung von Insulin. Insulin Kann eine Eiweißsupplementation die Muskulatur bei körperlicher Inaktivität erhalten? Eine Situation, die Sportler besonders fürchten, ist eine erzwungene Trainingspause zum Beispiel durch einen Unfall. Aber selbst ein fieberhafter Infekt mit mehrtägiger Bettruhe kostet einen viele Tage oder Wochen intensiven Trainings. Neben der allgemeinen Schwächung ist es immer die Muskulatur, die nur so þdahinschmilzt". Manch einer hat noch das Bild seines Unterschenkels nachderabnahmederschieneoderdescastvor sich; die Muskulatur ist verkümmert. Hoffnung, die Folgen dieser erzwungenen Immobilisation zu mildern, gibt eine Untersuchung nach 28-tägiger, völliger Bettruhe(5 min außerhalb des Bettes waren erlaubt, aber keinerlei Bewegungsübungen)(Paddon-Jones DJ et al 2004). Dabei wurden der Hälfte der Versuchsteilnehmer zusätzlich zur normalen Nahrung ein hochdosiertes Kohlehydrat- Eiweiß-Gemisch(50 g essentielle Aminosäuren + 90 g Zucker täglich) angeboten. Die Ergebnisse nach 4 Wochen waren erstaunlich. Die Eiweißgruppe zeigte nicht wie zu erwarten eine Abnahme, sondern eine Zunahme der Beinmuskulatur. Auch der Kraftverlust der Beinstrecker war gegenüber der Normalgruppe geringer. Natürlich sind diese Befunde von Untrainierten nicht auf den Leistungssport 1:1 übertragbar. Aber es ist zu erwarten, dass der Verlust an Muskelmasse durch gezielte Eiweißsupplementation zumindest vermindert wird, was wertvolle Trainingstage einspart und das Wiederanknüpfen an die alte Leistung beschleunigt. -6-

7 isteinanabolwirkendeshormon,dasnichtnurfürdieaufnahmevonglukoseindie Muskelzelle notwendig ist, sondern auch direkt die Proteinsynthese stimuliert. Almased Vitalkost ist ein Lebensmittel mit hoher Eiweißkonzentration. Es wird durch aus Sojaprotein, probiotischem Joghurt und Honigenzymen hergestellt. Almased Vitalkost ist ein Proteinsupplement mit balancierter Aminosäurenzusammensetzung und hohem Anteil an essentiellen sowie verzweigtkettigen Aminosäuren(Tab. 1). Tab. 1 Zusammensetzung von Almased Vitalkost Enthalten in 100 g, entsprechend 1477 kj(347,8 kcal) Eiweiß 54,1g Fett 0,6g Kohlenhydrate 31,5g Inhaltstoffe je 100g Sojaprotein Milchprotein Honig-Enzyme 45,0g 8,3g 15mg essentielle Aminosäuren in 100 g Almased Vitalkost : LTyrosin 2,1g LMethionin 0,8g LLysin 3,3g LThreonin 2,2g L Tryptophan 1,2g LLeucin 4,6gBCAA LIsoleucin 2,6gBCAA LValin 3,2gBCAA LHistidin 1,4g L Phenylalanin 2,8g Gesamt 22,6 g Die Insulinkinetik nach Einnahme von 25 g Almased Vitalkost zusammen mit 50 g Glukose zeigt nach 30 min einen Peak, der deutlich höher ist als nach reiner Kohlehydratgabe(Abb. 5). Davon geht ein wichtiger stimulierender Effekt für den Aufbau von Muskeleiweiß aus. -7-

8 80 l) 60 iege (µu/m l insp 40 50gGlukose Insul g Almased Almased +Glukose min Abb.5VerhaltenvonInsulinimBlutnachVerzehrvon50gGlukose,25gAlmased Vitalkost und 50 g Glukose + 25 g Almased Vitalkost als Getränk. Letzteres zeigt den höchsten Insulinpeak(Berg A et al, Freiburg, nicht publiziert). Die Kombination aus Eiweiß(63%) und Kohlenhydraten(36%) unterstützt zudem die schnelle Regeneration nach dem Training. Athleten, die zwei- bis dreimal täglich trainieren, müssen sich rasch zwischen den Trainingseinheiten regenerieren. Auch bei þenglischen Wochen" im Fußball ist eine rasche Erholung mit Wiederauffüllung der Glykogenspeicher notwendig. Darüber hinaus ist eine ganze Reihe von Situationen im Sport denkbar, in denen das Training durch gezielte Supplementation sinnvoll unterstützt werden kann(tab. 2). Gesundheitliche Voraussetzung für die Eiweißsupplementation ist eine normale Nierenfunktion. Gute Erfahrungen im praktischen Einsatz von Almased Vitalkost liegen bereits bei der Fußballmannschaft von Bayer Leverkusen und Spitzenathleten der Deutschen Schwimmnationalmannschaft vor. Befragt nach ihrer Einschätzung zur Auswirkung von Almased Vitalkost auf den Trainingsprozess gaben 41% der Schwimmer eine Steigerung des Kraftniveaus und der Regenerationsfähigkeit an und gut ein Fünftel sahen ihre Ausdauerleistungsfähigkeit verbessert. Dabei wurde Almased Vitalkost von 60% der Athleten nach dem Training eingenommen. Die durchschnittliche Zufuhr betrug täglich 23,4 Gramm, also etwa fünf Teelöffel. Das entspricht der täglichen Menge, die auch die Fußballprofis von Bayer Leverkusen genommen haben. -8-

9 Problemfall Übergewicht und Leistung Übergewicht, also zuviel inaktive Fettmasse, mindert die Leistung in zahlreichen Sportarten. Soll das Körpergewicht wieder ins Lot, muss die Energiebilanz negativ werden, also der Verbrauch größer sein als die Zufuhr. Beim Abnehmen konsumiert der Körper neben dem überschüssigen Fett leider auch körpereigenes Muskeleiweiß als schnell mobilisierbare Energiequelle und zur Produktion von Glukose für Gehirn und Niere. Er baut also aktive Körpermasse ab, was ein unerwünschter Effekt der Reduktionskost ist, die ja eigentlich möglichst ausschließlich die Fettmasse vermindern soll. Das lässt sich durch Training zwar mildern aber nicht aufheben. Eine Metaanalyse von Studien zeigt, dass der Verlust an fettfreier Körpermasse während einer Reduktionskost durch Training halbiert wird, aber immer noch durchschnittlich 10-15% beträgt(ballor DL, Poehlman ET 1994), was durch gezielte Proteinsupplementation vermutlich weitgehend oder ganz verhindert werden kann. Sportler, die in der Saisonvorbereitung ihre überschüssigen Fettpolster abschmelzen wollen, würden bei Eiweißmangel auch beträchtlich Gewicht durch den Abbau von aktiver Muskelmasse verlieren, statt nur ihre überschüssigen Fette abzubauen. Das ist sowohl für den Hobbysportler als auch für den Topathleten schlecht. Der Wiederaufbau der verlorenen Muskulatur braucht viel Zeit und Kraft. Daher ist es besonders wichtig, ein Proteindefizit auszugleichen. Für Almased Vitalkost konnte gezeigt werden, dass der Muskelmassenverlust während des Abnehmens vollständig verhindert werden konnte(deibert P et al 2004). Zusammenfassend unterstützt gezielte Proteinsupplementation den Muskelaufbau, die Regeneration nach intensiven Belastungen, reduziert oder verhindert den Muskelschwund nach Verletzungen und hilft während des Abnehmens überschüssige Fettmasse ohne Verlust an Muskelmasse abzubauen. -9-

10 Tab. 2 Sinnvolle Nahrungssupplementation mit Almased Vitalkost (Mann75kg,Frau-15%) Ziel, Situation Menge Wann Wie Kraftaufbau Krafterhalt Ausdauersteigerung Ausdauer halten Taperphase optimieren Verminderung des Muskel- Schwunds bei Bettruhe Trainingspause bei Infekten Überbrücken Reduziertes Training bei leichter Verletzung Übertraining Gewichtsreduktion (2000 kcal Bedarf, 1000 kcal tägl. Einsparung), 60 kg KG* 50g 25g 60g 30g 25g 150g 75g 50g 50g 30g* täglich in 1 Portion vor oder nach Training täglich vor oder nach Training täglich 3 x täglich 50 g als Zwischenmahlzeit täglich 3xtägl.25g,ZwischenmahlzeitvorodernachEssen *Berechnung ändert sich bei veränderten Vorgaben, KG = Körpergewicht Literatur Ballor DL, Poehlman ET. Exercise-training enhances fat-free mass preservation during dietinduced weight loss: a meta-analytical finding. Int J Obesity Relat Metab Disorders. 1994; 18(1): Biolo G, Maggi SP, Williams BD, Tipton KD, Wolfe RR. Increased rates of muscle protein turnover and amino acid transport after resistance exercise in humans. Am J Physiol 1995; 268: E Børsheim E, Tipton KD, Wolf SE, Wolfe RR. Essential amino acids and muscle protein recovery from resistance exercise. J Appl Physiol 2004; 96(2) Deibert P, Konig D, Schmidt-Trucksäss A, Zänker KS, Frey I, Landmann U, Berg A. Weight loss without losing muscle mass in pre-obese and obese subjects induced by a high-soy-protein diet. Int J Obes Relat Metab Disord. 2004; 28(10): Gontzea I, Sutzescu P, Dumitrache S. The influence of adaptation to physical effort on nitrogen balance in man. Nutr Rep Int 1975; 11: Ivy JL, Goforth HW Jr, Damon BM, McCauley TR, Parsons EC, Price TB. Early postexercise muscle glycogen recovery is enhanced with a carbohydrate-protein supplement. J Appl Physiol. 2002; 93(4):

11 Levenhagen DK, Carr C, Carlson, MG, Maron DJ, Borel MJ, Flakoll PJ. Postexercise protein intake enhances whole-body and leg protein accretion in humans. Med Sci Sports Exerc 2002; 34(5) Meredith CN, Zackin MJ, Frontera WR, Evans WJ. Dietary protein requirements and body protein metabolism in endurance-trained men. J Appl Physiol. 1989; 66(6): Moch KJ, Herwig A. Ernährung von Breitensportlern. In Deutsche Gesellschaft für Ernährung (Hrsg.): Ernährungsbericht Frankfurt, DGE 1992; Paddon-Jones D, Sheffield-Moore M, Zhang XJ, Volpi E, Wolf SE, Aarsland A, Ferrando AA, Wolfe RR. Amino acid ingestion improves muscle protein synthesis in the young and elderly. Clin Endocrinol Metab 2004; 89 (9) Tipton KD, Rasmussen BB, Miller SL, Wolf SE, Owens-Stovall SK, Petrini BE, Wolfe RR Timing of amino acid-carbohydrate ingestion alters anabolic response of muscle to resistance exercise. Am J Physiol Endocrinol Metab 2001; 281: E197-E206 Wolfe RR J Protein supplements and exercise. Nutr 2002; 132: 3219S-3224S Anschrift des Verfassers: Privatdozent Dr. med., MA Lehrstuhl und Poliklinik für Präventive und Rehabilitative Sportmedizin Technische Universität München Connollystr München