Wissenschaftliches Dossier und Bewertung des Sportgetränkes 41 C Performance Sports Drink

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1 Wissenschaftliches Dossier und Bewertung des Sportgetränkes 41 C Performance Sports Drink erstellt durch Institut ISME Weingartenstraße Mörfelden verantwortliche Autoren Prof. Dr. troph. Michael Hamm (Ernährungswissenschaftler, Hamburg; wiss. Beirat ISME) Dr. med. Kurt-Reiner Geiß (ärztlicher Direktor) im September 2010

2 Inhalt 1. Einleitung Seite Physiologische Aspekte der verschiedenen Nährstoffe beim Sport wiss. Grundlagen Seite Kohlenhydrate Seite Osmolalität und Flüssigkeitsersatz Seite Die Mineralstoffe (Elektrolyte) Natrium, Kalium und Magnesium Seite Vitamine Seite Ergogene Substanzen Seite Beurteilung Seite Anlagen Copyright Hamm/Geiß, Institut ISME 2

3 1. Einleitung Es ist allgemein bekannt, dass es bei körperlichen Belastungen je nach Belastungsdauer und intensität zu einem Energie-, Flüssigkeits- und Elektrolyt(Mineralstoffe)-Verlust kommt. Ein optimal zusammengesetztes Sportgetränk enthält daher nebst Wasser alle wichtigen Nährstoffe, um den belastungsinduzierten Verlust möglichst gering zu halten oder gar ganz zu kompensieren. Seit etwa 1985 produziert die Getränkeindustrie eine Reihe von Sportgetränken mit dem Ziel, dies zu gewährleisten. Als erstes Referenzgetränk wäre an dieser Stelle ISOSTAR zu nennen, dem in der Folge eine Reihe von Me-Too Produkten folgten, die sich bezüglich ihrer Zusammensetzung kaum voneinander unterschieden. Die in der Folgezeit durchgeführten zahlreichen Studien zeigten dann auf, wie eine optimale Zusammensetzung eines Sportgetränkes zum schnellen Flüssigkeits- und Energieersatzes sein sollte. Brouns et al. (Anlage 1) publizierten 1996 eine Liste, die als Grundlage für einen Bewertungsschlüssel der Getränkerezepturen dienen kann. Eine ähnliche Grundlage veröffentlichte SCF, Scientific Committee on Food on composition and specification of food intended to meet the expenditure of intense muscular effort, especially for sportsmen, 2001, Category B, Carbohydrate-electrolyte solutions (C.E.S) (Anlage 2). Als weiterer Bewertungsschlüssel kann die Liste von Geiß Anforderung an das ideale Sportgetränk (Curriculum der Sporternährung, Deutsche Gesellschaft für Ernährungsmedizin, seit 1999) herangezogen werden (Anlage 3). Copyright Hamm/Geiß, Institut ISME 3

4 Zieldefinition Ein ideales Sportgetränk sollte den Sportler während einer Belastung im Training und Wettkampf möglichst schnell mit Wasser, Elektrolyten und Kohlenhydraten versorgen. Genau an dieser Anforderung gleichzeitig rascher Flüssigkeits- und Energielieferant zu sein, zeigt sich das Problem der Entwicklung eines solchen Getränkes. Die Firma CANTIO GmbH, Heidelberg, Deutschland vertreibt das Getränk 41 C Performance Sports Drink, das dem raschen Flüssigkeits-, Elektrolytund Energieersatz dienen soll (Anlage 4). Das Produkt ist gemäß der Verkehrsfähigkeitsbescheinigung vom als diätetisches Lebensmittel für Sportler für die Leistungsfähigkeit vor und während intensiver Muskelanstrengung zugelassen (Anlage 5). Anhand der o. g. Bewertungsgrundlagen soll im Folgenden überprüft werden, in wie weit dieses Sportgetränk dem Anspruch gerecht wird und welche Gesamtwertung hierfür abgegeben werden kann. 2. Physiologische Aspekte der verschiedenen Nährstoffe beim Sport wissenschaftliche Grundlagen 2.1 Energieverlust Bei körperlichen Belastungen wird der Energie- und Leistungsstoffwechsel hormonell gesteuert auf ein höheres Aktivitätsniveau gehoben, so dass dann vorrangig, in Abhängigkeit von Belastungsdauer- und intensität, die energiereichen Nährstoffe in unterschiedlichem Umfang Copyright Hamm/Geiß, Institut ISME 4

5 vermehrt verbraucht werden. Während einer Belastung spricht man von einer katabolen Phase, in der die Makronährstoffe, Kohlenhydrate und Fette (in einem geringen Umfang auch Proteine (Eiweiße)) als chemische Energie fortlaufend abgebaut werden, um im Gegenzug die biologische Energie ATP (Adenosintriphosphat) ebenso kontinuierlich aufzubauen. Auch bei einem relativ schlanken Sportler erscheinen die Fettreserven für die Energiebereitstellung nahezu unbegrenzt: selbst bei einem Fettdepot von nur 10 kg würden dem Athleten mehr als kcal Energie zur Verfügung stehen. Dem gegenüber stellen die Kohlenhydrate den kritischen Nährstoff dar: der menschliche Organismus kann Kohlenhydrate in Form von Glykogen nur in einer Menge von ca. 250 g (bei einem Nichtsportler) und bis max. 700 g (bei einem muskulösen Hochleistungssportler) zu annähernd gleichen Teilen in der Leber und in der Muskulatur speichern. Diese Mengen entsprechen einem energetischen Vorrat von ca bis max kcal, wobei unbedingt darauf hingewiesen werden muss, dass die Leber das in ihr gespeicherte Glykogen nur in das Blut abgibt, um einen Mindestblutzuckerwert für das Gehirn aufrecht zu erhalten, nicht aber den Mehrbedarf durch sportliche Leistung hierdurch abzudecken. Des Weiteren ist zu berücksichtigen, dass das einmal in einer Muskelzelle gespeicherte Glykogen auch nur dieser Muskelzelle zur Energieverwertung zur Verfügung steht und nicht wieder ins Blut zurück abgegeben werden kann, um so andere Muskelzellen mit einem erhöhten Bedarf zu versorgen. An dieser Stelle wird erkennbar, dass es während einer Belastung zu einem völligen Abbau der Glykogenreserven (Kohlenhydratdepletion) kommen kann, was wiederum zu einem drastischen Leistungsabfall führt: Müdigkeit, Copyright Hamm/Geiß, Institut ISME 5

6 Schwindel, Konzentrationsverlust, Koordinationsstörungen, Kraftlosigkeit und Heißhungergefühl sind dabei typische Zeichen des Zustandes, der bei den Sportlern als Hungerast bekannt ist. Aus den o. g. Gründen ist die regelmäßige Kohlenhydratzufuhr kurz vor und vor allem während einer Belastung wichtig. 2.2 Flüssigkeits- und Elektrolytverlust Das Schwitzen dient der Wärmeregulation, um die Körpertemperatur nicht zu hoch ansteigen zu lassen. Die Menge der Schweißbildung ist vor allem abhängig von der Belastungsintensität, der Temperatur, der Luftfeuchtigkeit, wird aber auch beeinflusst durch den Flüssigkeitsgehalt des Körpers und den Trainingszustand des Sportlers. Ein Flüssigkeits- respektive Wasserverlust in Höhe von 2% des jeweiligen Gesamtkörpergewichtes das sind bei 70 kg Körpergewicht etwa 1,4 l wirkt sich bereits leistungsmindernd aus. Wasserverluste von mehr als 11% des Körpergewichtes gelten bereits als lebensbedrohend. Mit dem vermehrten Schwitzen kommt es jedoch nicht nur zu einem Wasserverlust, sondern gleichzeitig auch zu einem Verlust der Mineralstoffe Natrium, Kalium, Magnesium, Kalzium und Chlorid. Vor allem die Mineralstoffe Natrium, Kalium und Magnesium spielen im Wasserhaushalt und der Osmoseregulation, bei der Energiebereitstellung sowie der neuromuskulären Koordinationsfähigkeit eine besonders wichtige Rolle. Zusammen mit dem Wasserverlust bedeutet das vermehrte Schwitzen somit auch einen Verlust dieser Mineralstoffe. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Konzentration der Mineralstoffe im Schweiß niedriger ist als im Blut, so dass der Schweiß seitens seiner Osmolalität als hypoton einzustufen ist. Copyright Hamm/Geiß, Institut ISME 6

7 Im Durchschnitt kann bei sportlichen Aktivitäten von einem Schweißverlust bis zu einem Liter pro Stunde ausgegangen werden, wobei diese Menge aufgrund hoher Umgebungstemperaturen und/oder Luftfeuchtigkeit deutlich überschritten werden kann. Da, wie bereits erwähnt, ein Schweißverlust von ca. 1,5 l mit einer messbaren Minderung der körperlichen Leistungsfähigkeit einhergeht, ist es wichtig, während körperlicher Belastungen, die länger als 30 Minuten durchgeführt werden, auf einen ausreichenden Flüssigkeitsund Elektrolytersatz zu achten. 2.3 Weitere Nährstoffe im Leistungsstoffwechsel Zusätzlich zu den o. g. Nährstoffen spielen die Vitamine B1 und B2 im Kohlenhydratstoffwechsel eine wichtige Rolle. Darüber hinaus können einem Sportgetränk fakultativ ergogene, also leistungsfördernde Substanzen zugesetzt werden: hierzu zählen im Allgemeinen weitere Vitamine wie z. B. Vitamin B6, Calcium und auch Chlor, Bicarbonat (Hydrogencarbonat), Aminosäuren sowie antioxidativ wirkende Substanzen. In den so genannten Energiedrinks ist Koffein enthalten. In der eigentlich klar definierten Zielsetzung eines Sportgetränkes, ist der sinnvolle Einsatz dieser ergogenen Substanzen jedoch oft kritisch zu hinterfragen. 3. Kohlenhydrate Menge und Art der Kohlenhydrate Copyright Hamm/Geiß, Institut ISME 7

8 Lösungen mit einer niedrigen Kohlenhydratkonzentration (Lösungen mit 3 bis 6%, 30 bis 60 g/l, also hypotonische bis isotonische Lösungen), weisen die schnellste Magenentleerungs- und Darmresorptionsrate auf. Die Magenentleerungs- und Darmresorptionsgeschwindigkeit ist durchschnittlich drei bis viermal schneller respektive höher als bei reinem Wasser. Diesen Getränken sind in der Regel ausschließlich schnell verfügbare Kohlenhydrate zugesetzt, also vorrangig Mono- und Disaccharide sowie kurzkettige Maltodextrine. Diese Art von Getränken wird als orale Rehydrationslösungen (ORL) bezeichnet und ist nur für einen raschen Flüssigkeits- und Elektrolytersatz geeignet, liefert jedoch nicht genügend Energie. Eine hohe Menge an Kohlenhydraten (Lösungen mit 8 bis 11%, entspricht 80 bis 110 g/l, schwach bis stark hypertonische Lösungen) liefern zwar viel Energie, müssen jedoch zunächst im Magen-Darm- Trakt (Gastrointestinaltrakt) mit Wasser verdünnt werden und entziehen dem Körper somit sogar Flüssigkeit und sind daher als Flüssigkeitsund Elektrolytlieferant völlig ungeeignet. Die meisten dieser kohlenhydratreichen Getränke enthalten jedoch ebenfalls die schnell verfügbaren Mono- und Disaccharide und führen somit zu einem schnellen und hohen Blutzuckeranstieg, der gefolgt von einer ebenso raschen und hohen Insulinausschüttung entsprechend schnell wieder abfällt. Diese starken Blutzucker- und Insulinschwankungen bedingen jedoch weitere hormonelle (Gegen-) Reaktionen im menschlichen Körper, die zu einer deutlichen Leistungsminderung führen. Copyright Hamm/Geiß, Institut ISME 8

9 Exkursion 1: Einfluss der glykämischen Wirkung von Kohlenhydraten auf die Leistungsfähigkeit Die Aufnahme von verdaulichen Kohlenhydraten führt zunächst zu einem Blutzucker- und nachfolgend zu einem Insulinanstieg. Dadurch kommt es zum Glukoseeinstrom in die Zellen. Schnell ansteigende Blutzuckerwerte können gegenregulatorisch zu einem raschen Abfall des Blutzuckerspiegels führen. Für eine gleichbleibende Leistungsfähigkeit ist aber ein möglichst konstanter Blutzuckerverlauf eine entscheidende Voraussetzung. Der durch die Insulinwirkung erhöhte intrazelluläre Glukosegehalt bedingt den sog. "Substratdruck", der wiederum (vor allem während) der Belastung den beschleunigten Abbau der Glukose zur Energiegewinnung (Glykolyse) ermöglicht. Die zu Belastungsbeginn sicherlich vorteilhafte Aktivierung der Enzymsysteme der Glykolyse wird durch Hormone (vorrangig die Katecholamine Adrenalin und Noradrenalin) gesteuert. Fachexkursion: Regulation der Glykolyse Die Glykolyse als hauptsächlicher Stoffwechselweg für die Glukoseutilisation unterliegt in ihrer Regulation einer Reihe von Mechanismen. Neben einer Reihe von Substrat- und Copyright Hamm/Geiß, Institut ISME 9

10 Produkthemmungen steht hier im Besonderen die Regulation der Phosphofructokinase, dem Schrittmacherenzym der Glykolyse durch Fructose-2,6-bisphosphat als Induktor weit im Vordergrund. Die Bereitstellung bzw. der Abbau dieses Induktors geschieht durch ein spezielles Enzym, der Fructose-6-phosphat,2-kinase/Fructose-2,6- bisphosphatase, die, je nach dem, ob sie ihrerseits phosphoryliert oder dephosphoryliert vorliegt, Ab- oder Aufbau von Fructose-2,6- bisphosphat bewerkstelligt. Ob dieser doppelten Funktion wird die Fructose-6-phosphat,2-kinase/Fructose-2,6-bisphosphatase auch vereinfachend Tandem-Enzym genannt. Katecholamine und Glucagon führen nun über Membranrezeptoren, G- Proteine, Adenylatcyclase und cyclo-amp zur Aktivierung von Proteinkinasen, die unter anderem das Tandem-Enzym phosphorylieren. In der Leber, und dies ist der weitaus bekanntere Stoffwechselweg, führt dies zu einer Hemmung der Kinase bzw. Steigerung der Phosphatase-Aktivität. Dies führt letztlich zu einer Abnahme des Fructose-2,6-bisphosphat-Spiegels in der Leberzelle und damit zur Hemmung der Leberglykolyse unter Katecholamineinfluss. Dieser Stoffwechselweg ist seit den 60er Jahren bekannt. Völlig anders stellt sich die Situation nach neueren Arbeiten in Herzund Skelettmuskel dar. Bei dem in diesen Organsystemen vorliegenden Isoenzym des Tandem-Enzyms wird die Kinaseaktivität durch c-amp vermittelte Phosphorylierung stimuliert. Katecholamine erhöhen also in Muskel und Herz den Fructose-2,6- bisphosphat-spiegel und führen damit zu einer Steigerung der Glykolyse und des Glukoseabbaus in diesen Organen. Folgerichtig macht eine initiale Katecholaminausschüttung bei starker Copyright Hamm/Geiß, Institut ISME 10

11 Glukosebelastung durchaus Sinn und führt, wie oben beschrieben, zu einem beschleunigten Abbau der Glukose. Literatur: El-Maghrabi et al. Proc Nat. Acad. Sci.83(1986): Tissue Distribution, Immiunoreactivity and Physical Properties of 6-Phosphofructo-2-kinase/Fructose-2,6-bisphosphatase. Kitakura et al. J. Biol. Chem. 262 (1987): The Mechanism of Activation of Heart Fructose-6- Phosphate,2-kinase/Fructose-2,6-bisphosphatase. Pylro et al. J. Compf. Physiol. 163 (1993): 6-Phosphofructo-2-kinase/Fructose-2,6-bisphosphatase from frog skeletal muscle. Purificatin, kinetics and immunological properties. Je höher die Blutglukose nach Kohlenhydrataufnahme ansteigt, umso höher wird auch der Anstieg dieser sog. Stresshormone ausfallen (s. Abb. 1). Abb. 1 zeigt die Korrelation zwischen dem Anstieg des Blutglukosespiegels und des Noradrenalinspiegels. Je Höher der Blutglukosespiegel nach Applikation von Kohlenhydraten ansteigt, umso höher wird auch der Noradrenalinspiegel bestimmt. Dies löst jedoch eine Reihe weiterer Reaktionen im Körper aus. Vor allem am Herzen kommt es zu einem nicht belastungsadäquaten Copyright Hamm/Geiß, Institut ISME 11

12 Anstieg der Herzfrequenz (Puls). Da bei zu hohem Puls das Herz unökonomisch arbeitet, verschlechtert sich diese, infolge hohen intrazellulären Glukose-Substratdrucks, unerwünschte Stressreaktion. Die überschießende hormonelle Reaktion kann sich sogar noch bis in die Regenerationsphase negativ auswirken, d. h. diese verlängern. Folglich muss bei Kohlenhydratverabreichung vor als auch während der Belastung sowohl auf die Menge als auch auf die glykämische Wirkung der enthaltenen Kohlenhydratarten geachtet werden. Ein geringer Gehalt hoch glykämischer Kohlenhydrate muss mit einem höheren Anteil geringer glykämisch wirkender Kohlenhydrate - im vorliegenden Fall der hydrolysierten Maisstärke - kombiniert werden. Bildhaft entspricht dies der Anforderung von schneller Startenergie und lang anhaltender Energiezufuhr mit dem Ziel der Aufrechterhaltung der Blutglukosehomöostase. (s. Abb. 2) Copyright Hamm/Geiß, Institut ISME 12

13 Abb. 2 zeigt den Kurvenverlauf des Blutzuckerspiegels in Ruhe und unter Belastung von 2 Lösungen mit zeitlich unterschiedlich verfügbaren Kohlenhydraten und unterschiedlichem glykämischen Index. Die Kohlenhydratlösung U2 mit einem glykämischen Index von 92 zeigt einen niedrigeren Blutzuckeranstieg nach der Applikation und einen konstanten Blutzuckerverlauf sowohl in Ruhe, als auch unter Belastung. Getränke mit Kohlenhydratzusätzen unterschiedlicher glykämischer Wirkung können bei Überwiegen der Langzeitwirkung in Bezug auf den Blutzuckerspiegel, aufgrund eigener Untersuchungen, die körperliche Leistungsfähigkeit bzw. Performance gegenüber Getränken mit überwiegend hoher glykämischer Wirkung deutlich verbessern (s. Abb. 3). Abb. 3 stellt die Zeit der Ausdauerleistung auf der höchsten Belastungsstufe dar. Diese konnte in U2 (Kohlenhydratlösung mit dem niedrigen glykämischen Index) gegenüber U1 (Kohlenhydratlösung mit hohem glykämischen Index) im Durchschnitt um 190 Sekunden (ca. 23%) signifikant gesteigert werden. Copyright Hamm/Geiß, Institut ISME 13

14 Fazit: Ein ideales Sportgetränk weist einen Kohlenhydratanteil zwischen 6 bis 8%, entsprechend g/l auf. Eine Mischung aus zeitlich unterschiedlich verfügbaren Kohlenhydraten begünstigt die gesamte Kohlenhydratabsorption und ermöglicht eine konstante Blutgklukosehomöostase, auch unter Belastung. Darüber hinaus werden Glukose, Maltose, Saccharose, Maltodextrine und Amylopektin offensichtlich in hohen Raten oxidiert (ca. 0,9 bis 1,1 g/min) und stellen somit die bestmöglichen Energielieferanten dar. Das Sportgetränk 41 C Performance Sports Drink ist eine 7,18%haltige Kohlenhydratlösung. Das Produkt enthält eine Kohlenhydratmischung bestehend (pro 100 g Pulver) aus 7% Dextrose, 27% Maltodextrine und 48% hydrolisierte Maisstärke die einen Amylopektinanteil von ca. 76% aufweist. 4. Osmolalität und Flüssigkeitsersatz Die Osmolalität ist das Maß für den osmotischen Druck einer Flüssigkeit der bestimmt wird durch die Anzahl der osmotisch gelösten Partikel wie z. B. Kohlenhydrate, Elektrolyte sowie Eiweiß. Bei den Kohlenhydraten wirkt sich vor allen Dingen die Art und weniger die Menge auf die Osmolalität eines Getränkes aus: Mono- und Disaccharide erhöhen den osmotischen Druck wesentlich stärker als Oligo- und Polysaccharide, da diese bis zu mehreren Hundert von Glukosemolekülen in ihrer Kette enthalten, trotzdem als Gesamtmolekül nur einen osmotischen Druck aufweisen wie ein einzelnes Glukosemolekül (Monosaccharid). Der osmotische Druck gilt als isoton, wenn er z. B. vergleichbar hoch Copyright Hamm/Geiß, Institut ISME 14

15 des osmotischen Druckes des Blutes ist, nämlich in einem Bereich von mosmol liegt. Lösungen, die einen höheren osmotischen Druck aufweisen, werden als hyperton definiert, Lösungen, die einen niedrigeren osmotischen Druck aufweisen, gelten als hypoton. In unserem Körper gleicht sich ein hypertoner Druck immer wieder dadurch aus, dass er Wasser aufnimmt und zwar so lange, bis die Lösung isotonisch wird, um sie auch dann in diesem Bereich stabil zu halten. Führt man nun eine hypertone Lösung zu, wird der erhöhte osmotische Druck im Gastrointestinaltrakt dadurch ausgeglichen, dass Wasser so lange in den Magen-Darm-Trakt abgegeben wird, bis ein isotoner Druck erreicht wird. Die Abgabe des Wassers in den Gastrointestinaltrakt, zur Verdünnung der hypertonen Lösung, entzieht dem Körper Wasser und kann, verbunden mit dem Schweißverlust, rasch zu einer Leistungsminderung führen. Hypertone Lösungen sind somit als Flüssigkeits- und Elektrolytersatz völlig kontraproduktiv. Hypotone Lösungen weisen eine drei- bis viermal schnellere Magenentleerungs- und Darmresorptionsrate gegenüber reinem Wasser auf. Sie eignen sich gemeinsam mit den isotonischen Lösungen am besten für einen raschen Flüssigkeits- und Elektrolytersatz, liefern aber zu wenig Energie. Fazit: Sportgetränke sollten mit ihrem osmotischen Druck hypotonisch bis isotonisch sein, also im Bereich zwischen 230 und 330 mosmol liegen. Da die Art der Kohlenhydrate die Osmolalität am stärksten beeinflusst, muss die Menge der gelösten hochmolekularen Kohlenhydrate größer sein als die der niedermolekularen Kohlenhydrate. Copyright Hamm/Geiß, Institut ISME 15

16 Das Sportgetränk 41 C Performance Sports Drink weist eine Osmolalität von ca. 250 mosmol auf. 5. Die Mineralstoffe (Elektrolyte) Natrium, Kalium und Magnesium 5.1 Natrium Kommt als Verbindung Natriumchlorid (Kochsalz) in fast allen Lebensmitteln und Speisen vor und dissoziiert als Na+ und Cl- im Wasser. Aufgrund seiner hohen osmotischen Aktivität gilt Natrium als der entscheidende Mineralstoff zur Regulation des Wasserhaushaltes und der Osmose. Das Natrium beschleunigt in Verbindung mit Glukose die Wasserabsorption im Darm. Fazit: Der ideale Natriumgehalt eines Sportgetränkes liegt zwischen 400 und mg/l und da Mineralwasser häufig deutlich unter diesem Bereich liegen, muss einem Sportgetränk in der Regel Natrium zugesetzt werden. Das Sportgetränk 41 C Performance Sports Drink enthält 816 mg Natrium pro Liter Fertiggetränk. 5.2 Kalium Kalium kommt vor allem reichlich in Obst, Gemüse, Reis und Kartoffeln vor. Auch Kalium ist ein osmotisch aktiver Wirkstoff, trägt somit zur Regulation des Wasserhaushaltes sowie der Osmose und darüber hinaus, im Rahmen seiner elektrophysiologischen Wirkung, zur neuromuskulären Koordinationsfähigkeit bei. Der ideale Kaliumgehalt Copyright Hamm/Geiß, Institut ISME 16

17 eines Sportgetränkes wird von verschiedenen Autoren unterschiedlich hoch angegeben. Einigkeit herrscht bei der Untergrenze von 100 mg Kalium pro Liter, die Obergrenzen schwanken zwischen 200 bis 400 mg/l. Fazit: Da Mineralwasser in der Regel sehr niedrige Konzentrationen von Kalium aufweisen, muss dies bei einem Sportgetränk zugesetzt werden. Von unterschiedlichen Arbeitsgruppen wird die Höchstmenge in einem Bereich zwischen 200 und 400 mg/l angegeben. Das Sportgetränk 41 C Performance Sports Drink liegt mit einem Kaliumgehalt von 405 mg/l hier sicherlich im oberen Grenzbereich. 5.3 Magnesium Magnesium findet sich in deutlich unterschiedlichen Konzentrationen, vor allem in Gemüse, in Hülsenfrüchten und Vollkornprodukten. Magnesium ist als Kofaktor an über 300 Enzymsystemen der Energiegewinnung und bereitstellung unseres Organismus beteiligt und trägt somit ganz entscheidend zur Aufrechterhaltung der körperlichen Leistungsfähigkeit bei. Im Rahmen seiner elektrophysiologischen Bedeutung gilt Magnesium als der entscheidende Mineralstoff für eine optimale neuromuskuläre Koordinationsfähigkeit (die mannigfaltige Bedeutung des Magnesiums auch für den Sportler ist ausführlich im wissenschaftlichen Dossier von ISME zu Magnesium dargestellt). Fazit: Auch Magnesium liegt in seiner Konzentration im Mineralwasser oft zu niedrig, so dass Sportgetränken Magnesium zugesetzt werden muss. Die Gesamtmenge an Magnesium wird in der Literatur zwischen Copyright Hamm/Geiß, Institut ISME 17

18 50 und 125 mg/l angegeben. Das Sportgetränk 41 C Performance Sports Drink enthält 80 mg Magnesium pro Liter Fertiggetränk. 6. Vitamine Es existieren kaum Studien, bei denen der belastungsinduzierte Verlust von Vitaminen untersucht wurde. Insgesamt wird der von mehreren Autoren als eher gering eingeschätzt, so dass der Zusatz von Vitaminen in einem Sportgetränk generell umstritten ist. Die B-Vitamine B1 (Thiamin) sowie B2 (Riboflavin) sind beteiligt vorrangig am Kohlenhydratstoffwechsel, aber auch am Fett- und Proteinstoffwechsel. Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung gibt den D-A-CH-Referenzwert für Vitamin B1 mit 0,5 mg/1.000 kcal an. Dem Sportgetränk 41 C Performance Sports Drink sind 0,5 mg Vitamin B1 und 0,4 mg Vitamin B2 pro Liter Fertiggetränk zugesetzt. 7. Ergogene Substanzen Es gibt eine Reihe von Substanzen, denen eine ergogene, also leistungsfördernde Wirkung im Sportbereich nachgesagt wird. Hierzu zählen weitere Vitamine wie z. B. Vitamin B6 (für den Proteinstoffwechsel), die Mineralstoffe Kalzium und Chlor, das säurepuffernde Bicarbonat (Hydrogencarbonat) sowie antioxidativ wirkende Substanzen z. B. Vitamin C und E, aber auch immunmodulierende (sekundäre) Pflanzenstoffe. Des Weiteren sind Copyright Hamm/Geiß, Institut ISME 18

19 verschiedene Aminosäuren und auch deren im Intermediärstoffwechsel entstehende Verbindungen, wie z. B. Kreatin und Taurin, zu nennen. Darüber hinaus muss auf das Koffein hingewiesen werden, das sich in fast allen colahaltigen Getränken und in hoher Konzentration vor allen in Energiedrinks findet. Zu einigen dieser Substanzen liegen Studien vor, die eine ergogene Wirkung nachweisen (z. B. Koffein, Kreatin, BCAA und Taurin). Bei einer ganzen Reihe anderer Substanzen gelang der Nachweis einer Wirksamkeit jedoch nicht oder wurde erst gar nicht untersucht. Ungeachtet des mangelenden Nachweises einer Wirksamkeit, lassen sich aber auch einige dieser ergogenen Substanzen aus lebensmitteltechnologischen Gründen Getränken nicht zusetzen. Somit ist der sinnvolle Einsatz der ergogenen Substanzen in der eigentlich klar definierten Zielsetzung eines Sportgetränkes auf jeden Fall kritisch zu betrachten. Exkursion 2: Die Aminosäuren L-Arginin und L-Ornithin Die Aminosäure L-Arginin gilt als konditionell essenzielle Aminosäure. Dies bedeutet, dass bei einem vermehrten Verbrauch (z. B. hohe oder langanhaltende Belastungen) die körpereigene Synthese nicht ausreicht und die Aminosäure deshalb vermehrt zugeführt werden muss. In diesem Zusammenhang kann L-Arginin durchaus als eine ernährungsfunktionelle Zutat in einem Performance Getränk angesehen werden. L-Arginin kommt im Zusammenhang mit der sportlichen Copyright Hamm/Geiß, Institut ISME 19

20 Leistungsfähigkeit eine Bedeutung im Hinblick auf die Freisetzung von NO (Stickstoffmonoxid) zu. Aufgrund der gefäßerweiternden Wirkung von NO kommt es zu einer besseren Durchblutung und Sauerstoffversorgung während der Belastung. Eine Beteiligung am Energiestoffwechsel ist über die Umwandlung des Arginins in Ornithin und die Übertragung der Aminogruppe des Ornithins auf die alpha-ketoglutarsäure im Citratzyklus gegeben. Der Citratzyklus ist die gemeinsame Endstrecke für den Stoffwechsel aller großen Gruppen der Makronährstoffe. Bei Betrachtung der Reaktionen des Citratzykluses (die im Wesentlichen auf 4 Reaktionstypen basieren) entstehen nebst dem Abbauprodukt von CO2 auch 4 mol H2O. Der energetische Nutzeffekt in der Atmungskette beträgt dabei 12 mol der biologischen Energie Adenosintriphosphat (ATP). Ebenfalls nimmt L-Arginin an der Ammoniakentgiftung und der Bildung von Harnstoff in der Leber also relevanten Entgiftungsreaktionen teil. Die Aminosäure L-Ornithin kommt nicht wie L-Arginin im Nahrungseiweiß vor, sondern wird vom körper aus L-Arginin gebildet. Nahrungsergänzend unterstützen sich L-Arginin und L-Ornithin in ihrer funktionellen Effektivität. Dem Sportgetränk 41 C Performance Sports Drink sind 1000 mg L- Arginin und 1000 mg L-Ornithin pro Liter Fertiggetränk zugesetzt. Copyright Hamm/Geiß, Institut ISME 20

21 8. Beurteilung In der vorausgegangenen Abhandlung wurden die einzelnen Inhaltsstoffe und Komponenten eines idealen Sportgetränkes dargestellt. 41 C Performance Sports Drink wird den Anforderungen seitens der Aspekte Menge und Art der Kohlenhydrate, Osmolalität sowie dem Zusatz von Natrium und Magnesium optimal gerecht. Der Kaliumgehalt des Getränkes liegt gemäß den derzeitigen Angaben der Literatur im oberen Grenzbereich. Vertretbar wären hier durchaus niedrigere Dosierungen bis ca. 200 bis 250 mg/l. Der Zusatz von Vitamin B1 und B2 erscheint aus ernährungsphysiologischer Sicht sinnvoll, da diese Vitamine bei erhöhtem Energieumsatz entsprechend vermehrt zugeführt werden sollen. Der Zusatz von L-Arginin und L- Ornithin ist gemäß den vorliegenden wissenschaftlichen Erkenntnissen aus leistungsphysiologischer Sicht als durchaus sinnvoll vertretbar. Gesamtbewertung: sehr gut. Mörfelden, September 2010 Prof. Dr. troph. Michael Hamm Dr. med. K.-R. Geiß Copyright Hamm/Geiß, Institut ISME 21

22 Literaturliste 41 C Performance Sports Drink Brouns F., Die Ernährungsbedürfnisse von Sportlern. Springer Verlag 1993 (ISBN 3/540/57245/7) Geiß K-R, Jester I, Askali F, Förster H, Hamm M. Glycemic Index influences physical performance. Eur J Appl Physiol 1994; 69: 11 Geiß K-R, Jester I, Askali F, Förster H, Banzer W. Carbohydrates during exercise: effect of glycemic index on physical performance. Int J Sports Med 1996; 17, 1: 43 Geiß K-R, Hamm M. Handbuch Sportler-Ernährung. B. Behr s Verlag, 2000 (ISBN 3/86022/543/X) Jester I, Geiß K-R, Hamm M. Effect of isotonic carbohydrate drinks on physical performance. Int J Sports Med 1998; 19, 1: S48 Striegel H, Niess AM. Standards der Sportmedizin: Sportgetränke, Deut. Z. f. Sportmedizin, 2006, Jahrgang 57, Nr. 1: S

23 Anlage 1 Bewertungsschlüssel Rehydrationsgetränke für Sportler Bewertung 1. Osmolalität Werte bis > > Kohlenhydratgehalt 0 29 g/l g/l g/l g/l 1 > 100 g/l Säuregrad ph > 4,00 2 ph 3,50 3,99 1 ph 3,00 3,49 0 ph 2,50 2,99-1 ph < 2, Natriumgehalt < 200 mg/l mg/l mg/l 2 > 1100 mg/l 1 5. Kaliumgehalt < 225 mg/l 1 > 225 mg/l Chloridgehalt < 1500 mg/l 1 > 1500 mg/l Kalziumgehalt < 225 mg/l 1 > 225 mg/l Magnesiumgehalt < 100 mg/l 1 > 100 mg/l -1 Gesamtwertung sehr gut gut 9-12 mäßig 8 genügend 7 schlecht < 7 F. Brouns/E. Kovacs, Rehydrationsgetränke für Sportler, TW Sport + Medizin 8, 3, (1996).

24 EUROPEAN COMMISSION HEALTH & CONSUMER PROTECTION DIRECTORATE-GENERAL Directorate C - Scientific Opinions C2 - Management of scientific committees; scientific co-operation and networks SCIENTIFIC COMMITTEE ON FOOD SCF/CS/NUT/SPORT/5 Final (corrected) 28 February 2001 Report of the Scientific Committee on Food on composition and specification of food intended to meet the expenditure of intense muscular effort, especially for sportsmen (Adopted by the SCF on 22/6/2000, corrected by the SCF on 28/2/2001) Rue de la Loi 200, B-1049 Brussels. Telephone: direct line , , standard: , fax: Telex COMEU B 21877, Telegraphic address COMEUR Brussels P:\food2\hojovi\scf\op_final\sportsfoodscorrected doc

25 7. Category B Carbohydrate-electrolyte solutions (C.E.S.) 7.1. Background The aim of the athlete who ingests drinks before, during or after training or competition is to improve performance, and this can be achieved by minimising the impact of the factors that cause fatigue and impair the performance of skilled tasks. The two factors that have been considered to contribute most to the onset of fatigue in exercise are the depletion of the body's carbohydrate reserves and the onset of dehydration resulting from the loss of water and electrolytes in sweat [102]. There are good reasons for taking drinks containing added carbohydrates and electrolytes. Commercially formulated sports drinks are intended to serve a variety of purposes, including supply of substrate, prevention of dehydration and promotion of post-exercise recovery Formulation of sports drinks The major components of the sports drink that can be manipulated to alter its functional properties are shown in table 2. Table 2 Variables that can be manipulated to alter the functional characteristics of a sports drink - Carbohydrate content: concentration and type - Osmolality - Electrolyte composition and concentration - Other ingredients (such as caffeine, see category D2) 7.3. Carbohydrate content: concentration and type Many studies have shown that the ingestion of glucose during prolonged intense exercise can prevent the development of hypoglycaemia by maintaining or raising the circulating glucose concentration. Beneficial effects of carbohydrate ingestion are seen during cycling as well as during running. This ergogenic effect may be related to a sparing of the body's limited muscle glycogen stores by the oxidation of the ingested carbohydrate, but the primary benefit of ingested carbohydrate is probably its role in supplementing the endogenous stores in the later stages of exercise [44]. It is clear from tracer studies that a substantial part of the carbohydrate ingested during exercise is available for oxidation, but there appears to be an upper limit of about 1 gram per minute to the rate at which ingested carbohydrate can be oxidised, even when much larger amounts are ingested [168]. -20-

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