1
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung ... 4
Abkürzungen...5
2. Leistungsphysiologische und medizinische Grundlagen ... 6
2.1 Energiestoffwechsel ... 6
2.1.1 Energiebedarf ... 6
2.1.2 Energiebilanz ... 9
2.1.3 Energetische Sicherung der Muskelarbeit ... 10
2.2 Grundumsatz... 11
2.3 Arbeits- und Leistungsumsatz ... 12
2.4 Muskelarbeit ... 14
2.4.1 Funktion, Struktur und Aufbau des Muskels ... 14
3. Ernährungsphysiologische Grundlagen ... 15
3.1 Kohlenhydrate ... 16
3.1.1 Die allgemeine Bedeutung der Kohlenhydrate in der Ernährung ... 17
3.1.2 Aufbau der Kohlenhydrate ... 18
3.1.3 Stoffwechsel ... 21
3.1.4 Ballaststoffe... 26
3.1.5 Kohlenhydrate im Sport ... 27
3.1.5.1 Kohlenhydrataufnahme vor körperlichen Belastungen ... 28
3.1.5.2 Kohlenhydrataufnahme während des Trainings und Wettkämpfen ... 30
2
3.1.5.3 Kohlenhydrataufnahme während der Regeneration ... 32
3.2 Fette ... 33
3.2.1 Die allgemeine Bedeutung der Fette in der Ernährung ... 34
3.2.2 Aufbau der Fette ... 34
3.2.3 Fette im Sport ... 36
3.3 Proteine...
.
...38
3.3.1 Die allgemeine Bedeutung der Proteine in der Ernährung ... 38
3.3.2 Aufbau der Proteine ... 39
3.3.3 Biologische Wertigkeit ... 41
3.3.4 Proteine im Sport ... 42
3.4 Vitamine ... 43
3.4.1 Die allgemeine Bedeutung von Vitaminen im Leistungssport ... 44
3.4.2 Die Vitamine A, D, E, K ... 46
3.4.3 Die Vitamine B
1
, B
2
, B
6
, B
12
... 50
3.4.4 Vitamin C ... 52
3.4.5 Biotin, Folsäure, Niacin, Pantothensäure ... 53
3.5 Mineralstoffe... 56
3.5.1 Die allgemeine Bedeutung der Mineralstoffe im Leistungssport... 56
3.5.2 Mengenelemente: Natrium, Kalium, Calcium, Magnesium, Phosphor,
Eisen, Zink ... 59
3.5.3 Spurenelemente: Selen, Kupfer, Chrom, Jod ... 65
3.6 Flüssigkeitsaufnahme im Sport ... 67
3.6.1 Flüssigkeitsaufnahme und Leistungsfähigkeit ... 69
3
3.6.2 Flüssigkeitsaufnahme bei verschiedenen Sportarten ... 70
3.6.2.1 Kampfsportarten ... 70
3.7 Wirkstoffe ... 74
3.7.1 Aminosäuren ... 75
3.7.2 L- Carnitin ... 77
3.7.3 Coenzym Q 10 ... 79
3.7.4 Taurin ... 80
3.7.5 Koffein ... 80
3.7.6 Kreatin ... 81
4. Ernährungsformen im Sport ... 83
4.1 Risikogruppen in der Sporternährung ... 83
4.1.1 Muskelaufbau ... 84
4.1.2 Halten von niedriger Körpermasse ... 85
4.1.3 Häufige Masseveränderungen ... 86
4.1.4 Langzeitausdauerleistungsfähigkeit ... 87
4.2 Ernährungsweisen in verschiedenen Sportartengruppen ... 89
4.2.1 Fitnesssport... 89
4.2.2 Ausdauersport ... 91
4.2.3 Schnellkraftsport ... 92
5. Schlussbetrachtung ... 93
Tabellenverzeichnis... 95
Abbildungsverzeichnis... 95
Literaturverzeichnis... 96
_____________________________________________________________________Einleitung
4
1. Einleitung
Seit dem Beginn der achtziger Jahre des 20. Jahrhunderts betreibt ungefähr
jeder vierte Bundesbürger Sport [GEIß/ HAMM 2000].
Dieser Trend, maßgeblich durch die von den USA nach Europa eingeführte
Fitnesswelle beeinflusst, brachte mit der sportlichen Betätigung ebenfalls ein
neues Lebensgefühl in Zusammenhang. Somit stand Sport plötzlich in enger
Beziehung zu Gesundheit und Wohlbefinden.
Unabhängig davon, aus welchen Gründen Menschen Sport betreiben, sind die
ausschlaggebendsten Voraussetzungen für körperliche Aktivität die Leistungs-
bereitschaft und die Leistungsfähigkeit des Organismus. Um Erfolge zu
erlangen gelten optimales Training, die mentale Einstellung und eine
sportartgerechte Ernährung als Grundvoraussetzungen für die bestmögliche
Leistungsfähigkeit des Körpers. Gerade durch eine bedarfs- bzw.
sportartgerechte Ernährung lassen sich Leistungssteigerungen bis zu 15 %
erzielen [GEIß/ HAMM 2000].
Das Wesen der Sporternährung besteht jedoch nicht in der Empfehlung von
Nährstoffrelationen, viel wichtiger sind hier die bedarfsgerechte Ernährung (in
Hinsicht auf die verschiedenen Anforderungen an einzelne Sportartengruppen)
und die Sicherung der Regeneration.
In vorliegender Examensarbeit soll auf wesentliche und für den Sportler
nützliche Anhaltspunkte in Bezug auf die Ernährung innerhalb der Trainings-
und Wettkampfphasen aufmerksam gemacht werden. Ferner wird auf leistungs-
physiologische
und
medizinische
Grundlagen
der
Sporternährung,
insbesondere den Energiestoffwechsel, den Grundumsatz und die Muskelarbeit
eingegangen. Im Kapitel der ernährungsphysiologischen Grundlagen der
Sporternährung finden die Kohlenhydrate, Fette, Proteine, Vitamine,
Mineralstoffe, die Flüssigkeitsaufnahme im Sport sowie verschiedene Wirkstoffe
besondere Berücksichtigung; außerdem werden innerhalb dieses Kapitels die
allgemeinen Bedeutungen der Kohlenhydrate, Fette und Proteine in der
Ernährung dargelegt. Des Weiteren wird auf die verschiedenen
Ernährungsformen in verschiedenen Sportartengruppen sowie Risikogruppen in
der Sporternährung eingegangen.
5
Abkürzungen
ADP = Adenosindiphosphat
ATP = Adenosintriphosphat
BCAA = (engl.) Branched Chain Amino Acids
(verzweigt kettige Aminosäuren)
BMI = Body Mass Index
bzw. = beziehungsweise
ca. = circa
DGE = Deutsche Gesellschaft für Ernährung
dl = Deziliter
ebd. = ebenda (Bezug auf vorangegangene Literaturquelle)
g = Gramm
GI = glykämischer Index
h = (engl.) hour: Stunde
kcal = Kilokalorien
KG = Körpergewicht
kg = Kilogramm
mg = Milligramm
min = Minuten
ml = Milliliter
RDA = Recommended Dietary Allowances
WHO = Weltgesundheitsorganisation
z.B. = zum Beispiel
µg = Mikrogramm
________________________________Leistungsphysiologische und medizinische Grundlagen
6
2. Leistungsphysiologische und medizinische Grundlagen
Folgendes Kapitel dient der Klärung einzelner Grundbegriffe, die in den
nachfolgenden Kapiteln in Bezug auf die Sporternährung von Bedeutung sind.
2.1 Energiestoffwechsel
2.1.1 Energiebedarf
Biologisch betrachtet ist der menschliche Körper ein Zusammenschluss von
Zellen, die in einem Verband von funktionellen Einheiten im Körper
verschiedene Arbeiten verrichten. Hierzu zählen der Aufbau und die Erhaltung
von Organ- und Zellstrukturen, die Erhaltung und die Bildung des intra- und
extrazellulären Flüssigkeitsmilieus, mechanische Arbeit (verschiedene
Bewegungsabläufe), neurogene Koordination (Steuerung verschiedener
Bewegungsabläufe im Sinne einer Signalabgabe und die Aufnahme von Reizen
und Impulsen aus der Umwelt), chemische Arbeit (zum Beispiel die Biosynthese
der Hormone) sowie die osmotische Arbeit.
Um anfangs genannte Arbeitsleistungen verrichten zu können, sind die
menschlichen Zellen auf chemische Energie angewiesen, die in Form von
Nahrung aufgenommen werden muss. Über komplexe Stoffwechselprozesse
wird die über die Nahrung aufgenommene chemische Energie im Organismus
in biologische Energie umgewandelt. Das eigentliche Substrat dieser
biologischen Energie ist das ATP (Adenosintriphosphat).
Stoffwechselprozesse, die zur Lieferung, also zur Bildung von ATP beitragen,
werden in den Energiestoffwechsel eingeordnet; Stoffwechselprozesse, die
ATP verbrauchen, werden dem Leistungsstoffwechsel zugeordnet [GEIß/
HAMM 2000].
Der menschliche Energiebedarf setzt sich aus vier Faktoren zusammen:
1. Aus dem Grundumsatz
2. Aus dem Leistungsumsatz
3. Aus der spezifisch- dynamischen Wirkung der Grundnährstoffe
4. Aus dem Verdauungsverlust
Sowohl der Grundumsatz als auch der Leistungsumsatz finden in den Kapiteln
2.2 und 2.3 nähere Erläuterungen.
________________________________Leistungsphysiologische und medizinische Grundlagen
7
Unter der spezifisch- dynamischen Wirkung der Grundnährstoffe versteht man
,,den infolge der Nahrungsaufnahme erhöhten Sauerstoffverbrauch und
Energieumsatz, der je nach Art und Menge der aufgenommenen
Grundnährstoffe unterschiedlich ist." (KONOPKA 1985, S. 46).
Die spezifisch- dynamische Wirkung wird auch als ,,kalorigene Wirkung"
bezeichnet. Hierunter versteht man die durch die Verarbeitung von
Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen entstehende Stoffwechselsteigerung
oder den daraus resultierenden Energieverlust. Dieser beträgt bei
Kohlenhydraten ca. 6 %, bei Fetten ca. 3 % und bei Proteinen ca. 16-20 % des
Brennwertes.
Folglich ist die ATP- Ausbeute nicht bei allen Nährstoffen gleich.
Grundsätzlich kann man bei einer normalen Mischkost ca. 10 % des Grund-
umsatzes für die Verarbeitung der aufgenommenen Nährstoffe berechnen. Bei
einer Ernährung, die hauptsächlich oder fast ausschließlich aus Proteinen
besteht, kann ein Energieverlust bzw. eine Stoffwechselsteigerung von bis zu
20 % des Brennwertes erfolgen. Dieses Effekts bedienen sich einige
Reduktionsdiäten bzw. einige Ernährungsformen im Sport [KONOPKA 1985].
Unter dem Verdauungsverlust wird die Nahrungsenergie verstanden, die durch
die Verdauungsarbeit (Verdauungs- bzw. Abbauvorgänge und Transport-
prozesse) verbraucht wird. Hier handelt es sich bei einer durchschnittlichen
Mischkost um ca. 5-6 % der mit der Nahrung aufgenommenen Energie. Bei
einer erhöhten Proteinzufuhr (bei einer Abdeckung von mehr als 15 % des
täglichen Energiebedarfs durch Proteine) sind die Umsatzsteigerung und die
Dauer der Verarbeitung deutlich erhöht. Als Ursache dafür gilt, dass zur
Aufrechterhaltung des Betriebsstoffwechsels mehr Energie verbraucht wird, als
bei kohlenhydrat- oder fettreicher Ernährung [GEIß/ HAMM 2000].
Die im Rahmen der Sporternährung besonders wichtige muskuläre Leistungs-
fähigkeit hängt bei längeren sportlichen oder körperlichen Belastungen von
einer konstanten Energieversorgung ab.
Die relevantesten Energieträger stellen hier die Kohlenhydrate und Fette dar,
deren unterschiedlicher Verbrauch sich jedoch nach der Intensität und der
Dauer der ausgeübten Tätigkeit richtet. Generell liegt der Energiebedarf eines
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8
Sportlers bei über 3580 kcal pro Tag, während Trainings- und Wettkampf-
phasen kann der Energiebedarf auf ca. 7200 kcal täglich ansteigen. Der
Tagesenergiebedarf von Sportlerinnen liegt im Allgemeinen 5 bis 10 % unter
dem von Sportlern [SCHLIEPER 1998].
Entscheidend für den Energieverbrauch sind die Intensität und die Anzahl der in
Anspruch genommenen Muskelfasern. Eine Belastung der Muskelfasern führt
zu einem erhöhten Sauerstoffbedarf, der sich in einer erhöhten Herz- und
Atemfrequenz ausdrückt. Das, beispielsweise beim Bodybuilding übliche
einseitige und ausdauernde Training gezielter Muskelgruppen, stellt im Sinne
des Energieverbrauchs keine Extrembelastung dar und erhöht somit den
Energieverbauch nur unwesentlich.
Klassischerweise wurde der Energieverbrauch durch die direkte Kalometrie
ermittelt. Hier stellt eine geschlossene, isoliert und kontrolliert belüftete Kammer
ein geschlossenes System dar,
,,[...] in dem der Energieerhaltungssatz gilt: Alle erzeugte Energie muß
letztlich in Wärme umgewandelt werden."
(BIESALSKI/ GRIMM 2002, S. 24).
Da diese Messung aufwendig und teuer ist, kommt heutzutage fast nur noch die
indirekte Kalometrie zum Einsatz. Diese Messung basiert auf der Grundlage,
,,[...] daß zur Produktion einer Energiemenge eine definierte
Sauerstoffmenge benötigt wird." (edb.).
Der Energieverbrauch lässt sich somit aus der Messung des Sauerstoff-
verbrauchs ermitteln.
In folgender Tabelle wird der Energiebedarf von Sportlern (in kcal pro kg
Körpergewicht pro Stunde und in
kcal pro Tag bei 70 kg Körpergewicht), beim
Ausüben verschiedener Sportarten dargestellt.
________________________________Leistungsphysiologische und medizinische Grundlagen
9
Tab. 1: Energiebedarf von Sportlern
(eigene Darstellung, in Anlehnung an: SCHLIEPER 1998)
Sportart
Energiebedarf in
kcal pro kg KG pro h
Energiebedarf in kcal
pro Tag bei 70 kg KG
Gymnastik, Fechten, Reiten,
Sprinten
ca. 2
3490-4060
Geräteturnen, Rudern,
Hockey, Fußball,
Schwimmen (Sprint)
2-3
3990-4490
Radfahren (Straße),
Schwimmen (Langstrecke),
Ringen, Skilaufen,
Eishockey
ca. 3
4490-5020
2.1.2 Energiebilanz
Unter der Energiebilanz versteht man das Verhältnis zwischen Energiezufuhr
und Energieverbrauch. Über den Konsum von Lebensmitteln nimmt der Mensch
energiereiche Nährstoffe auf, die im Organismus mit Hilfe von Sauerstoff zu
energieärmeren Stoffwechselprodukten abgebaut werden. Hierbei handelt es
sich um den Prozess der Oxidation. Bei der Oxidation ist der physikalische
Brennwert eines Lebensmittels (ein im Labor experimentell ermittelter
Brennwert, bei dem die gleiche Menge an Wärme und Kohlendioxid freigesetzt
wird, die auch im menschlichen Körper bei der Verbrennung einzelner
Nährstoffe freigesetzt wird) ausschlaggebend.
Ermittelt wurden folgende Werte: Der durchschnittliche Brennwert eines
(durchschnittlichen) Kohlenhydratgemisches liegt bei 4 kcal/ g, der durch-
schnittliche Brennwert für ein Fettgemisch liegt bei 9 kcal/ g und der
durchschnittliche Brennwert für Proteine liegt bei 6 kcal/ g [GEIß/ HAMM 2000].
Führt man dem menschlichen Körper mehr Energie (in Form von Nahrung) zu,
als er täglich verbraucht, wird die Energiebilanz positiv. Im Umkehrschluss dazu
führt eine reduzierte Nahrungsaufnahme zu einer negativen Energiebilanz. Die
Energiebilanz hat einen wesentlichen Einfluss auf das Körpergewicht: Somit
________________________________Leistungsphysiologische und medizinische Grundlagen
10
führt eine positive Energiebilanz zu einer Steigerung des Körpergewichts,
unabhängig davon, ob die überflüssige Nahrung in Form von Kohlenhydraten,
Fetten oder Proteinen aufgenommen wurde. Wird eine Gewichtsreduktion
angestrebt, ist auf eine negative Energiebilanz zu achten. Überschreitet der
Verbrauch die durch die Nahrung aufgenommene Energie, greift der Körper die
Fettreserven an, um dieses Defizit auszugleichen. Hierbei erweist sich
sportliche Betätigung als hilfreiches Instrument, denn durch körperliche Aktivität
wird der Grundumsatz des Menschen gesteigert.
Die Energiebilanz ist in der Sporternährung dahingehend von Bedeutung, dass
in verschiedenen Sportartengruppen Massenveränderungen zum Tragen
kommen, die in Kapitel 6 näher erläutert werden.
2.1.3 Energetische Sicherung der Muskelarbeit
Bei Muskelkontraktionen wird das energiereiche ATP in die energieärmere
Phosphatverbindung ADP (Adenosindiphosphat) abgebaut und die bei diesem
Abbau frei werdende Energie wird für die Muskelarbeit genutzt. Bei der
Resynthese von ADP zu ATP stehen mehrere Substrate zur Verfügung. Bei
diesen vorhandenen Substraten handelt es sich um Kreatinphosphat, Glukose,
freie Fettsäuren und einige Aminosäuren, die zu Glukose synthetisiert werden
können. Bei der Nutzung eines Substrats zur ATP-Resynthese sind die
Intensität und die Dauer der Muskelbelastung ausschlaggebend. Zum Beispiel
eignet sich bei längeren und intensiveren Belastungen für die schnelle ATP-
Resynthese ausschließlich das Muskelglykogen, das über die Glykolyse
abgebaut wird.
Der Energiegewinn kann aerob und anaeorb erfolgen, wobei die Muskelarbeit
ohne ausreichende Sauerstoffversorgung nur über wenige Sekunden mithilfe
der energiereichen Phosphate ausgeführt werden kann. Folglich sind
dauerhafte Ausdauerleistungen ohne kontinuierliche Sauerstoffversorgung nicht
möglich. Der Sauerstoffbedarf des Körpers steigt mit Beginn der Muskelarbeit
stark an. Um einen Ausgleich des Sauerstoffdefizits zu schaffen, gewinnt der
Körper aus dem Kreatinphosphat und über den anaeroben Glykogenabbau (die
Glykolsye) Energie [NEUMANN 2007].
Die menschlichen Fettreserven lassen sich bei Dauerbelastungen nicht
________________________________Leistungsphysiologische und medizinische Grundlagen
11
erschöpfen, weil der Athlet zuvor aus anderen Gründen pausiert oder muskulär
ermüdet. Der Fettabbau kann nur dann stattfinden, wenn dem Körper ein
bestimmter Kohlenhydratanteil zur Verfügung steht. Weil aber bei Extrem-
belastungen des Körpers die Glykogenspeicher erschöpft sind,
,,besteht die Alternative in einer ständigen Nahrungsaufnahme während
der Belastung und im Abbau körpereigener Proteine zu Glukose."
(NEUMANN 2007, S. 18).
2.2 Grundumsatz
Als Grundumsatz bezeichnet man die Energiemenge, die ein Mensch bei
völliger Ruhe, im Liegen, 12 Stunden nach der letzten Nahrungsaufnahme,
leicht bekleidet (in einem Raum mit einer Temperatur von 20° C)
durchschnittlich benötigt. Der Grundumsatz wird auch als ,,Ruhe- Nüchtern-
Umsatz" bezeichnet und normalerweise für 24 Stunden berechnet.
Es handelt sich hier um diejenige Energiemenge, die benötigt wird, um bei den
eingangs erwähnten Faktoren, beispielsweise den Grundstoffwechsel, die
Atmung, die Herztätigkeit und die Körpertemperatur aufrecht zu erhalten
[SCHLIEPER 1998].
Bei dem Grundumsatz handelt es sich um keine konstante Größe, sondern um
einen Wert, der individuellen und zeitlichen Schwankungen unterliegt. Er stellt
,, [...] mit seinem prozentualen Anteil von 60-75 % des täglichen
Energieverbrauchs den größten Energieblock dar."
(FINZEL 2004, PP- Folie Nr. 27).
Beispielsweise sinkt der Grundumsatz im Schlaf um ca. 10 %. Hitze über 30° C
bewirkt einen Anstieg des Grundumsatzes um 0,5 % pro Grad Temperatur-
anstieg; starke Kälte führt zu einer Grundumsatzsteigerung von 2-5 %.
Bei Frauen ist der Grundumsatz generell niedriger anzusetzen als bei Männern,
da sie einen höheren Anteil an Fettgewebe besitzen und deshalb weniger
Wärme nach außen abgeben. Schwangere und Sportler haben grundsätzlich
einen erhöhten Grundumsatz.
Bezogen auf das Körpergewicht nimmt der Grundumsatz bis zum 4. bzw. 5.
Lebensjahr prägnant zu und sinkt bis zum 20.- 25. Lebensjahr wieder ab. Mit
fortschreitendem Alter reduziert sich das stoffwechselaktive Gewebe
________________________________Leistungsphysiologische und medizinische Grundlagen
12
(insbesondere das Muskelgewebe), was zu einer weiteren Abnahme des
Grundumsatzes beiträgt.
Die gängige Redewendung des ,,guten und schlechten Futterverwerters" lässt
sich durch individuelle Unterschiede des Gesamtumsatzanteils an der
Wärmebildung, beziehungsweise der ATP- Synthese, erklären [BIESALSKI/
GRIMM 2002].
Der Grundumsatz wird durch das Alter, das Geschlecht und die Körpergröße
bzw. das Körpergewicht bestimmt. Außerdem sind eingangs erwähnten
Faktoren sowie die körperliche Aktivität (sehr leichte bis erschöpfende
Tätigkeiten) zu berücksichtigen.
Der Grundumsatz pro Tag beträgt 24 kcal je Kilogramm Körpergewicht
[SCHLIEPER 1998].
2.3 Arbeits- und Leistungsumsatz
Der Leistungsumsatz ist im Gegensatz zum Grundumsatz jene Energie, die für
körperliche Aktivitäten umgesetzt wird.
Der Leistungsumsatz wird durch die die Muskeltätigkeit (Arbeitsleistung)
bestimmt, denn mit der Muskeltätigkeit ist ein zusätzlicher Energiebedarf
verbunden.
Um den Leistungsumsatz zu ermitteln, wird in der Leistungsumsatzmessung die
Steigerung des Sauerstoffverbrauchs gemessen. Eine Leistungsumsatz-
steigerung ist durch einen höheren Sauerstoffverbrauch, eine verstärkte Bildung
von Kohlenstoffdioxid und eine höhere Wärmeabgabe gekennzeichnet
[BROCKHAUS 2004, SCHLIEPER 1998].
Um die Leistungsumsatzberechnung zu vereinfachen, wird generell zwischen
Arbeitsumsatz und Freizeitumsatz unterschieden. In Bezug auf den
Arbeitsumsatz unterteilt man verschiedene Berufe, dem jeweiligen
Leistungsumsatz entsprechend, in leichte, mittelschwere, schwere sowie
schwerste Arbeit.
Die folgende Tabelle zeigt die, für die Berechnung des Energiebedarfs, von der
DGE festgelegten Werte für den Arbeitsumsatz.
________________________________Leistungsphysiologische und medizinische Grundlagen
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Tab. 2: Arbeitsumsatz pro Stunde (DGE)
(eigene Darstellung, in Anlehnung an SCHLIEPER 1998)
Frau
Mann
Leichtarbeiter
(z.B. Lehrer/in, Laborant/in)
unter 60 kcal
unter 75 kcal
Mittelschwerarbeiter
(z.B. Maler/in, Schlosser/in)
60 kcal- 119 kcal 75 kcal- 150 kcal
Schwerarbeiter
(z.B. Maurer/in, Leistungssportler/in)
über 119 kcal
150 kcal- 201 kcal
Schwerstarbeiter
(z.B. Tätigkeiten im Bergbau)
-
über 201 kcal
Für den Leistungsumsatz, im Zeitraum in der keine berufliche Tätigkeit erfolgt,
wird um Einzelberechnungen zu vermeiden, der Freizeitumsatz mit einem
Energiebedarf von 191 kcal bis 287 kcal
angesetzt. Für sportliche und andere
körperliche Betätigungen mit höherem Energieumsatz sind Zuschläge im
Bereich des Energiebedarfs erforderlich.
Während des Wachstumsalters ist, neben dem höheren Grundumsatz,
zusätzlich der erhöhte Energiebedarf für das Wachstum zu berücksichtigen.
Als zwei weitere Faktoren, die den Leistungsumsatz beeinflussen, sind die
Wärmeregulation und die Verdauungstätigkeit zu nennen.
Die im Kapitel des Grundumsatzes erwähnte und zur Berechnung des
Grundumsatzes festgelegte Umgebungstemperatur von 20° C ist im Alltag
natürlich nicht immer gegeben. Bei einer Umgebungstemperatur unter 20° C
muss der Körper Energie aufwenden, um die Körpertemperatur von 37° C
konstant zu halten. Allerdings bedingt eine höhere Umgebungstemperatur eine
verstärkte Schweißbildung und die daraus resultierende Verdunstungskälte
bewirkt wiederum eine Senkung der Körpertemperatur, die ausgeglichen
werden muss. Beispielsweise werden dem Körper für die Verdunstung von
einem Liter Schweiß ca. 570 kcal entzogen.
Im Hinblick auf die Verdauungstätigkeit ist die ,,spezifisch- dynamische
Wirkung", die bereits in Kapitel 2.1.1 näher erläutert wurde, zum Leistungs-
________________________________Leistungsphysiologische und medizinische Grundlagen
14
umsatz hinzuzurechnen [SCHLIEPER 1998].
2.4 Muskelarbeit
Der Aspekt der Muskelarbeit hat bei der Ausübung von Sportarten eine
herausragende Bedeutung und wird deshalb im folgenden Kapitel dargestellt.
2.4.1 Funktion, Struktur und Aufbau des Muskels
Die Vorgänge bzw. die aktiven Bewegungsabläufe des Körpers werden durch
Kontraktion und Relaxation des Muskelgewebes ermöglicht. Man unterscheidet
(aufgrund physiologischer Eigenschaften und histologischer Kriterien) drei
verschiedene Muskelgewebstypen:
Erstens die glatte Muskulatur, die einer unwillkürlichen Steuerung des
Nervensystems unterliegt und sich hauptsächlich in den Gewebsstrukturen der
Eingeweide und den arteriellen Gefäßstrombahnen befindet.
Zweitens die Herzmuskulatur, die einer regelmäßigen und rhythmischen
Kontraktion und Relaxation unterliegt sowie drittens die Skelett- bzw. die
quergestreifte Muskulatur, die in Kraft, Geschwindigkeit und Dauer der
Kontraktion beeinflussbar ist. Die Skelettmuskulatur der Arme, der Beine und
des Rumpfes kann als ,,Motor" des gesamten menschlichen Bewegungs-
apparates angesehen werden, wobei die einzelnen Muskelzellen die Fähigkeit
besitzen, chemische Energie direkt in mechanische Arbeit und Wärme
umzuwandeln.
Die quergestreifte Muskulatur besteht, makroskopisch betrachtet, aus einzelnen
langen Fasern, die von einem dünnen Bindegewebe umhüllt sind und durch
eine dickere Bindegewebsschicht zu Bündeln zusammengefasst sind. Zwischen
den Muskelbündeln befinden sich Nerven und Blutgefäße, ebenso kleinere
Fettpolster. An den Muskelenden befinden sich Sehnen, die aus festem
Bindegewebe bestehen und direkt mit den Knochen verbunden sind. Der
Ansatz und der Ursprung eines Muskels befinden sich gewöhnlich nie an dem
gleichen Knochen und somit kommt es bei einer Kontraktion über das Gelenk
zu einer Beugung, Streckung oder einer Rotationsbewegung [GEIß/ HAMM
2000, HAMM/ SCHOLZ 2002].
_____________________________________________Ernährungsphysiologische Grundlagen
15
Abbildung 1 zeigt einen Querschnitt durch die Muskulatur.
Abb.1: Querschnitt durch die Muskulatur
(aus: http://www.horsana.ch/images/info_wissen/muskel.jpg, vom 18.04.2008)
3. Ernährungsphysiologische Grundlagen
Ein Anliegen vieler Sportler ist es, durch geeignete Trainingsmethoden und
gezielte Ernährung, ihre Leistung zu steigern.
Beispielsweise profitieren Ausdauersportler von einer kohlenhydratreichen
Ernährung; in kraftbetonten Sportarten hingegen, kommt der Höhe der
Eiweißzufuhr eine besondere Bedeutung zu.
Um die Ernährungsprinzipien im Sport zu verdeutlichen, werden in Kapitel 3
neben den
sportspezifischen
Ernährungsprinzipien
die ernährungs-
physiologischen Grundlagen behandelt. Denn die richtige Ernährung zählt zu
den wesentlichen trainings- und wettkampfbegleitenden Maßnahmen im Sport.
Daher muss bei sportlicher Betätigung eine bedarfsangepasste und vollwertige
Ernährung folgenden Anforderungen genügen:
_____________________________________________Ernährungsphysiologische Grundlagen
16
Eine bedarfsangepasste und vollwertige Ernährung muss alle ernährungs-
abhängigen Stoffwechselleistungen sicherstellen. Hierzu zählen die Energie-
bereitstellung und freisetzung, die substanzielle Versorgung für die Erhaltung
und den Aufbau körpereigener Strukturen und Wirkstoffe, die Gewährleistungen
der Enzymaktivitäten, die Sicherstellung der Stoffwechselleistungen von
hormonellen Steuersystemen und Regelkreisen sowie der Nerven-, Muskel-
und Herz- Kreislauffunktionen.
Des Weiteren soll eine bedarfsangepasste und vollwertige Ernährung einen
Schutz vor leistungsmindernden Mangelerscheinungen bieten und einen
Nährstoff- bzw. Substanzverlust ausgleichen. Die Stabilisierung und Förderung
der Abwehrkräfte, der Leistungsmotivation und des Wohlbefindens sowie die
Stabilisierung eines leistungsgerechten Körpergewichts stehen ebenfalls bei
einer bedarfsangepassten Ernährung im Vordergrund. Weiterhin geht es hier
um eine optimale Energiespeicherung, das heißt, es geht um die für eine
betreffende Sportart vorteilhafte Glykogeneinlagerung und die Verminderung
bzw. Vermeidung der Zufuhr von stoffwechselbelastenden Substanzen, wie
beispielsweise Fette, Cholesterol und Purine. Der Förderung und Regeneration
(auch nach Unfällen und/ oder Verletzungen) wird ebenfalls eine hohe
Bedeutung beigemessen [GEIß/ HAMM 2000].
Da der Schwerpunkt dieser Arbeit auf der Ernährung im Sport liegt, werden die
ernährungsphysiologischen Grundlagen nicht solch einer ausführlichen
Betrachtung unterzogen wie die sporternährungsrelevanten Kapitel.
3.1 Kohlenhydrate
Für alle körperlichen und geistigen Leistungen stellen Kohlenhydrate die
bevorzugte Energiequelle dar. Bei einer entsprechenden Ernährungsgestaltung
sollten nicht nur die durch einen hohen Energieumsatz gekennzeichneten
Sportarten Berücksichtigung finden, sondern auch Sportarten, die durch
neuromuskuläre und mentale Größen bestimmt werden. Beispielsweise sind bei
Sportarten wie Fallschrimspringen oder Autorennen mental gesteuerte
koordinative und konzentrative Vorgänge von erheblicher Bedeutung. Aus
diesem Grunde wird das Kapitel der Kohlenhydrate genauer betrachtet als die
Kapitel der Fette und der Proteine.
_____________________________________________Ernährungsphysiologische Grundlagen
17
Der Anteil der Kohlenhydrate am Energieumsatz überwiegt bei kurzfristigen
Belastungen. Nimmt die Belastungsdauer zu, bilden die Fette die bevorzugte
Energiequelle. In Abhängigkeit von der Dauer der Belastungen nimmt der Anteil
des Eiweißes am Energieverbrauch zu, der jedoch bei Belastungen, die unter
der Dauer einer Stunde liegen, vernachlässigt werden kann [GEIß/ HAMM
2000].
3.1.1 Die allgemeine Bedeutung der Kohlenhydrate in der Ernährung
Pro Tag sollten dem Organismus mindestens 50 % der Energiezufuhr in Form
von Kohlenhydraten bereitgestellt werden. Dieser Richtwert entspricht den
aktuellen Nahrungsempfehlungen der Deutschen Gesellschaft für Ernährung
[http://www.dge.de/modules.php?name=News&file=article&sid=404,vom 18.04.
2008].
Um die Folgen eines Kohlenhydratmangels im Stoffwechsel zu vermeiden (z.B.
Hypoglykämie, verminderte Glukosetoleranz, Störungen des Wasser- und
Mineralstoffhaushaltes), wird die Mindestmenge an Nahrungskohlenhydraten
mit ca. 100 g pro Tag veranschlagt.
Kohlenhydrate haben, bezüglich des für den Baustoffwechsel relevanten
Proteins, einen Spareffekt. Das heißt, dass bei ausreichender Kohlenhydrat-
zufuhr die Glukoneogenese aus Aminosäuren nicht beansprucht wird.
Kohlenhydratreiche Lebensmittel sind Träger unverzichtbarer Mineralstoff-,
Vitamin- und Ballaststoffquellen (z.B. Obst, Gemüse, Getreide). Sie sind
außerdem für die Muskel-, Nerven- und Gehirnzellen sehr gut verwertbare
Energiequellen, die dem Sportler (bei einem hohem Kohlenhydratanteil der
täglichen Energiebilanz) eine günstige Stoffwechselsituation infolge reichlicher
Glykogenbevorratung und somit eine gute Voraussetzung für eine schnelle
Erholung nach körperlichen Belastungen verschaffen können [BIESALSKI
1995, GEIß/ HAMM 2000, KASPER 1996].
_____________________________________________Ernährungsphysiologische Grundlagen
18
3.1.2 Aufbau der Kohlenhydrate
Unter der Stoffgruppe ,,Kohlenhydrate" werden zahlreiche organische Ver-
bindungen zusammengefasst, deren Gemeinsamkeit in ihrem chemischen
Grundaufbau (C
n
H
2n
O
n
) besteht, der dieser Stoffgruppe ihren Namen gab. Die
Elemente Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O) sind so
miteinander verbunden, dass ein Atom Kohlenstoff formelmäßig jeweils von
einem Molekül Wasser (H
2
O) begleitet wird.
Der Name ,,Hydrat" entspringt daher, dass eine Verbindung, die Wasser
chemisch gebunden hält, als Hydrat bezeichnet wird.
Nahrungskohlenhydrate sind sehr energiereiche Verbindungen, die sich in
Mono-, Di-, und Polysaccharide untergliedern. Sie unterscheiden sich zum
einen durch die Art ihrer Komponenten (durch die Monosaccharidbausteine)
und zum anderen durch ihre Molekülgröße. Beispielsweise ist das Disaccharid
,,Saccharose" aus den Monosacchariden Glukose und Fruktose aufgebaut. Das
Polysaccharid ,,Stärke" hingegen, besteht aus einer sehr langen Kette von
Glukosebausteinen und befindet sich, als Reservekohlenhydrat, überwiegend in
pflanzlichen Lebensmitteln, wie in Hülsenfrüchten, Getreide und Kartoffeln. Das
Glykogen, auch tierische Stärke genannt, findet sich in der Leber und der
Muskulatur wieder [GEIß/ HAMM 2000].
Im Folgenden wird zur näheren Erläuterung auf die Mono-, Di-, Poly-, und
Oligosaccharide im Einzelnen eingegangen.
Monosaccharide
Monosaccharide können als Grundbausteine der Kohlenhydrate betrachtet
werden. Ihr Kohlenstoffgerüst liegt unverzweigt vor. Je nach Kettenlänge der
Kohlenstoffatome werden sie als Tetrosen (C4), Pentosen (C5), Hexosen (C6),
Heptosen (C7) und Octosen (C8) bezeichnet. Am häufigsten liegen Hexosen
vor, allerdings sind einige Pentosen wichtige Bestandteile der Nukleinsäure.
Monosacchharide enthalten eine Carbonylgruppe (C=O) und können
hydrolytisch nicht weiter gespalten werden. Befindet sich die Carbonylgruppe
am Ende einer Kette, so ist das Monosaccharid chemisch als Aldehyd zu
betrachten und als Aldose zu bezeichnen. Befindet sich die Carbonlygruppe
allerdings an einem anderen Kohlenstoffatom, ist das Monosaccharid als Keton
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zu betrachten und als Ketose zu bezeichnen.
Abbildung 2 zeigt die Einteilung der Monosaccharide in Ketosen
(links: D(-)- Fruktose) und in Aldosen (rechts: D(+)- Glukose).
Abb. 2: Einteilung der Monosaccharide in Ketosen und Aldosen (links
Ketose: D(-)- Fruktose; rechts Aldose: D(+)- Glukose).
(nach: BARON/ BERG 2005)
Wie in Abbildung 2 zu erkennen ist, besitzt jedes Monosaccharid ein oder
mehrere Kohlenstoffatome, an denen sich vier unterschiedlich aufgebaute
chemische Gruppen befinden. Solche Kohlenstoffatome werden als
asymmetrische Kohlenstoffatome bezeichnet. Verbindungen mit einem
asymmetrischen Kohlenstoffatom sind optisch aktiv. Das heißt, dass sie die
Eigenschaft besitzen, in wässriger Lösung die Schwingungsebene polarisierten
Lichts nach rechts (+) oder nach links (-) zu drehen. Deshalb werden sie
teilweise auch als optische Antipoden bezeichnet.
Da Monosaccharide mehr als ein asymmetrisches Kohlenstoffatom besitzen,
gibt es mit Zuckern gleicher Zahl von Kohlenstoffatomen verschiedene
Varianten. Die sogenannten Steroisomere.
Die Mehrzahl der natürlichen Zucker zählt zur D- Reihe. Die D- Reihe zeichnet
sich dadurch aus, dass in der Kettenformel das von der Carbonylgruppe am
weitesten entfernte asymmetrische Kohlenstoffatom eine OH- Gruppe trägt, die
nach rechts zeigt.
Zeigt die OH- Gruppe nach links, so handelt es sich um einen L- Zucker
[BARON/ BERG 2005].
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Disaccharide
Disaccharide sind Zweifachzucker, die aus einer glykosidischen Verbindung
von zwei Monosacchariden entstanden sind. Am populärsten sind die
Saccharose, die Laktose und die Maltose.
Die Saccharose (Rübenzucker, Rohrzucker, Weißzucker) besteht aus Glukose
und Fruktose und ist bekannt als ,,der Zucker" schlechthin. Saccharose wird
überwiegend aus Zuckerrüben und Zuckerrohr gewonnen, kommt jedoch
ebenfalls in anderen Pflanzen wie Zuckermais, Süßkartoffeln, Zuckerahorn und
Steinobst vor.
Die Laktose (Milchzucker) besteht aus den Monosacchariden Galaktose und
Glukose. Laktose ist in der Milch aller Säuger zu finden und kommt in der Natur
weiter nicht vor.
Die Maltose (Malzzucker) besteht aus zwei Glukosemolekülen und ist
insbesondere in keimenden Getreidesamen enthalten. Maltose entsteht durch
das Ferment Amylase, welches im menschlichen Organismus als Mund- und
Bauchspeichelamylase vorhanden ist.
Oligosaccharide
Oligosaccharide entstehen aus Verbindungen von drei bis neun Mono-
sacchariden. In Pflanzensamen und Wurzeln findet man insbesondere Tri-,
Tetra- und Pentasaccharide. Durch die Hydrolyse können Oligosaccharide
wieder in Monosaccharide gespalten werden.
Polysaccharide
Polysaccharide setzen sich aus mehr als zehn Monosacchariden zusammen. In
der Natur liegen die meisten Kohlenhydrate als Polysaccharide vor und dienen
als Gerüst- und Speichersubstanz. Zu den Speicherpolysacchariden zählen die
pflanzliche Stärke (Amylose und Amylopektin) sowie die tierische Stärke
(Glykogen), wobei das Amylopektin und das Glykogen aus verzweigten Ketten
von Glukosemolekülen bestehen und die Amylose ein unverzweigtes
Polysaccharid ist.
Die Glukose ist im Gegensatz zum Glykogen osmotisch inaktiv und wird
überwiegend in der Leber und der Skelettmuskulatur gespeichert. Je nach
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