Wie verhält sich der Blutzuckerspiegel eines Menschen in Abhängigkeit der Ernährung während eines Ausdauertrainings?

Inhalt

0. Einleitung / Hinführung zum Thema

I. Theoretischer Teil
I.1. Stoffwechsel – anaboler und kataboler Stoffwechsel
I.1.1. anaboler und kataboler Stoffwechsel
I.1.2. Blutzuckerregulation
I.1.3. Allgemeines zum Energiestoffwechsel des Muskels
I.1.4. Kohlenhydratstoffwechsel
I.1.5. Adenosin-Tri-Phosphat – die Energiequelle der Muskeln
I.1.6. Energiebereitstellung
I.1.7. Energieträger für den Muskelstoffwechsel
I.2. Ernährung und sportliche Leistung
I.2.1. Optimale Ernährung des Sportlers als Basis für ausgeglichene Energiebilanzen
I.2.2. Bedeutung einer kohlehydratreichen Ernährung für die Leistungsfähigkeit des Ausdauer- und Spielsportlers

II. Praktischer Teil – Selbstversuch: Blutzuckerspiegel in Abhängigkeit von der Ernährung während eines Ausdauertrainings
II.1. Hypothesen:
II.2. Untersuchungsablauf
II.3. Untersuchungsdaten
II.4.Auswertung:

III. Fazit / Ausblick

Literaturverzeichnis Textteil

Anhang

0. Einleitung / Hinführung zum Thema

Seit mehreren Jahren bereits ist allgemein ein Fitnesswahn in der Bevölkerung zu verzeichnen. Insbesondere Fitness-Center sind in den letzten Jahren im Trend, dies gilt vor allem für junge Menschen. Allerdings liegt dieser Trend eher daran, dass die Jugendlichen bzw. jungen Erwachsenen ihren Körper formen wollen. Es geht ihnen primär um Muskelaufbau bzw. Muskeldefinition. Auch ich habe mich aus diesem Grund vor 1 ½ Jahren in einem Fitness-Center angemeldet, das ich seitdem regelmäßig besuche, um zu trainieren.

Damit die Ziele Muskelaufbau bzw. Muskeldefinition erreicht werden können, bieten viele Fitness-Center eiweißhaltige Getränke bzw. Nahrungsergänzungsmittel an. Auf dem Buchmarkt gibt es jährlich zahlreiche Neuerscheinungen zu einer ultimativen Ernährung für Sportler, sei es für den Muskelaufbau oder für die Steigerung der Ausdauerleistung. Beides ist mir auch persönlich wichtig. Mein wöchentliches Training in einem Fitness-Center nutze ich in erster Linie für den Aufbau einzelner Muskelgruppen, während mein Fußballtraining und mein privates Ausdauertraining (Joggen) eher auf eine gut entwickelte Grundlagenausdauer abzielen. Das Buch „DER LOGI MUSKELCOACH“ besitze ich selber. Darin habe ich zum ersten Mal über die Bedeutung des glykämischen Index im Zusammenhang mit Ernährungsstrategien für Sportler gelesen¹. Dabei handelt es sich nicht um eine Diät, sondern um eine Neuorientierung der alltäglichen Ernährung, in der es darum geht, ernährungsbedingt den Blutzuckerspiegel konstant niedrig zu halten. Diese Ernährungsstrategien orientieren sich an Erkenntnissen aus der Diabetes Forschung.

Diabetes ist auch ein Thema in unserer Familie, da mein gleichaltriger Cousin vor 6 Jahren daran erkrankte (Diabetes mellitus Typ 1). Insofern kenne ich aus zahlreichen Gesprächen die Bedeutung von Ernährung und Sport für den Blutzuckerspiegel bzw. für das möglichst konstante Halten eines Blutzuckerspiegels – also Spitzen (Höhen und Tiefen) zu vermeiden. Von meinem Cousin habe ich für meinen Selbstversuch auch ein (unbenutztes) Blutzuckermessgerät erhalten. Unsere Hausapotheke war so nett und hat mich in meiner Untersuchung dahingehend unterstützt, dass sie mir die Teststreifen (Sensoren) kostenlos zur Verfügung gestellt hat.

Ganz allgemein kann man sagen, dass die Nahrungsaufnahme den Blutzuckerspiegel anhebt, während eine sportliche Aktivität Energie benötigt und insofern den Blutzuckerspiegel senkt. Mein Interesse an der leitenden Fragestellung der Facharbeit ist über eine Recherche sowie einen Selbstversuch herauszufinden, wie sich der Blutzuckerspiegel eines Ausdauersportlers durch Ernährungsstrategien steuern lässt, um die sportliche Leistung zu optimieren.

I. Theoretischer Teil

Das Thema bzw. die leitende Fragestellung der Facharbeit ist dem großen Themenkomplex aus der Biologie, dem „Energiestoffwechsel“ zuzuordnen. Genauer gesagt, handelt es sich um die angewandte Biologie „Sport und Stoffwechsel“.²

I.1. Stoffwechsel – anaboler und kataboler Stoffwechsel

„Fundamentales Kennzeichen eines lebenden Organismus ist der ununterbrochene Stoffwechsel“³. Darunter fasst man alle chemischen Reaktionen zusammen, die im Körper ablaufen⁴. Unterschieden wird zwischen dem anabolen und dem katabolen Stoffwechsel.

I.1.1. anaboler und kataboler Stoffwechsel

Während der anabole Stoffwechsel die Vorgänge beschreibt, die mit dem Bau und der Reparatur von Zellen beschäftigt sind(Aufbaustoffwechsel, zum Beispiel für den Aufbau von Muskelmasse), meint der katabole Stoffwechsel die biochemischen Vorgänge, bei denen Stoffe von komplexen Moleküle in einfache verwandelt werden, wie dies zum Beispiel bei der Energiegewinnung geschieht (Abbaustoffwechsel)⁵.

I.1.2. Blutzuckerregulation

Für den Energiestoffwechsel benötigen alle Zellen des Körpers Glukose. Damit der Energiestoffwechsel möglichst schnell ablaufen kann, enthält das Blut immer eine bestimmte Menge an Glukose. Das Erreichen dieses Wertes ist immer das Ziel der Blutzuckerregulation. Damit die verschiedenen Stoffwechselvorgänge im Körper bestmöglich ablaufen können, ist eine Blutzuckerkonzentration von nüchtern 70-100 mg/dl Blut erforderlich. Unterhalb von 70 mg Glukose / dl Blut liegt eine Unterzuckerung (Hypoglykämie) vor, oberhalb von 140 mg/dl eine Überzuckerung (Hyperglykämie). Damit liegt der Normalwert des Blutzuckerspiegels innerhalb einer geringen Schwankungsbreite. Durch eine glukosereiche Nahrungsaufnahme wird der Blutzuckerspiegel erhöht. Dieser Anstieg wird durch Messfühler des Pankreas wahrgenommen und führt zu einer Ausschüttung des Hormons Insulin durch die B-Zellen der Bauchspeicheldrüse. Mit Hilfe des Insulins kann nun die Glukose zur Energiegewinnung in die Zellen aufgenommen werden.⁶

I.1.3. Allgemeines zum Energiestoffwechsel des Muskels

Sportliche Betätigung ist körperliche Arbeit, also Muskelarbeit. Dazu bedarf es eines Treibstoffes, der muskulären Energiebereitstellung. Damit der Körper genügend Energie für sportliche Leistungen bereitstellt, laufen im Stoffwechsel komplizierte Vorgänge ab. Dabei sind die Lebensmittel in der menschlichen Ernährung der Energielieferant für alle Tätigkeiten und Vorgänge im Körper. Besonders Sportler, die einen erhöhten Leistungsumsatz haben, müssen daher auf ihre Ernährung achten, da ihre körperliche Leistung vom Angebot an Energie abhängig ist.⁷

Die Bereitstellung von Stoffen aus der Nahrung (Hauptnährstoffe: Kohlenhydrate, Fette, Proteine) geschieht über die Verdauung. Sie „gilt als Inbegriff des Stoffwechsels“⁸. Die benötigte Energie steckt vor allem in den Kohlenhydraten, die von den Muskelzellen in Form von Glykogen gespeichert werden. Der Großteil der dem Körper mit der Nahrung zugeführten Kohlenhydrate wird durch Verdauungsenzyme zu Glukose aufgespalten und durch die Dünndarmschleimhaut ins Blut resorbiert. Je nach Nahrungszusammensetzung sowie Umfang und Dauer der Verdauungsleistung steigt damit der Blutzuckerspiegel rasch oder verzögert an. Damit die Körperzellen die Glukose als Energieträger für ihre Stoffwechseltätigkeit nutzen können, ist Insulin erforderlich, welches den Einstrom der Glukosemoleküle in die Zellen fördert. Darüber hinaus steigert Insulin die Verbrennung der Glukose innerhalb der Zellen zur Energiegewinnung. Wurde bei der Nahrungsaufnahme mehr Glukose aufgenommen als zur Energieleistung benötigt, wird die Glukose in Zellen der Leber und in Zellen der Muskulatur in Form von Glykogen gespeichert. Da die Glukose auf diese Weise aus dem Blut in die Zellen gelangt, senkt Insulin den Blutzuckerspiegel auf den Normalwert. Ist der Blutzuckerspiegel zum Beispiel aufgrund starker sportlicher Belastung unter seinen Normalwert gefallen, registrieren dies ebenfalls die Messfühler der Bauchspeicheldrüse. Dies führt zu einer Ausschüttung des Hormons Glukagon, welches den Blutzuckerspiegel hebt und demnach als Gegenspieler des Insulins zu bezeichnen ist. Glukagon veranlasst den Abbau von Glukose aus dem gespeicherten Glykogen in den Zellen der Leber und den Zellen der Muskulatur.⁹

I.1.4. Kohlenhydratstoffwechsel

Neben einem regelmäßigen Training spielt somit die richtige Ernährung eine entscheidende Rolle für das Abrufen der sportlichen Leistung. Der Stoffwechsel „lernt“, die benötigte Energie auf effektive Weise bereitzustellen¹⁰ „Die Muskeln ermüden weniger schnell und die Leistungsfähigkeit steigt.“¹¹

Kohlenhydrate erfüllen im Stoffwechsel des Menschen unterschiedliche Aufgaben. Auf zwei dieser Aufgaben gehe ich im Folgenden näher ein, da sie für das Thema der Facharbeit relevant sind:

Eine Aufgabe des Stoffwechsels ist die Energiegewinnung. Dabei wird in den Zellen des menschlichen Körpers Traubenzucker zu Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut, dabei wird Energie in Form von ATP frei, das dem Körper zur Verfügung gestellt wird. Die Nervenzellen und die roten Blutkörperchen können nur durch den Abbau von Traubenzucker Energie gewinnen. Für diese Abbauvorgänge wird Vitamin B1 benötigt.

Eine weitere Aufgabe ist die kurzfristige Speicherung von Kohlenhydraten . Werden diese in überdurchschnittlichem Maße mit der Nahrung aufgenommen, so werden diese zunächst zu Glykogen umgebaut und in der Leber (150 g) und der Muskulatur (200g) gespeichert. Zwischen den Mahlzeiten kann Glykogen wieder zu Traubenzucker abgebaut und zur Energiegewinnung genutzt werden. Aus der Leber gelangt der Traubenzucker über das Blut in alle Zellen und stellt so deren Energieversorgung sicher. Muskelglykogen dient dagegen nur der Energiegewinnung in den Muskelzellen. Die Glykogenspeicher sind spätestens 18 Stunden nach der letzten Nahrungsaufnahme erschöpft.¹²

I.1.5. Adenosin-Tri-Phosphat – die Energiequelle der Muskeln

Der Treibstoff für die Muskelarbeit ist das Adenosin-Tri-Phosphat, ein energiereiches Phosphat, welches durch Abspaltung einer Phosphatgruppe die Muskelkontraktion ermöglicht. Da in der Muskelzelle nur eine sehr geringe Menge an ATP gespeichert ist, muss diese chemische Energie ständig im Muskelstoffwechsel erzeugt werden, damit sie in mechanische Energie umgewandelt werden kann.¹³

Durch die Verbrennung der oben genannten Hauptnährstoffe (insbesondere Kohlenhydrate und Fette) gewinnt der Körper Energie in Form von Adenosin-Tri-Phosphat (ATP) – dem Brennstoff für Muskelarbeit. Zur Energiegewinnung gibt das ATP einen seiner drei Phosphatreste ab; übrig bleibt das Adenosindiphosphat oder ADP. Der Vorrat an ATP in der Muskulatur ist verschwindend gering. Er reicht nur für wenige Sekunden. Danach muss ATP auf andere Weise bereitgestellt werden. Zur Verfügung stehen hierfür Kreatinphosphat, Kohlenhydrate und Fette.

Kohlenhydrate sind als Glykogen (Speicherform von Glukose = Traubenzucker) in der Muskulatur und zu einem kleinen Teil auch in der Leber (maximal 100 Gramm) gespeichert. In Abhängigkeit von Trainingszustand und Ernährung können bis zu 500 Gramm Glykogen in die Muskelzellen eingelagert werden (= 2000 kcal). Diese Energiequelle ermöglicht intensive Ausdauerbelastungen bis zu etwa eineinhalb Stunden¹⁴

Wann und wie die Energieträger ATP, KP, Glykogen und Fett eingesetzt werden, hängt von der Art und der Dauer der sportlichen Belastung ab, d.h. wie schnell, wie viel und wie lange im Muskel Energie bereitgestellt werden soll bzw. kann.¹⁵

I.1.6. Energiebereitstellung

Grundsätzlich unterscheidet man zwei Hauptmechanismen der Energiebereitstellung.

1. Die aerobe (= oxidative) Energiebereitstellung: ATP wird unter Verbrauch von Sauerstoff in den Mitochondrien gebildet. Diese Form der Energiegewinnung erfolgt durch vollständige Verbrennung von Kohlenhydraten (Glukose), was man als Oxidation bezeichnet und zum anderen die Verbrennung von Fetten (Fettsäuren), was man als Betaoxidation bezeichnet.
2. Die anaerobe Energiebereitstellung: ATP wird ohne den Verbrauch von Sauerstoff gebildet. Der Vorgang findet im Zytosol (Zellplasma) statt. Diese Form der Energiebereitstellung erfolgt durch die Spaltung der gespeicherten energiereichen Phosphate ATP und Kreatinphosphat, auch die anaerob-alaktazide Energiebereitstellung genannt und durch den unvollständigen Abbau von Glukose unter Bildung von Laktat (Milchsäure), die anaerobe Glykolyse oder anaerob-laktazide Energiebereitstellung, besser bekannt unter der Milchsäuregärung.¹⁶

Somit stehen dem Muskelstoffwechsel unterschiedliche Mechanismen der Energiegewinnung zur Verfügung. Welcher Weg genutzt wird, bestimmen u.a. die Belastungsdauer und –intensität sowie das Sauerstoffangebot. Prinzipiell besteht immer ein „Nebeneinander“ der einzelnen Mechanismen der Energiebereitstellung mit fließenden Übergängen – primär in Abhängigkeit von der Belastungsintensität.¹⁷

Für Ausdauersportarten kommt insbesondere der Mechanismus der aeroben Energiebereitstellung (Glukose- und Fettsäureoxidation) zum Tragen. So werden beispielsweise bei einer intensiven aeroben Anforderung wie dem 5000 m-Lauf (vgl. auch Selbstversuch 1. + 2. Woche Joggen-6 km) so gut wie ausschließlich Kohlenhydrate (in Form von Glykogen bzw. Glukose) verbrannt.¹⁸

I.1.7. Energieträger für den Muskelstoffwechsel

Die wichtigsten Energielieferanten, die durch Nahrung laufend ergänzt werden müssen, sind für die Muskelzelle:

1. Kohlenhydrate (sie decken normalerweise etwa zwei Drittel des Energiebedarfs)
2. Fette (ein Drittel)
3. Eiweiße (diese können aber vernachlässigt werden, da sie für den Baustoffwechsel, nicht aber für den Energiestoffwechsel eine wichtige Rolle spielen).¹⁹

Im Ruhezustand deckt der Körper seinen Energiebedarf in erster Linie durch Kohlehydrate (KH) und Fette ab. Bei einer sportlichen Betätigung verschiebt sich jedoch die Energiebereitstellung je nach Intensität der Belastung. Wie schon bereits oben erwähnt, können sehr intensive sportliche Betätigungen ausschließlich über die Verbrennung von intrazellulärem Zucker abgedeckt werden (anaerob), während mittlere Belastungen über einen längeren Zeitraum aerob abgedeckt werden. (s. I.2. Oxidation / Betaoxidation).

J. Weineck verweist jedoch gerade aus sportlicher Sicht auf den Vorteil von Kohlenhydraten gegenüber Fetten. Zwar lieferten die Fette bei der Verbrennung 9,3 kcal /g hingegen nur,1 bei den Kohlenhydraten, aber dieser absolute Wert sei nicht entscheidend, sondern der pro Liter Sauerstoff erreichte Brennwert. Diesen beziffert J. Weineck wie folgt:

[...]

¹ Dr. ALBERS, Th. / Dr. WORMS, N. / SEGLER, K.: (2013-2014); DER LOGI MUSKELCOACH. >Leistungsförderung >Ernährungsstrategien, 2. Auflage. Lünen: systemed Verlag. 171 S.

² Vgl. AHLSWEDE, h. et al. (2015): Biologie, Oberstufe, 3. Auflage, Berlin: Cornelsen Schulverlage GmbH, S. 86-108.

³ Vgl. VOGEL, G., ANGERMANN, H. (1990):dtv-Atlas zur Biologie – Tafeln und Texte, Band 2, 5. Auflage. München: Deutscher Taschenbuch Verlag, S. 301.

⁴ Vgl. AHLSWEDE, H. et al. (2015), S. 87.

⁵ Vgl. ebd.

⁶ Vgl. LLEHBRINK, A. (2010): Gesundheitswissenschaften - für die berufliche Oberstufe. Hamburg: Verlag Dr. Felix Büchner - Handwerk und Technik GmbH, S. 278.

⁷ Vgl. AHLSWEDE, H. et al. (2015), S. 103.

⁸ vgl. ebd., S. 99.

⁹ Vgl. LEHBRINK, A. (2010), S. 278f.

¹⁰ Vgl. https://www.ugb.de/bewegung-sport/volle-energie-beim-sport (21.10.2017), Barth, A.: Volle Energie beim Sport. In: UGB-Forum 2/2004 online, S. 162.

¹¹ Ebd.

¹² Vgl. SCHLIEPER, C.A. (2014): Ernährung heute, 15. akt. Auflage. Hamurg: Verlag Dr. Felix Büchner – Handwerk und Technik GmbH, S.1.

¹³ Vgl. www.dr-moosburger.at/pub/pub023.pdf, S. 1 (Zugriff am 29.10.2017) DIE MUSKULÄRE ENERGIEBEREITSTELLUNG IM SPORT.

¹⁴ Vgl. ebd.

¹⁵ S. Anhang Abbildung 1: www.ernaehrung.de/tipps/sport/sportbegriff-muskulatur-energiegewinnung (Zugriff 27.10.2017) + Abbildung 2: Energiegewinnung in der Muskelzelle / Bedeutung des Energiestoffwechsels bei Ausdauerleistungen. www.sportunterricht.de/lksport/atp.html. Energiegewinnung – ATP (Zugriff 25.10.2017)

¹⁶ Vgl. www.dr-moosburger.at/pub/pub023.pdf. S. 2 (Zugriff am 29.29.10.2017)

¹⁷ S. Anhang „Energiebereitstellung im Muskel“ sowie „Energiebereitstellung – ATP Produktion. „Energiegewinnung – ATP. www.sportunterricht.de/lksport/atp.html (Zugriff am 25.10.2017)

¹⁸ Vgl. www.dr-moosburger.at/pub/pub023.pdf S. 5 (Zugriff am 29.10.2017)

¹⁹ Vgl. WEINECK, J. (2010): Optimales Training, 16. Durchgesehene Auflage. Balingen: Spitta Verlag, S. 151.