Sporternährung - Grundlagen

Der Sportbegriff

"Sport" lässt sich nicht ganz leicht definieren, da sich hinter diesem Begriff mannigfaltige Schichten verbergen. Der deutsche olympische Sportbund charakterisiert Sport wie folgt:

"Unter dem Begriff Sport werden verschiedene Bewegungs-, Spiel- und Wettkampfformen, die meist im Zusammenhang mit k√∂rperlichen Aktivit√§ten des Menschen stehen, zusammengefasst. Das Wort wurde im 19. Jahrhundert aus dem englischen "sport" [Spa√ü, Vergn√ľgen, Erholung¬†-¬†Anm. d. Verf.] entlehnt, das [...] auf das lateinische "disportare" (sich zerstreuen) zur√ľckgeht."

Ebenen des Sports

Sport l√§sst sich in verschiedene Ebenen einteilen. Je nachdem, in welchem Umfang er betrieben wird und welches Ziel dabei zugrunde liegt. Die Abbildung zeigt eine m√∂gliche Einteilung, die auf Digel und Burk zur√ľckzuf√ľhren ist.

Ebenen des Sports

Abb.: Einteilung und Charakteristik der Sportebenen (nach Digel & Burk, 2002)

Einteilung der Sportarten

Vielfalt und Angebot der Sportarten sind riesig und sie entwickeln sind st√§ndig weiter. Um die √úbersicht zu bewahren kann es helfen, die einzelnen Sportarten in Gruppen einzuordnen. Entscheidende Kriterien f√ľr eine Einteilung k√∂nnen z. B. die Anforderungen - also ob eher Kraft oder Ausdauer gefragt ist - und die Zielsetzung der jeweiligen Sportart sein (siehe Tabelle).

Sportart Anforderung und Zielsetzung Beispiele
Ausdauersportarten - lange Belastungsdauer
- kontinuierliche Belastung
- Ausdauerfähigkeit
- Marathon, Triathlon
- Langstreckenlauf
Kraftsportarten - Maximalkraftentwicklung
- erhöhte Muskelmasse
- Schnellkraft, Koordination
- Gewichtheben
- Kraftdreikampf
- Bodybuilding
Ausdauersportarten mit
hohem Krafteinsatz
- Kombination von Kraft, Ausdauer
- kontinuierliche Ausdauer
- Kanu
- Radfahren
- Skilanglauf
Schnellkraftsportarten - Kombination Kraft, Schnelligkeit
- Maximalkraft, Kraftausdauer
- Koordination
- Stoßdisziplinen
- Sprungdisziplinen
- Kurzstreckenläufe
- Turnen
Spielsportarten - intervallartige Dauerbelastungen
- Schnelligkeit, Schnellkraft
- Koordination
- Fußball, Handball
- Tennis
Kampfsportarten - Schnelligkeit, Schnellkraft
- Maximalkraft, Ausdauer
- Beweglichkeit
- intervallartige Dauerbelastungen
- Ringen, Judo
- Karate
- Boxen
Nicht klassifizierte Sportarten - wenig ausgeprägtes Profil
(Koordination, Motorik)
- Bogenschießen
- Segeln
- Motorsport
- Reiten

Tab.: Einteilung und Charakteristik der Sportartengruppen (nach Weineck, 2010 & Konopka, 2006)

Muskulatur

Erst durch die Arbeit der Muskeln werden Bewegungen m√∂glich. Gerade sportliche (H√∂chst-)Leistungen w√§ren ohne entsprechend trainierte Muskeln undenkbar. Mit seinen ca. 400 Muskeln, die etwa 40 % des K√∂rpergewichts ausmachen, verf√ľgt der Mensch in dieser Hinsicht √ľber ein gro√ües Potential.

Aufbau und Funktionsweise

Mit dem Muskel verh√§lt es sich ein bisschen wie mit einer Zwiebel: Unter jeder Schicht verbirgt sich wieder eine weitere Lage. Allerdings ist der hoch strukturierte Muskel noch viel komplexer aufgebaut. Ein Muskel ist von straffendem Bindegewebe, der sogenannten Faszie, umgeben. Diese umschlie√üt eine ganze Reihe aneinanderliegender Muskelfasern (= Muskelfaserb√ľndel).

Eine Muskelfaser besteht wiederum aus einer gro√üen Anzahl fadenf√∂rmiger Myofibrillen (= Muskelzelle). Auch die lassen sich in Unterabschnitte einteilen, die Sarkomere. Jedes Sarkomer enth√§lt die kontraktilen Proteinstrukturen Actin und Myosin, die letztendlich f√ľr die Muskelkontraktion sorgen (siehe Abbildung). Bei der Muskelkontraktion schieben sich die beiden Muskelfilamente Actin und Myosin teleskopartig ineinander, wodurch sich der Muskel verk√ľrzt (Gleittheorie der Filamente).

Aufbau eines Muskels

Abb.: Aufbau eines Muskels

Damit die Muskelkontraktion reibungslos verlaufen kann, ist neben den Mineralstoffen Calcium und Magnesium vor allem Energie notwendig. Die Energie f√ľr die Muskelarbeit wird im K√∂rper haupts√§chlich durch zwei energiereiche Phosphatverbindungen bereit gestellt: Kreatinphosphat (KP) und Adenosin-Tri-Phosphat (ATP). Der Mineralstoff Calcium ist wichtig bei der Kontraktion des Muskels, Magnesium hingegen f√∂rdert die Muskelentspannung im Anschluss an die Kontraktion. Kr√§mpfe sind daher oft auf einen Magnesiummangel zur√ľckzuf√ľhren (Gekle et al., 2010).

Muskelfasertypen

Die Anforderungen an einen Muskel sind unterschiedlich, je nachdem, ob von ihm eher Geschwindigkeit oder Ausdauer gefordert wird. Den verschiedenen Anspr√ľchen wird der Muskel durch unterschiedliche Fasertypen gerecht. So muss die R√ľckenmuskulatur z. B. lang andauernde Haltearbeit leisten und ist deshalb reich an den erm√ľdungsresistenten roten Muskelfasern. Im Vergleich dazu muss die Augenmuskulatur viele schnelle, kurze Bewegungen vollf√ľhren, was ihr ihre vorwiegend wei√üen Muskelfasern erm√∂glichen.

Der √ľberwiegend vorliegende Muskelfasertyp bestimmt die Art der Energiegewinnung im Muskel: Rote Muskelfasern sind vor allem f√ľr lang anhaltende Ausdauerbelastungen geeignet (aerob, mit Sauerstoff). Dazu nutzen sie haupts√§chlich Kohlenhydrate und Fette als Brennstoff. Wei√üe Muskelfasern hingegen, die besonders f√ľr kurze, kr√§ftige Bewegungen verantwortlich sind, haben einen h√∂heren Phosphatspeicher. Sie beziehen ihre Energie haupts√§chlich aus KP, ATP und dem anaeroben Weg der Kohlenhydratverbrennung.

Muskelfasern lassen sich in drei Typen einteilen:

Bezeichnung Eigenschaften
Rote Muskelfasern
(Typ I; ST-Fasern)
- geringer Durchmesser
- reich an Myoglobin
- erm√ľdungsresistent
- langsam zuckend
Intermediäre Muskelfasern
(Typ II a/c, FTO-Fasern)
- relativ erm√ľdungsresistent
- schnell zuckend
Weiße Muskelfasern
(Typ II b, FT-Fasern)
- größerer Durchmesser
- weniger Myoglobin
- schnell erm√ľdbar
- schnell zuckend

Tab.: Einteilung und Charakteristik der Muskelfasertypen (Gekle et al., 2010)

Üblicherweise besteht die Skelettmuskulatur aus einer Mischung verschiedener Muskelfasern. Das Verhältnis kann sich aber zwischen den Muskeln unterscheiden und ist zudem von Mensch zu Mensch individuell unterschiedlich. Auch die Art des sportlichen Trainings beeinflusst den Muskelaufbau. Beispielsweise haben ausdauernde Langstreckenläufer sinnigerweise eine hohe Anzahl an langsam kontrahierenden Muskelfasern, wohingegen 100 m-Sprinter, passend zu der von ihnen geforderten, kurzzeitigen Höchstleistung, mehr schnell kontrahierende Muskelfasern besitzen.

Energiegewinnung im Muskel

Durch die Verbrennung der Hauptnährstoffe (Kohlenhydrate, Fette, Proteine) gewinnt der Körper Energie in Form von Adenosin-Tri-Phosphat. Nicht alle Energie wird sofort benötigt und so wird ein Teil als Kreatinphosphat, Glykogen oder Fett zwischengelagert, um daraus später - im Bedarfsfall - wieder ATP zu gewinnen.

Folgende Energiespeicher stehen dem K√∂rper zur Verf√ľgung:

Energiespeicher Körperspeicher [kcal] Körperspeicher [kJ] ATP-Bildungsrate [mmol/min]
ATP
1,5
6,3
4,4
Kreatinphosphat
3,5
14,7
4,4
Glykogen
1.200
5.040
1,0 - 2,4
Fett (Triglyceride)
50.000
210.000
0,4

Tab.: Energiespeicher eines 75 kg schweren Menschen (Weineck, 2010)

Wann und wie die Energieträger ATP, KP, Glykogen und Fett eingesetzt werden, hängt von der Art und der Dauer der sportlichen Belastung ab (siehe Abbildung).

Anteil der Energiebereitstellung

Abb.: Art der Energiebereitstellung in Abhängigkeit von der Belastungsdauer I (mod. nach Leitzmann, 2009)

Die Energie wird aus den Energieträgern auf drei unterschiedliche Arten gewonnen. Welcher Weg genutzt wird, bestimmen u.a. die Belastungsdauer und -intensität sowie das Sauerstoffangebot (siehe Tabelle).

Art der Bereitstellung Beschreibung
Anaerob alactazid - via ATP und KP
- ohne Sauerstoff
- keine Bildung von Milchsäure (Lactat)
- kurze, explosive Belastungen (max. 2 - 20 s)
Anaerob lactazid - aus dem Abbau von Glucose/Glykogen
- unter Sauerstoffmangel
- unter Bildung von Lactat
- bei intensiven Belastungen bis 2 min
Aerob (alactazid) - aus der vollständigen Verbrennung der Makronährstoffe
 (Kohlenhydrate, Fette, evtl. auch Proteine)
- unter Sauerstoffverbrauch
- keine Bildung von Milchsäure (Lactat)
- langandauernde, mäßige Belastungen (> 30 min)

Tab.: Arten der Energiebereitstellung (Konopka, 2006)

Aus der Tabelle wird deutlich, dass die schnell verf√ľgbaren Energiereserven nur begrenzt zur Verf√ľgung stehen. So erfolgt die Energiebereitstellung durch ATP und KP zwar unmittelbar, die vorhandene Menge dieser Energielieferanten reicht aber nur f√ľr wenige Sekunden aus. Bei l√§nger andauernder Muskelarbeit wird der Muskel durch den Abbau von Glucose bzw. der Fetts√§uren mit Energie versorgt. Dabei liegt der gr√∂√üte und nahezu unersch√∂pfliche Speicher mit rund 50.000 kcal im Fettgewebe. Weil aber viel Sauerstoff zur Energiefreisetzung aus Fett ben√∂tigt wird, wird dieser N√§hrstoff erst bei m√§√üigen und lang andauernden Belastungen ab 120 min in gr√∂√üerem Umfang genutzt.

Glycolyse - Abbau der Glucose

Glucose, das wesentliche Abbauprodukt der Kohlenhydrate, wird im menschlichen K√∂rper in Form von Glykogen in Leber und Muskeln gespeichert. Beim durchschnittlich aktiven Menschen umfasst der Speicher etwa 250-300 g Glykogen im Muskel und 100-150 g in der Leber. Durch Sport, v. a. Ausdauerleistungen, kann die Kapazit√§t des Muskels auf bis zu 600 g erh√∂ht werden. Weil Glykogen bei l√§ngerfristiger sportlicher Leistung wichtig ist, versuchen L√§ufer im Rahmen einer Wettkampfdi√§t ihre Speicher m√∂glichst komplett aufzuf√ľllen, um von diesem Energietr√§ger w√§hrend des Rennens bestm√∂glich zu profitieren (siehe Ern√§hrung bei Wettk√§mpfen).

Muskelglykogen ist deshalb so wichtig, weil es f√ľr die Energiebereitstellung genutzt werden kann. Hierf√ľr wird es in die stoffwechselaktive Form von Glucose, dem Glucose-6-Phosphat, umgewandelt und √ľber mehrere Stoffwechselschritte (Glycolyse) zu Brenztraubens√§ure (Pyruvat) abgebaut. In Abh√§ngigkeit vom Sauerstoffangebot, der Belastungsintensit√§t und -dauer k√∂nnen anschlie√üend zwei verschiedene Wege eingeschlagen werden.

A. Anaerobe Glycolyse - Glucoseabbau bei Sauerstoffmangel

Kurzzeitig (20-90 Sekunden bis max. zwei Minuten) erfolgt die ATP-Gewinnung haupts√§chlich aus der anaeroben Glycolyse. Dabei wird aus der Glucose gewonnenes Pyruvat zu Milchs√§ure (Lactat) abgebaut. Bei dieser Reaktion entstehen 2 Mol ATP - eine eher niedrigere Energieausbeute. Der bescheidene Beitrag wird jedoch durch die hohe Geschwindigkeit wieder wett gemacht. Im Vergleich zur wirksameren aeroben Glycolyse l√§uft die anaerobe Variante doppelt so schnell ab. Allerdings steigt bei diesem Stoffwechselweg auf l√§ngere Sicht die Milchs√§urekonzentration im Blut an (Lactatazidose). Somit sinkt der pH-Wert im Muskel ab, was wiederum wichtige Enzyme der Muskelkontraktion hemmt. In der Folge kommt es zu einem Muskelbrennen und einer schnellen Erm√ľdung. Wegen diesen Konsequenzen k√∂nnen sehr intensive sportliche Leistungen, wie beispielsweise Sprints, nicht √ľber einen l√§ngeren Zeitraum ausgef√ľhrt werden.

B. Aerobe Glycolyse - Glucoseabbau in Anwesenheit von Sauerstoff

Bei l√§nger anhaltenden Belastungen √ľber 2 Minuten setzt zunehmend die aerobe Glycolyse ein. Zun√§chst erfolgt aber (zwischen 2-8 Minuten) eine Mischung aus der anaeroben und der aeroben Energiebereitstellung. Erst bei etwas l√§ngeren Bewegungsabl√§ufen (√ľber 8 Minuten) √ľberwiegt schlie√ülich die aerobe Glycolyse. F√ľr die Verstoffwechselung der Glucose wird nun vermehrt Sauerstoff eingesetzt. Glucose wird auch bei aeroben Gylkolyse zun√§chst zu Pyruvat abgebaut. Anschlie√üend folgt jedoch nicht eine Umwandlung zur Milchs√§ure, sondern der weitere Abbau zu Acetyl-CoA. Das Acetyl-CoA wird √ľber mehrere Schritte (im Citratcyclus) vollst√§ndig zu Wasser und Kohlenstoffdioxid abgebaut, wobei Energie in Form von ATP frei wird. Aus einem Molek√ľl Glucose k√∂nnen bei der aeroben Glycolyse 32 Mol ATP gewonnen werden, das sind 30 Mol mehr als bei dem anaeroben Weg! Energetisch gesehen ist dieser Stoffwechselweg somit sehr effektiv, wenn die hohe Wirksamkeit auch auf Kosten der Zeit geht.

Lipolyse - Fettabbau

Eine niedrige Belastungsintensit√§t und eine lange Belastungsdauer (ab 120 Minuten) sind die wesentlichen Voraussetzungen daf√ľr, dass der K√∂rper Fett zur Energiegewinnung heranzieht. Dadurch werden die schneller mobilisierbaren Energiespeicher (Glykogen) geschont und stehen f√ľr kurzzeitige Eins√§tze, z. B. Sprints, zur Verf√ľgung. Auch wenn die Glykogenspeicher ersch√∂pft sind, steigt der K√∂rper auf die Fettreserven um. Dabei wird das Fett (genauer: die Triglyceride) aus den Speichern freigesetzt und nach und nach durch Enzyme (Lipasen) zu Acetyl-CoA abgebaut. Acetyl-CoA kann in den Citratcyclus eingeschleust werden, da es einem Zwischenprodukt dieses Stoffwechselwegs entspricht. Der Abbau einer Fetts√§ure liefert dabei ungef√§hr 107 Mol ATP, eine gro√üe Menge an Energie. Somit bringt der Abbau von Fetten noch mehr Energie ein als der von Kohlenhydraten. Die Kehrseite ist, dass der Fettabbau zugleich mehr Zeit und mehr Sauerstoff braucht. Da die Sauerstoffaufnahme jedoch durch die Lunge begrenzt ist, ist der Fettabbau unter dem Strich weniger effektiv als der Abbau von Kohlenhydraten.

Skizze Energiegewinnung

Abb.: Arten der Energiegewinnung in Abhängigkeit von der Belastungsdauer II (mod. nach Leitzmann, 2009)

Nährstoffe: Wie viel, wovon und wann...

Vom K√∂rper werden in Ruhe Kohlenhydrate und Fette zu etwa gleichen Teilen f√ľr die Energiegewinnung herangezogen. Zu diesem Zweck nutzt der Muskel vor allem Glucose aus dem Blut und Fetts√§uren aus dem Fettgewebe. Bei intensiver Belastung verschiebt sich das Verh√§ltnis der herangezogenen N√§hrstoffe in Richtung der Kohlenhydrate (Muskelglykogen). Bei niedriger und mittlerer Intensit√§t ist der Anteil der Fettverbrennung erh√∂ht. In Ausnahmef√§llen, wie beispielsweise in Hungersituationen (also bei absolutem Energiemangel) und bei einem Mangel an Kohlenhydraten k√∂nnen auch Muskelproteine zur Energiebereitstellung angezapft werden. Der Abbau von Muskelprotein ist nat√ľrlich nachteilig, steht er doch im krassem Gegensatz zu dem Wunsch des Sportlers, die Leistungsf√§higkeit zu steigern. Er ist somit unerw√ľnscht. Um gar nicht erst in diese Lage zu kommen, sollten Sportler auf eine ausreichende Energieversorgung mit einem hinreichenden Kohlenhydratanteil achten.

Wann welche Energiequelle beim Sport zum Einsatz kommt, h√§ngt letztendlich von den Umgebungsbedingungen (Belastungsdauer, Belastungsprofil, Sauerstoffverf√ľgbarkeit, Belastungsintensit√§t etc.), der k√∂rperlichen Konstitution und dem Stoffwechsel des Sportlers ab.