Lange galt es als unangreifbares Faktum: Sportler brauchen Zucker um Leistung zu erbringen. Carb-Loading und Pasta-Parties sind daher fixer Bestandteil vieler Laufveranstaltungen. Doch es regt sich Widerstand und zahlreiche Wissenschaftler und Sportler beginnen das alte Dogma in Frage zu stellen.

Dr. Steven Phinney und Dr. Jeff Volek gehören zu diesen Wissenschaftlern. Beide, ihres Zeichens Sportmediziner, beschäftigen sich mittlerweile seit vielen Jahrzehnten mit Ketoadaption, also der Anpassung an eine kohlenhydratarme Ernährung, und damit, welche Vorteile sie für Athleten haben könnte.

Stetige Energieversorgung

Eines der großen Probleme, gerade für Ausdauersportler, ist die begrenzte Speicherkapazität des Körpers für Kohlenhydrate. Ein austrainierter Athlet kann in etwa 2500 kcal in Form von Kohlenhydraten speichern. Bei Wettbewerben, die länger als 2 – 3 Stunden dauern, kommt er damit leicht an seine Grenzen: der Athlet muss Glucose zu sich nehmen. Meistens werden Glucosegels oder Riegel genutzt, welche allerdings bei vielen zu gastro-intestinalen Problemen (Durchfällen) führen können. Das wirkt sich äußerst nachteilig auf die Leistung aus. Ein weiteres Problem ist das richtige Timing. Wird nicht rechtzeitig „nachgeladen“, geht dem Athleten die Energie aus und es kommt zu einem massiven Leistungsabfall. In erster Linie, weil dem Gehirn der Zucker fehlt. Das löst eine flight or fight Reaktion aus, die auch als „central governor fatigue“ bezeichnet wird.

Abbildung1: Durchschnittliche Menge an Energie, die ein 70-75 kg schwerer Athlet in Glycogen bzw. im Fettgewebe gespeichert hat.

Abbildung1: Durchschnittliche Menge an Energie, die ein 70-75 kg schwerer Athlet in Glycogen bzw. im Fettgewebe gespeichert hat.

Hat ein Athlet allerdings die notwendige metabole Flexibilität und ist an eine Versorgung über Ketone und freie Fettsäuren angepasst, treffen all die eben genannten Probleme nicht ein. Wie in der Grafik oben, haben selbst sehr schlanke Athleten viele tausend Kalorien in Form von Körperfett gespeichert. Viele Stunden Hochleistung sind damit möglich, ohne, dass dem Körper die Energie ausgeht.

Weniger Glycogen-Bedarf bei ketoadaptierten Sportlern

Sportler, die ketoadaptiert sind, haben zwar weniger Muskelglycogen gespeichert, sie verbrauchen aber auch wesentlich weniger Glycogen. Schaut man sich RQ (resperatory quotient) an so sieht man eine deutliche Verlagerung von 50/50 Carbs/ Fett zu 10/90 Carbs/ Fett.

Abbildung 2: Phinney SD, Bistrian BR, Evans WJ, Gervino E, Blackburn GL: The human metabolic response to chronic ketosis without caloric restriction: preservation of submaximal exercise capability with reduced carbohydrate oxidation.

Abbildung 2: Phinney SD, Bistrian BR, Evans WJ, Gervino E, Blackburn GL: The human metabolic response to chronic ketosis without caloric restriction: preservation of submaximal exercise capability with reduced carbohydrate oxidation.

In dieser Studie hatten die LC Athleten zwar nur noch halb so viel Muskelglycogen, allerdings war gleichzeitig der Verbrauch um ¾ reduziert. Das heißt der Glycogenbedarf war nur noch ¼ vom ursprünglichen Wert.

Wie viel Fett kann man maximal verbrennen?

In früheren Untersuchungen stellte man sich die Frage, was die maximale Menge (g) an Fett ist, die pro Zeiteinheit oxidiert werden kann. Venables et al. bestätigt die Ergebnisse vorangegangener Studien, dass 1g pro Minute oder 60g pro Stunde ein Maximum darstellt. Interessanter Weise gilt dies nicht für ketoadaptierte Sportler. Mehrere Studien zeigen, dass sich die maximale Menge an Fett, die pro Minute oxidiert werden kann, beinahe verdoppelt.

Vergleicht man die Daten von Venables et al. und Phinney et al. so sieht man, dass bei ketoadaptierten Teilnehmern die höchste gemessene Fettoxidationsrate bei 112 g/ Stunde lag und die niedrigste Oxidationsrate bei 74 g/ Stunde. Dahingegen war die höchste gemessene Oxidationsrate bei nicht-ketoadaptierten Menschen bei 60 g/ Stunde und die niedrigste bei 11 g/ Stunde. Im Schnitt sehen wir in der ketoadaptierten Gruppe eine dreifach höhere Fettoxidationsrate als bei nicht-ketoadaptierten Menschen.

 

Abbildung 4: Auswirkung der Ketoadaption auf die maximale Fettoxidation.

Abbildung 3: Auswirkung der Ketoadaption auf die maximale Fettoxidation.

Die FASTER Study

Im März 2014 hat Jeff Volek 20 Elite-Athleten rekrutiert. Ziel der Studie war es, Unterschiede zwischen glucoseadaptierten (HCD) und ketoadaptierten (LCD) Athleten empirisch zu messen. Die Studie, mit dem passenden Akronym FASTER (FASTER=Fat-Adapted-Substrate oxidation in-Trained-Elite-Runners), wurde im Human Performance Laboratory (University of Connecticut) durchgeführt. Die Studie selber wird frühestens Mitte 2015 publiziert, allerdings hat Dr. Volek die  wichtigsten Ergebnisse der Studie bei einer Konferenz Ende 2014 präsentiert.

Studienteilnehmer

Die Studienteilnehmer wurden so ausgewählt, dass beide Versuchsgruppen so homogen wie möglich sind.

Methode

Muskelbiopsie, Blutanalyse und Urinanalyse

Ergebnisse

Während sich die Ergebnisse der HCD Gruppe mit denen von Venables et al. decken, waren die Ergebnisse der LCD Gruppe auf einem vollkommen anderen Level. Die durchschnittliche Fettoxidationsrate war mehr als das DOPPELTE der HCD Gruppe. Der niedrigste Wert in der LCD Gruppe lag immer noch bei 1,1 g/ Minute und damit höher als der höchste Wert in der HCD Gruppe.

 

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Abbildung 4: Maximale Fettoxidation während VO2 max

 

Fettoxidation in Abhängigkeit von Trainingsintensität

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Abbildung 5: Fettoxidationsrate in Abhängigkeit vom %VO2max

 

In der klassischen Trainingslehre spricht man vom sogenannten „Cross-Over Point“. Der Cross-Over Point wurde von George Brooks et.al. (UC Berkeley) erforscht und etabliert. Er beschreibt im Wesentlichen den Punkt des Übertritts (cross-over), von hauptsächlich Fettoxidation zu Glucoseoxidation. Dieser Punkt liegt, je nach Trainingszustand, zwischen 35 – 65% VO2max. In anderen Worten, Fett als Energielieferant spielt nur in Trainingsbereichen von niedriger bis mittlerer Intensität eine Rolle.

Allerdings beziehen sich diese Werte nur auf „zuckerverbrennende“ Sportler. Bei ketoadaptierten Athleten schaut die Sache wieder gänzlich anders aus. Nicht nur wird, wie wir schon in Abb. 6 gesehen haben, signifikant MEHR Fett pro Minute oxidiert, sondern das Maximum wird bei wesentlich höheren Intensitäten erreicht. Dadurch kann Fettoxidation selbst bei 80% VO2 max und mehr, eine zentrale Rolle in der Energiebereitstellung spielen.

Energiebereitstellung während submaximalem Training

Das Verhältnis, in dem Kohlenhydrate und Fette zur Energiebereitstellung herangezogen werden, ändert sich dramatisch durch den Umstieg auf eine ketogene Ernährung. Siehe Abb. 6 unten.

High Carb Diet (HCD)

Zu Beginn des Trainings bezieht der Körper etwas mehr als 50% der Energie aus Glucose. Dieses Verhältnis verschiebt sich dann im Laufe der Dauer des Trainings etwas mehr in Richtung Fett. Nach etwa 120 Minuten kommen etwa 40% der Energie aus Glucose und 60% aus Fett. Die Kurve flacht hier ab und diese Aufteilung bleibt für die Restdauer des Trainings (180 Minuten) aufrecht.

Low Carb Diets (LCD)

Ein vollkommen anderes Bild sehen wir, nach dem die Individuen ketoadaptiert sind. Von der ersten Minuten an, kommen über 80% der Energie aus Fett nur etwa 15% aus Glucose. Das interessante ist, dass sich dieses Verhältnis über die gesamten 180 Minuten kaum verändert. Ketose ist also nicht nur glycogensparend, sondern ermöglicht auch effektiv auf Fettspeicher zuzugreifen und den Großteil der benötigten Energie aus diesen bereitzustellen.

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Abbildung 6: Energiebereitstellung bei submaximalem Training (65% VO2max) über 180 Minuten

Erhöhte Fettsäurenkonzentration und Fettsäurenaufnahme während des Trainings

Helge et al. zeigt, dass bei fettadaptierten Sportlern die Konzentration von freien Fettsäuren im Plasma während des Trainings höher ist, als bei zuckeradaptierten Sportlern. Da ein ketoadaptierter Sportler eine „fat-burning machine“ ist, verändert sich auch die zelluläre Aufnahmefähigkeit von Fettsäuren. In Abb. 8 Bild B ist die Fettsäureaufnahme über die Trainingsdauer von 60 Minuten aufgetragen. Die Fettsäurenaufnahme steigt zu Beginn des Trainings extrem an und verbleibt während des gesamten Trainings auf hohem Niveau. Der Unterschied zwischen der FET Gruppe und der CHO Gruppe ist signifikant.

Abbildung 7: Helge, J. W., Watt, P. W., Richter, E. A., Rennie, M. J., & Kiens, B. (2001). Fat utilization during exercise: adaptation to a fat-rich diet increases utilization of plasma fatty acids and very low density lipoprotein-triacylglycerol in humans. The Journal of Physiology, 537(3), 1009-1020

Abbildung 7: Helge, J. W. et.al. (2001)

Führt low-carb high-fat zu Muskelabbau?

Ein Punkt, der des Öfteren von Ernährungswissenschaftlern erwähnt wird, ist die Frage des Muskelabbaus. Die Bedenken sind, dass bei fehlender Versorgung mit Kohlenhydraten, der Körper auf Eiweiß zurückgreifen könnte. Wie bereits ausführlich erklärt trifft dies auf einen ketoadaptierten Athleten auf keinen Fall zu. Die Grundversorgung findet selbst bei hohen Belastungen (>80% VO2max) in erster Linie über die Fettoxidation statt. Der Rest wird, wie sonst auch, über die Glycogenspeicher bereitgestellt. Da der grundsätzliche Bedarf an Glucose dramatisch verringert wird, sind die normal vorhandenen Glycogenspeicher vollkommen ausreichend. Ein Muskelabbau ist daher nicht zu befürchten. Ob Muskel auf- oder abgebaut wird, ist in erster Linie davon abhängig, ob ausreichend hochqualitatives Protein und insgesamt genügend Energie zugeführt wird. Es ist sogar so, dass bei einem Kaloriendefizit, eine ketogene Ernährung muskelmassesparend wirkt und weniger Masseverlust stattfindet.

Fazit

Eine richtig formulierte ketogene Ernährung kann, gerade für Athleten im Ausdauer und Ultra-Ausdauerbereich, nicht nur ohne Gefahr des Leistungsverlusts implementiert werden, sondern auch andere große Vorteile bringen. Einige der Vorteile sind:

  • einfache Gewichtsregulation
  • weniger Abhängigkeit von Glucose und Glycogenspeicherung und damit die
  • Sicherung einer dauerhaften Energieversorgung während Training und Wettkampf.

Referenzen

Venables, Michelle C., Juul Achten, and Asker E. Jeukendrup. „Determinants of fat oxidation during exercise in healthy men and women: a cross-sectional study.“ Journal of applied physiology 98.1 (2005): 160-167.

Helge, J. W., Watt, P. W., Richter, E. A., Rennie, M. J., & Kiens, B. (2001). Fat utilization during exercise: adaptation to a fat-rich diet increases utilization of plasma fatty acids and very low density lipoprotein-triacylglycerol in humans. The Journal of Physiology, 537(3), 1009-1020

Winterer, Joerg et al. 2004. Whole body protein turnover, studied with 15N-glycine, and muscle protein breakdown in mildly obese subjects during a protein-sparing diet and a brief total fast. Metabolism – Clinical and Experimental , Volume 29 , Issue 6 , 575 – 581

Dieser Artikel erschien in ähnlicher Form zuerst auf Julias Blog leichtergesundleben.at