Egal ob feste oder flüssige Nahrung: Lebensmittel die über Mund und Magen in den Körper gelangen sind noch nicht verdaut. Essen oder Trinken in den Mund zu stecken heißt noch lange nicht, dass die darin enthaltene Energie auch im Körper ankommt. Magen-Darm-Beschwerden deuten mitunter daraufhin, dass ein Teil der Nahrung nicht oder nur unzureichend verdaut wird. Dies gilt es besonders in der Sporternährung zu vermeiden. In diesem Artikel soll geklärt werden, wie Kohlenhydrate aufgenommen werden und welche Aufnahme physiologisch möglich ist.
Die eigentliche Aufnahme von Kohlenhydraten geschieht nach der Passage des Magens im Dünndarm. Lange Kohlenhydratketten werden gespalten und in Einfachzucker zerlegt. Diese werden über Zuckertransporter (Transportproteine) von den Zellen der Dünndarmschleimhaut aufgenommen, dort teilweise umgewandelt und über weitere Transporter in den Blutstrom abgegeben. Funktion, Aufgaben und Wirkmechanismen der Transportproteine im Körper sind zwar noch nicht vollständig verstanden, dennoch präsentiert die Forschung einige wichtige Fakten und Beobachtungen.
Bei sehr hohen Mengen an Kohlenhydraten kann es vorkommen, dass die Enzyme zur Spaltung der Kohlenhydrate nicht ausreichen und damit Kohlenhydrate unverdaut weiter in den Dickdarm gelangen. Es kann unter Umständen zu heftigen Verdauungsbeschwerden kommen. Ebenso kann dies bei einer Sättigung der Transporter auftreten. Das heißt es sind mehr Einfachzucker vorhanden als Transporter. Bei der Laktoseintoleranz, also einer Milchzuckerunverträglichkeit, kann der Zweifachzucker Laktose in Folge fehlender oder verminderter Produktion des Verdauungsenzyms Lactase nicht oder nicht vollständig verdaut werden. Bei einer Fruchtzuckerintoleranz sind es die sogenannten GLUT5-Transporter, die zur Absorption nicht in ausreichender Menge vorhanden sind. Glukose wird hauptsächlich über den natrium-abhängigen Glukosetransporter SLGT1 (sodium-glucose linked transporter) aufgenommen. Diese Transporter erlauben eine maximale Aufnahme von Glukose aus dem Dünndarm von 1,0 bis 1,1 Gramm pro Minute, was gut 60 Gramm pro Stunde entspricht. Die Muskulatur kann jedoch deutlich größere Mengen Glukose verarbeiten. Verabreicht man Glukose via Blutinfusion, so konnte gezeigt werden, dass fast die gesamte infundierte Glukose von bis zu 3,0 g/min während des Trainings vom Muskel oxidiert wird. Die Aufnahmekapazität im Dünndarm stellt ein Nadelöhr für die Energieversorgung dar.
Die vom Dünndarm ins Blut abgegebene Stoffe werden zum Teil von der Leber aufgenommen und verarbeitet. Glukose aus dem Dünndarm bleibt von der Leber weitestgehend unberührt und gelangt über das Blut zur Muskulatur. Die Leber kann selbst Glukose in den Blutstrom abgeben und die Glukosekonzentration im Blut bei erhöhtem Verbrauch aufrechterhalten. Sie verbraucht und produziert Glukose gleichzeitig. Im nüchternen Zustand dominiert der Produktionsweg über die Glukoneogenese und führt zu einer Netto-Glukoseproduktion. Die Glukoseproduktion in der Leber ist ein komplexer Prozess, der sich aus der Aktivierung des Glykogenabbaus (Glykogenolyse) und der Glukoneogenese ergibt. Sowohl Insulin als auch sein Gegenspieler Glukagon steuern diese Prozesse. Das Verhältnis der beiden Hormone bestimmt, ob von der Netto-Glukoseproduktion auf den Netto-Glukoseverbrauch umgeschalten wird. Durch orale Zufuhr ausreichend hoher Glukose steigt der Insulinspiegel und das Insulin:Glukagon-Verhältnis. Dies verlangsamt die Glukoseproduktion, wodurch bestimmte Enzyme für andere Stoffwechselprozesse genutzt werden können. Daher kann die Zufuhr von Glukose während des Trainings den Kohlenhydratstoffwechsel in der Leber teilweise oder sogar vollständig erhalten. Fruktose, die zusammen mit Glukose eingenommen wird, beeinflusst den Leberstoffwechsel ebenfalls positiv. Sowohl die Zufuhr von Glukose, als auch die Zufuhr von Glukose zusammen mit Fruktose zeigen positive Effekte hinsichtlich der Leberstoffwechsels. Im Gegensatz zur Glukose, die von allen Körperzellen direkt verwendet wird, ist Fruktose durch einen spezifischen, zweistufigen Stoffwechsel gekennzeichnet. Über 90 Prozent der oral aufgenommenen Fruktose wird in Organen und insbesondere in der Leber verstoffwechselt bzw. umgewandelt. Anschließend werden diese in der Leber entstandenen sekundären Substrate wieder abgegeben. So steht die mit der Nahrung aufgenommene Fruktose dem Skelettmuskel weniger unmittelbar zur Verfügung als Glukose. Die Freisetzung von Energieträgern wie Laktat oder Glukose aus der Leber macht je nach Studie zwischen 50 und 80 Prozent der Fruktoseaufnahme während des Trainings aus und ist mitunter vom individuellen Leberstoffwechsel abhängig. So spielt auch das Training des Leberstoffwechsels bei der sportlichen Leistungsfähigkeit eine wichtige Rolle. Von der Fruktose, die von der Leber aufgenommen wird, wird rund 30 bis 55 Prozent in Glukose umgewandelt. Weitere 25 bis 30 Prozent der aufgenommenen Fruktose verwandelt die Leber in Laktat. Generell kann Fruktose von der Leber auch zu Fett abgebaut und gespeichert werden. Der Vorgang ist jedoch an das Verhältnis von Insulin zu Glukagon gekoppelt und kommt unter erhöhter körperlicher Belastung kaum vor.
Da es vor allem der Absorptionsprozess im Dünndarm ist, der die Kohlenhydratoxidation begrenzt, wird dazu geraten, eine Kombination unterschiedlicher Kohlenhydraten zuzuführen, die verschiedene Transporter für die Absorption nutzen. Demnach müssen nicht nur Muskulatur, Herz-Kreislauf-System und Lungen auf Wettkämpfe vorbereitet werden, auch unser Verdauungssystem bzw. Organe brauchen Training. Um den Körper auf die hohe Energiezufuhr während enormer Belastung vorzubereiten, ist eine zeitweise Nahrungszufuhr mit hoher Energiedichte und insbesondere hoher Kohlenhydratzufuhr nötig. Das Konzept ist auch als „train the gut“ bekannt. Vor allem beim Fruchtzucker kann eine regelmäßige Zufuhr, z.B. durch den Verzehr von Obst, die Toleranz von größeren Fruchtzucker Mengen ermöglichen, da die Anzahl der Fruktose Transporter GLUT5 im Darm dadurch steigt. Die maximale Aufnahmemenge von Fruktose der Dünndarmschleimhaut beläuft sich auf rund 0,4 g/min, ist aber stärker individuell ausgeprägt als bei Glukose. Die Anzahl der GLUT5-Transporter kann auch kurzfristig angehoben werden und zeigen Schwankungen im Tagesverlauf. Wer im Wettkampf auf fruktosehaltige Nahrung zurückgreifen möchte, sollte demnach nicht nur in den Tagen und Wochen vorher Fruktose zuführen, sondern auch in der Mahlzeit am Wettkampftag unmittelbar vor dem Rennen. Bei längeren Radmaratons kann dies z.B. in Form von Honig oder Marmelade passieren. Bei hoher Zufuhr von Glukose konnte die Ausbildung eines zusätzlichen GLUT2-Transporters beobachtet werden, der zusätzliche Glukose aus dem Dünndarm aufnehmen kann – wenn auch nur in geringem Umfang. Die gemeinsame Einnahme von Glukose und Fruktose erhöht die Aufnahmekapazität für beide Zuckerarten. Generell werden alle GLUT-Transporter nach Bedarf ausgebildet. Die tägliche Ernährung sowie die Ernährung unmittelbar vor dem Wettkampf spielt daher eine wichtige Rolle für die Wettkampfernährung.
In zahlreichen Studien konnte gezeigt werden, dass die Kohlenhydratzufuhr und -oxidation durch eine Kombination unterschiedlicher Zuckerarten gesteigert werden kann. Im Vergleich zu einer hohen Effizienz der Oxidation von exogener Glukose von 81 bis zu 98 Prozent, ist die Effizienz der Oxidation von Fruktose geringer. In den meisten Studien dazu lag die Fruktose-Oxidationseffizienz zwischen 52 und 85 Prozent. Die geringere Effizienz von Fruktose im Vergleich zu Glukose könnte z.B. auf eine langsamere Aufnahme im Dünndarm und/oder eine Speicherung sowie Verstoffwechselung von Fruktose in der Leber zurückzuführen sein. Der Fruktosestoffwechsel steht in enger Verbindung zum Glukosestoffwechsel. Ein geringer Teil der Fruktose, der von der Dünndarmwand aufgenommen wird, wird bereits dort zu Glukose abgebaut. Der wichtigste Faktor, der die exogene Glukoseoxidation begrenzt, ist die Aufnahme im Dünndarm, die bei der gleichzeitigen Gabe zusammen mit Fruktose verbessert bzw. optimiert wird. Bei einer Kombination aus Glukose und Fruktose kann die Oxidationsrate exogener Kohlenhydrate um bis zu 65 Prozent im Vergleich zu reiner Glukose ansteigt. Die erhöhte Kohlenhydratoxidation durch eine Kombination unterschiedlicher Zuckerarten ging in den Studien dazu mit einer erhöhten Flüssigkeitszufuhr und einer verbesserten Oxidationseffizienz einher, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Magen-Darm-Beschwerden verringert werden konnte. Studien haben auch gezeigt, dass mehrere transportierbare Kohlenhydrate im Vergleich zu einem einzigen Kohlenhydrat zu einer geringeren Ermüdung und einer besseren körperlichen Leistungsfähigkeit führen. In einigen Studien konnte gezeigt werden, dass selbst eine Kohlenhydratzufuhr von 120 g/h durch entsprechende Kombination von Kohlenhydraten ohne Probleme möglich ist. Dabei konnte die Zufuhr je nach individueller Vorliebe durch feste und/oder flüssige Kohlenhydratquellen erfolgen. Die Oxidationsraten der exogenen Kohlenhydrate unterschieden sich zwischen den unterschiedlichen Nahrungsformen (fest/flüssig) nicht.
Fazit: Ein Verhältnis von 2:1 von Glukose zu Fruktose bietet eine hervorragende Energieverfügbarkeit bei gleichzeitig sehr guter Verträglichkeit. Generell sollten Sportgetränke und -nahrung nicht nur während des Wettkampfs, sondern auch während der Trainingsfahrten konsumiert werden, um den Körper zu akklimatisieren und die optimale Wirkung zur Leistungssteigerung zu erzielen.
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