Das Verhältnis der beiden Hormone Insulin und Glukagon bestimmt die Stoffwechselvorgänge bei körperlicher Belastung hinsichtlich der Energieversorgung. Beide werden von der Bauchspeicheldrüse gebildet und sind Gegenspieler. Insulin senkt den Blutzuckerspiegel und Glukagon führt zu einer Anhebung des Blutzuckers über die Neubildung von Glukose (Glukoneogenese). Die Produktion der beiden Hormone wird wiederum durch andere Hormone reguliert. Neben den Katecholaminen Dopamin, Noradrenalin und Adrenalin (siehe Teil 1), spielen beim Sport hier sogenannte Glukokortikoide und hier insbesondere das Stresshormon Cortisol eine wichtige Rolle. Bei Cortisol handelt sich dabei um ein Steroidhormon, das bei Stress wichtige Abwehrmechanismen des Körpers regelt und bei der Regulierung des Blutzuckerspiegels hilft. Obwohl Cortisol dafür bekannt ist die Glukoseaufnahme im Muskel zu behindern, ist Cortisol gerade bei hoher körperlicher Belastung ein wichtiges Hormon. Cortisol wird beim Sport ausgeschüttet und führt zu einem Anstieg von Glukagon.
Glukagon regt in der Leber die Neubildung von Glukose durch die Glukoneogenese an. Wieviel Glukose gebildet wird hängt von der Trainingsintensität und dem Trainingszustand ab. Bei niedrigen Intensitäten und besonders bei Training in nüchternem Zustand bleibt der Blutzucker konstant und die Fettverwertung wird gefördert. Wurde vor dem Sport eine kohlenhydratreiche Mahlzeit gegessen, die den Blutzucker steigen ließ, so sinkt der Blutzucker während der leichten körperlichen Betätigung wieder. Bei Sport mit geringer bis mäßiger Intensität (<60% VO(2max)) kommt es sukzessive zu einem mitunter leichten bis mäßigen Anstieg des Blutzuckers durch Glukoseproduktion in der Leber. Bei intensiver körperlicher Betätigung (>80 % VO(2max)) ist Glukose der Muskelbrennstoff schlecht hin.
Um den Bedarf der Muskulatur an Glukose zur Energiegewinnung zu decken, muss auf Kohlenhydratspeicher in Muskel und Leber zugegriffen werden. Dies gilt auch wenn Kohlenhydrate über Nahrung zugeführt werden. Daher muss die Regulierung der Glukoseproduktion und der Glukoseverwertung anders ablaufen als bei Belastungen mit weniger Intensität. Im Gegensatz zu geringer bis moderater körperlichen Belastung steigt bei intensivem Training die Glukoseverwertung um das Drei- bis Vierfache und die Glukoseproduktion um das Sieben- bis Achtfache an. Damit steigt auch der Blutzucker stark an. Dieser Anstieg wird durch Stresshormone und besonders zu Beginn durch Cortisol ausgelöst und ist auch in nüchternem Zustand ohne Energiezufuhr zu beobachten. Bei Trainingseinheiten mit niedriger Intensität fällt die Ausschüttung von Stresshormonen verhältnismäßig gering aus. Die Einnahme von Glukose bewirkt einen Anstieg des Blutzuckerspiegels, der mit entsprechender Insulinausschüttung einhergeht, der widerum den Fettabbau und die Fettverbrennung reduziert. Glukose unmittelbar vor der sportlichen Belastung erhöht den Blutzucker- sowie Insulinspiegel und führt zu verstärkter Kohlenhydratoxidation während der Belastung. So hat die Mahlzeit vor dem Training Einfluss auf den Energiestoffwechsel. Eine Einnahme von 75 Gramm Glukose 45 Minuten vor dem Training steigerte die Glykogenverwertung in den Muskeln laut einer Studie um 17 Prozent. Bei zunehmender körperlicher Belastung steigt der Spiegel der Stresshormone. Adrenalin und Noradrenalin hemmen die Insulinausschüttung in der Bauchspeicheldrüse zunehmend, so dass es durch steigenden Blutzucker bei neugebildeter Glukose durch Glukoneogenese nicht automatisch zu einer deutlichen Insulinausschüttung kommt. Der mit der Glukoneogenese einhergehende Blutzuckeranstieg geschieht selbst dann, wenn durch glukosereiche Nahrung vor dem Training viel Insulin ausgeschüttet wurde und bereits in der Blutbahn zirkuliert, da das stark ansteigende Cortisol die Aufnahme von Zucker in Muskulatur und Fettgewebe einschränkt. Die Blockade der Insulinausschüttung durch Adrenalin kann allerdings durch sehr hohe Blutzuckerkonzentrationen – wie sie durch erhöhte Kohlenhydratzufuhr entstehen – aufgeweicht bzw. ausgehebelt werden. In einer Studie mit guttrainierten Sportlern, die ein 3-stündiges Training mit mittlerer Intensität absolvierten, zeigte sich, dass die Insulinkonzentration zunächst mit beginnender Anstregung innerhalb der ersten Stunde anstieg und im weiteren Verlauf abfiel. Der Spiegel im Blut von Noradrenalin und Adrenalin zeigen eine stetige Zunahme bis zum Ende eines ähnlich aufgebauten 3-stündigen Versuchs. Nach Beendigung eines intensiven Training oder Wettkampfs zeigt sich zunächst ein unmittelbarer Anstieg des Blutzuckers, bevor es zu einem raschen Abfall kommt. Bei Kurzzeitbelastungen steigt der Cortisolspiegel im Blut proportional zur Belastungsintensität an, sobald die Belastung eine kritische Schwelle (50-60 % VO2max) überschreitet. Bei sehr geringer Belastung steigt der Cortisolspiegel teilweise nicht über den Ruhewert hinaus an oder er sinkt sogar. Daher bedeuten kurze Ausfahrten zur Regeneration mit niedriger Intensität nicht zwingend zusätzlichen ungesunden Stress für den Körper. Erst wenn die Aktivität bei niedriger Intensität länger andauert, können die Cortisolwerte im Laufe der Zeit allmählich über die Ruhewerte ansteigen. Liegt die Belastung über der kritischen Schwellenintensität, steigt der Cortisolspiegel zunächst an und erreicht dann ein Plateau, vorausgesetzt, es handelt sich um eine Steady-State-Belastung und die Intensität wird nicht weiter erhöht. Die Höhe des Plateaus ist proportional zur Intensität der durchgeführten Belastung.
Corstisol ist in der Sportlerszene in Verruf geraten. Zum negativen Image haben unter anderem Studien aus den 1980ern beigetragen, die als Indikator für zu viel Stress durch übermäßiges Training bei Sportlern das Testosteron/Cortisol–Verhältnis heranzogen. Forscher schlugen vor, dass ein Rückgang des Verhältnisses von freiem Testosteron zu Cortisol um mehr als 30 Prozent eine kritische Veränderung des Hormonstatus darstellen würde. Die Veränderungen wurden als Ausdruck eines extremen Ungleichgewichts zwischen dem anabolen Status des Körpers (hormonell durch den Testosteronspiegel repräsentiert) und dem katabolen Status (durch den Cortisolspiegel repräsentiert) aufgrund eines übermäßigen Stressniveaus ausgelöst durch hartes körperliches Training projiziert. Bis heute wird von Forschern, Medizinern und auch von Trainern das Testosteron/Cortisol-Verhältnis als Indikator für Übertraining herangezogen. Dabei wird allerdings erstens ignoriert, dass es sich bei der ursprünglichen Untersuchung nicht um Übertraining handelte, sondern lediglich um ein „zu hartes“ Training bei dem durch katabole Stoffwechselveränderungen ein positiver Trainingsreiz ausbleiben kann. Zweitens wurde in der ursprünglichen Studie nicht das Gesamttestosteron in Beziehung zum Cortisol betrachtet, sondern das freie Testosteron. Bei regulären Blutuntersuchungen wird jedoch meist das Gesamttestosteron gemessen und das freies Testosteron im Blut nicht bestimmt.
Die Ernährung nimmt Einfluss auf den Cortisolspiegel. Der Verzehr einer kohlenhydratarmen Diät über mehrere Tage hinweg, kann die anschließende Cortisolreaktion auf submaximales Training verstärken. Darüber hinaus können die Umgebungstemperaturen während der Belastung die Cortisolreaktion drastisch beeinflussen. Extrem heiße oder kalte Temperaturen können die Cortisolreaktion auf eine Trainingseinheit oder Wettkampf verstärken. Je trainierter eine Person ist, desto geringer ist in der Regel die Cortisolreaktion auf nahezu jede submaximale Trainingsbedingung. Die Insulin- und Cortisolspiegel sinken nach anfänglich oft deutlichem Anstieg bei anhaltender Belastung mit der Zeit ab. Bei körperlicher Belastung wird die Auswirkungen des Insulins auf die Brennstoffspeicherung unterdrückt. Dies geschieht in erster Linie durch die Hemmung der Insulinausschüttung während des Trainings (s.o.), aber auch durch die Aktivierung lokaler und systemischer Prozesse zur Mobilisierung von Brennstoffen. Im Gegensatz dazu müssen nach dem Training die während des Trainings mobilisierten Brennstoffdepots wieder aufgefüllt werden, insbesondere die Glykogenspeicher im Muskel. Dieser Prozess wird durch eine erhöhte Insulinempfindlichkeit der Muskeln erleichtert, die zuvor körperlich aktiv waren und die Glukose zur Glykogenresynthese leiten. Bei körperlich trainierten Personen ist die Insulinsensitivität aufgrund von Anpassungen des Gefäßsystems, der Skelettmuskulatur und des Fettgewebes ebenfalls höher als bei untrainierten Personen. Nach der körperlichen Belastung wird Adrenalin rasch abgebaut, wodurch die Blockade der Insulinfreisetzung in der Bauchspeicheldrüse abgebaut wird und Wachstumshormone verstärkt freigesetzt werden können. Zudem erleichtert die erhöhte Insulinempfindlichkeit der Muskeln das Auffüllen der Glykogenspeicher und die damit einhergehende Regeneration. Die Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Hormonen bei körperlicher Belastung ist ein Beispiel dafür, wie komplex die Vorgänge im Körper sind. Es zeigt, dass die Auswirkungen gegensätzlicher Stoffwechselregulierungskräfte unter verschiedenen Bedingungen ausgeglichen und modifiziert werden können. Während Insulin besonders nach der Nahrungsaufnahme ausgeschüttet wird und das primäre Hormon ist, das die Glukoseaufnahme in Zellen sowie Glukosespeicherung in Form von Glykogen und die Fettsäurespeicherung in Form von Triglyzeriden erhöht, ist körperliche Betätigung ein Zustand, in dem die Brennstoffspeicher mobilisiert und oxidiert werden müssen. Bei Typ-1-Diabetikern lässt sich der Effekt von Insulin während des Sports gut studieren, da die Bauchspeicheldrüse bei ihnen nicht in der Lage ist Insulin auszuschütten. In Abwesenheit von Insulin, kommt es zu einer stärkeren Entleerung der Kohlenhydratspeicher in der Muskulatur, da die gesteigerte Aufnahme von Blutglukose durch die Insulinwirkung fehlt. Die Kohlenhydratspeicher der Muskulatur sind eine wichtige Energiequelle beim Sport. Wirken die insulin-abhängige und die insulin-getriebene Glukoseaufnahme zusammen, kann die Speicherung von Glykogen maximiert werden. Es besteht auch eine positive, insulin-unabhängigen Wirkung von Fruktose auf die Glykogenbildung im Muskel. Zudem besitzt unterschiedliches Gewebe – wie in Leber und Muskulatur – eine eigene spezifische Insulinsensitivität, die den Stoffwechsel insbesondere beim Sport und die Reaktion auf exogene Kohlenhydrate sehr individuell macht. Hier steht die Forschung jedoch noch in den Anfängen.
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