Diabetes Mellitus (in der Folge mit DM abgekürzt) bezeichnet eine Pathologie mit erhöhten Zuckerwerten im Blut beziehungsweise eine Verwertungsstörung der zugeführten Kohlenhydrate infolge eines absoluten oder relativen Insulinmangels und gehört zum Formenkreis der Stoffwechselstörungen.
Der DM Typ 1 ist durch einen absoluten Insulinmangel definiert und hat einen genetischen oder immunologischen Ursprung und manifestiert sich oft im jungen Alter. Als Patho-Mechanismus liegt dem in 80% der Fälle eine Zerstörung der Beta Zellen der Langerhansschen Inseln durch Autoantikörper zugrunde.
Beim DM Typ 2 (90% der Diabetiker in Westeuropa) wird Insulin in den Beta-Zellen des Pankreas zur Verfügung gestellt, kann aber am Erfolgsorgan seine Wirkung nicht entfalten. Man spricht in diesem Fall von einer Insulinresistenz. Diese Resistenz ist in der Regel erworben und hängt gehäuft mit dem Metabolischen Syndrom zusammen.
Im Weiteren kann ein DM bei sekundären Störungen z.B. im Sinne einer akuten oder chronischen Pankreatitis, einem Tumor, medikamentös Induziert, u.a. auftreten.
Symptome
Im Frühstadium eines DM fehlen häufig deutliche Symptome. Bei Typ 1 Diabetikern treten die Symptome im Verlauf der Erkrankung oft früher auf als bei Typ 2 Diabetikern. Klassisch hierbei sind die Polyurie, die Polydipsie und einen Gewichtsverlust durch Dehydratation. Im Weiteren unspezifische Symptome wie allgemeine Leistungsminderung, Inappetenz, vermehrte Infektanfälligkeit, schlechte Wundheilung, Pruritus, u.a. auftreten.
Das Vollbild und immer eine Notfallsituation darstellend ist das Coma diabeticum, der hypoglykämischer Schock.
Therapie
Unabhängig vom DM Typ ist die Patientenschulung zentral. Durch körperliches Training und Diät lassen sich eine medikamentöse Therapie und Spätkomplikationen hinauszögern. Stellt sich kein erwünschter Erfolg ein, ist beim Typ 2 Diabetiker eine orale Antidiabetika Therapie mit dem Arzt zu besprechen.
Beim Typ 1 Diabetiker ist per Definition eine Insulin-Substitution zu etablieren. Auch hier ist die Patientenschulung in Bezug auf Ess-Spritz-Abständen und der generellen Bedeutung von Ernährung und körperlicher Arbeit, sowie das Erkennen und Beheben von hypoglykämischen Zuständen wichtig.
Wird die Therapie nicht konsequent durchgeführt, kann es oft zu irreversiblen Spätkomplikationen kommen. Dabei können Nieren, Augen, Gefässe und Nerven grossen Schaden nehmen und den Krankheitsverlauf so deutlich verschlechtern.
Training
Auch Diabetiker sollen ein normales Trainingsprogramm durchgeführen! Empfohlen werden mindestens 2.5 h mittleres bis strenges Ausdauer- und Krafttraining. Das Meta Training stellt eine effiziente Trainingsform zur Steigerung der allgemeinen Leistungsfähigkeit dar. Zu Beginn der Trainingsphase sollten vor allem gelenkschonende Ausdauergeräte wie Fahrradergometer oder Crosstrainer gewählt werden.
Durch intensives Muskeltraining und angepasster Ernährung lässt sich das Verhältnis von Fett- und Muskelmasse ändern und so die Insulinempfindlichkeit um bis zu 50 Prozent steigern und das Diabetesrisiko senken. Damit wirkt Muskeltraining genauso gut wie Diabetes-Medikamente.
In Bezug auf den Muskelaufbau spielt die Ernährung eine wichtige Rolle. Allerdings kommt diese erst in Kombination mitMuskeltraining zum Tragen, da ohne dieses kein Muskelwachstum möglich ist. Am wichtigsten in Bezug auf die Ernährungim Hinblick auf den Aufbau ist eine ausreichend hohe Proteinzufuhr. Ist die Gesamtproteinzufuhr zu tief, kann keineMuskelmasse aufgebaut werden. Ergänzend zur Gesamtproteinzufuhr spielt die Qualität der verwendeten Proteinquellen eine wichtige Rolle.Weiter kann durch ein geschicktes Timing der Nahrungszufuhr ein weiterer positiver Effekt auf die Anpassung anMuskeltraining hervorgerufen werden. So fördern beispielsweise essenzielle Aminosäuren unmittelbar nach demMuskeltraining zugeführt die Muskelproteinsyntheserate, während Kohlenhydrate (und gewisse Aminosäuren) dieProteinbilanz positiv beeinflussen, indem sie den Proteinabbau hemmen. Zusätzlich zu den Makronährstoffen hat Kreatin-Monohydrat einen positiven Einfluss auf die Magermasse. Ausserdemkönnen Omega 3 Fettsäuren die Muskelproteinsynthese (vor allem bei älteren Personen) zusätzlich erhöhen da sieentzündungshemmend wirken. Konsumieren sie also alle 3 – 4 Stunden ca. 20 g hochwertiges Protein.
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Trainingsbooster sind sehr beliebt. Diese werden eingenommen um den Pump (Durchblutung der Muskulatur) sowie dieWachheit beim Training zu verbessern. Vor allem durch den Booster Jack 3D wurden die Trainingsbooster bekannt. Im Jack 3d wurde die chemische Substanz1,3-Dimethylamylamine verwendet. Diese Substanz ist auch unter vielen anderen Namen zu finden wie DMAA,Methylhexanamine, Geranium, 2-Amino-4-Mehtylhexan, 4-Methyl-2-Hexanamin usw.DMAA ist eine amphetaminähnliche Substanz und sie hat eine ähnlich stimulierende Wirkung wie Ephedrin!
Strukturelle Ähnlichkeit von Amphetamin (oben) und Methylhexanamin (unten). Da es nach Methylhexanamin-Einnahme zu Todesfällen gekommen ist wurde diese Substanz auf dem europäischen Marktverboten. So auch in der Schweiz seit 2010. Vor allem in den USA findet eine neue Substanz mit ähnlicher Wirkung in Boostern Anwendung.1,3-Dimethylbutylamin (auch DMBA oder AMP Citrat genannt) ist eine synthetische Substanz, der eine stimulierendeWirkung zugeschrieben wird, ähnlich dem strukturell verwandten 1,3-Dimethylamylamin (DMAA). Auch DMBA ist seit2015 offiziell verboten, wird jedoch vor allem in Deutschland trotzdem noch oft verkauft. Natürlich findet man in Boostern mit DMHA (Dimethylhexylamine) die nächste Substanz die von der Wirkung dem DMAAähnlich sein wird. DMHA ist aktuell zum heutigen Standpunkt erlaubt. Außerdem wird die neue Substanz derzeit von derFDA (U.S. Food and Drug Administration) geprüft und daher wahrscheinlich auch bald nicht mehr erhältlich sein. Ist dir deine Gesundheit wichtig? Dann raten wir dir, die Finger von solchen Produkten zu lassen!
Möchte man den Stoffwechsel anzukurbeln und den Körperfettanteil reduzieren, so ist neben körperlicher Aktivität vor allem die Qualität, die Menge und der Zeitpunkt der Nahrungszufuhr entscheidend.
Sinetrol® erleichtert den Fettabbau durch eine Steigerung der Lipolyse, reduziert Heisshungerattacken und ermöglicht eine gesunde Kontrolle des Hungergefühls. In Kombination mit einer ausgewogenen Ernährung ist Sinetrol® für eine erfolgreiche Abnahme von Körperfett und ist daher optimal sowohl für Sportler, die durch einen geringeren Fettanteil ihre Leistungsfähigkeit verbessern wollen, als auch für Personen für die ein reiner Körperfettabbau aus ästhetischen Gründen im Vordergrund steht.
Sinetrol® enthält Auszüge aus dem Saft, der Schale und den Kernen von drei Zitrusfrüchten der Mediterranen Diät, nämlich der Blutorange, der süssen Orange und der Grapefruit sowie auf den Beeren der tropischen Guarana-Pflanze.
Das Produkt weist einen lipolytischen Wirkungsmechanismus auf. Unter Lipolyse versteht man den katabolen Prozess, der zum Abbau der in Fettzellen gespeicherten Triglyceriden und zur anschliessenden Freisetzung von freien Fettsäuren und Glycerin führt.
Das wichtigste Polyphenol in Sinetrol® ist das in hohem Masse in Grapefruits vorkommende Naringin, ein Bitterstoff, der vor allem als natürlicher Inhaltstoff der Grapefruit bekannt ist. Er ist hauptverantwortlich für den bitteren Geschmack und ist auch in Pomelos nachweisbar. Studien zufolge soll es die Expression von Genen auslösen, von denen jedes einzelne die Nutzung von freien Fettsäuren zur Energieproduktion durch den Körper verbessert. Fettsäuren sind ein wichtiger Brennstoff für Leber, Nieren, Herz- und Skelettmuskulatur. Die Lipolyse ist der wichtigste Regulationsmechanismus der Fettenergieversorgung des Körpers, da sie die Freisetzung von freien Fettsäuren ins Plasma steuert.
Strukturformel von Naringin.
Die zweite massgebliche bioaktive Verbindung in Sinetrol® ist Neohesperidin. Weiter zeigen Studienergebnisse, dass Sinetrol® zur Abnahme von chronischen und niedriggradigen Entzündungen führt, was zusätzliche positive Auswirkungen auf den Stoffwechsel hat.
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Unter Lipolyse versteht man hydrolytische Spaltung von Neutralfetten im Fettgewebe. Naturalfett bestellt aus eine Molekül, in dem Glycerin mit 3 Fettsäuren verestert ist (sogenannte Triacylglyceride oder Triglyceride).
Die im Fettgewebe ablaufende Lipolyse kann man in drei Schritte einteilen, wobei in jedem Schritt eine Fettsäure abgespalten wird.
Die aus der enyzmatischen Spaltung entstandenen Fettsäuren werden in das Blut abgegeben. Sie können von der Muskulatur zur β-Oxidation oder von der Leber zur Ketogenese (Bildung von Ketonkörpern im Stoffwechselzustand des Kohlenhydratmangels) aufgenommen und verstoffwechselt werden. Kurzkettige Fettsäuren können sich im Blut frei bewegen, während langkettige an Transportproteine gebunden werden. Das in der Lipolyse entstandene Glycerin wird ebenfalls von der Leber abgebaut und zur Gluconeogenese oder Fettsäuresynthese herangezogen.
Regulation
Die Lipolyse wird maßgeblich durch Insulin und Katecholamine (z. B. Adrenalin und Noradrenalin) gesteuert. Dabei wirkt das Insulin anabol (Hemmung der Lipolyse) und das Adrenalin katabol (Steigerung der Lipolyse). Diese Effekte werden vor allem durch die direkte oder indirekte Beeinflussung des Enzyms hormonsensitive Lipase (HSL) bewerkstelligt.
Bei steigendem Energiebedarf (z. B. beim Training) ist es im Interesse des Organismus, seine Energiespeicher zu mobilisieren. Es erhöht sich dabei die Katecholaminkonzentrationen im Blutplasma. Katecholamine aktivieren bestimmte katabole Signalwege der Fettzellen. Dieses vermittelt ein intrazelluläres „Hungersignal“ und aktiviert die hormonsensitive Lipase. Die hormonsensitive Lipase reguliert die Freisetzung der Fettsäuren aus dem Fettgewebe.
Steigt das Angebot an Kohlenhydraten und gewissen Aminosäuren im Blut an, wird Insulin abgegeben. Insulin hemmt durch intrazelluäre Signalwege unter anderem die hormonsensitive Lipase zunehmend, was zu einer Hemmung der Lipolyse führt. Gleichzeitig sorgt Insulin für einen Aufbau an Triacylglycerinen im Fettgewebe.
Welches Supplement helfen kann deine Lipolyse zu erhöhen, erfährst du im nächsten Blog.
Fettabbau ist ein multifaktorieller Prozess, welcher durch die Punkte Muskeltraining, Herz-Kreislauftraining, Ernährung und Supplemente beeinflusst wird.
Folgende Faktoren beeinflussen den Fettabbau:
Muskeltraining
Akuter Energieverbrauch
Proteinsyntheserate
„Nachbrenneffekt“
Ernährung
Energiezufuhr
Nährstoffverteilung
Herz-Kreislauftraining
Akuter Energieverbrauch
Fettoxidation
„Nachbrenneffekt“
Supplemente
Lipolyse
Energieverbrauch
Wie beeinflusst „mehr Muskulatur“ den Energieverbrauch?
Erhöhung des Arbeitsumsatzes
Je schwerer der Mensch ist, desto höher der Energieverbrauch
Erhöhung des Grundumsatzes
Muskelproteinsynteserate beträgt 0.075%/h = 1.8%/d, das entspricht 485 kcal/d bei 50 kg Muskelmasse. 1kg mehr an Muskelmasse erhöht dir den Grundumsatz also um ca. 50 kcal pro Tag
Erhöhung des Umsatzes für den Aufbau von Muskelmasse und Reparaturprozesse.
Der Aufbau von Muskelmasse und die Reparaturprozesser der Muskulatur verbrauchen Engergie. Der Energieverbrauch ist tendenziell grösser bei höherer Intensität.
Der Fettabbau erfolgt zweistufig
Der Fettabbau erfolgt zweistufig. Einerseits müssen die Fettsäuren in einem ersten Schritt, der sogenannten Lipolyse, „aus dem Fettgewebe herausgelöst“ werden. In einem zweiten Schritt erfolgt andererseits die Oxidation der Fettsäuren im Krebs-Zyklus in den Mitochondrien (Energiebereitstellung).
Was die Lipolyse genau ist und wie diese reguliert wird, erfährst du im nächsten Blog.
Potenzial Als Potenzial wird die maximale Menge an Sauerstoff bezeichnet, welche der menschliche Körper zu verwerten vermag (VO2max). Der Sauerstoff wird in den Lungen aus der Umgebungsluft ins Blut aufgenommen. Das sauerstoffreiche Blut versorgt dann über das Herz-Kreislauf-System sämtliche Organe mit Sauerstoff. In der Skelettmuskulatur wird in der Folge der Sauerstoff für die Energiebereitstellung in die Muskelzelle aufgenommen. Der Blutfluss im Herz-Kreislauf-System wird massgeblich durch die Pumpleistung des Herzens bestimmt. Diese ergibt sich aus dem Produkt der Herzfrequenz und des Schlagvolumens (Blutvolumen, welches durch einen einzelnen Herzschlag ausgeworfen werden kann). Regelmässiges, intensives Intervalltraining führt zu einer Erhöhung des Schlagvolumens und somit zur Steigerung der Herz-Pumpleistung, wodurch die Herzfrequenz bei submaximalen Belastungen und in Ruhe erniedrigt wird (tiefere Ruheherzfrequenz). In der Folge an diese Anpassung steigt auch VO2max an. Trainingsherzfrequenz: 90 – 95 % der maximalen Herzfrequenz oder nach Borg 8 – 9
Ausschöpfung Die Ausschöpfung gibt diejenige Intensität an, welche gerade noch als Ausdauerleistung erbracht werden kann. Gemäss Definition müssen bei dieser Leistung nach einem 10 minütigen Aufwärmen 20 Minuten bei „konstanter Blutlaktatkonzentration“ geleistet werden können (max. Laktat-Steady-State). Die Ausschöpfung bestimmt also, wie stark das Potenzial im Ausdauerbereich ausgeschöpft werden kann (%VO2max). Sie wird oft auch als “anaerobe Schwelle” bezeichnet. Je besser die aerobe Energiebereitstellung (höheres mitochondriales Volumen, bessere Kapillarisierung) ausgebildet ist, desto höher ist die Ausschöpfung. Eine Verbesserung der Ausschöpfung äussert sich dadurch, dass höhere Intensitäten im Ausdauerbereich erbracht werden können. Trainingsherzfrequenz: 65 – 75 % der maximalen Herzfrequenz oder nach Borg 3 -5
Ermüdungsresistenz Die Ermüdungsresistenz definiert, wie lange eine beliebige Ausdauerleistung erbracht werden kann (tlim). Verschiedene Faktoren spielen dabei eine wichtige Rolle:
Ein gut trainierter aerober Stoffwechsel stellt die langfristige Energiebereitstellung sicher.
Eine effiziente Thermoregulation verhindert, dass die Körpertemperatur während dem Training zu stark ansteigt und die Leistungsfähigkeit limitiert.
Je grösser die Glykogenspeicher in der Muskulatur sind, desto länger können intensive Ausdauerbelastungen ausgeführt werden.
Je besser die Atmungsmuskulatur trainiert ist, desto weniger schnell ermüdet sie während intensiven Ausdauerbelastungen.
Mentale Aspekte spielen ebenfalls eine mitentscheidende Rolle (wie lange der Belastungsabbruch bei einer ermüdenden Ausdauerbelastung hinausgezögert werden kann).
Trainingsherzfrequenz: 85 – 90 % der maximalen Herzfrequenz oder nach Borg 7 – 8
Wie bereits dargelegt, führt ein regelmässiges und systematisch absolviertes Herz-Kreislauftraining zu einer Erhöhung der körperlichen Leistungsfähigkeit und bewirkt deutliche Anpassungen im Herz-Kreislaufsystem und in der Arbeitsmuskulatur. Dabei erfolgt die Deckung des bei körperlicher Arbeit ansteigenden Sauerstoffbedarfs über ein ausgeklügeltes Sauerstofftransportsystem. Dieses besitzt mehrere Stufen, wobei auf jeder Stufe unterschiedliche Mechanismen ablaufen und den Sauerstofftransport limitieren können. Ohne hier allzu stark ins Detail zu gehen, sind diese Stufen
die Lunge, respektive der pulmonale Gasaustausch,
das Herz und das Blut,
die Muskelkapillaren und schlussendlich
die Mitochondrien.
Komponenten der Sauerstoffaufnahme (Bassett und Howley 2000)
Vereinfacht kann man die Determinanten der Sauerstoffversorgung in eine zentrale und eine periphere Komponente unterteilen (wobei man die erste Determinante, also den pulmonalen Gasaustausch, weglässt, da er bei Gesunden und „auf Meereshöhe“ die Sauerstoffversorgung nicht limitiert). Gemäss dem bereits 1870 von Adolf Fick postulierten Gesetz gilt als zentrale Komponente des Sauerstoffverbrauchs die Herzpumpleistung (wie viele Liter Blut pumpt das Herz pro Minute) und als periphere Komponente die arteriovenöse Sauerstoffdifferenz (wie gross ist der Sauerstoffkonzentrationsunterschied zwischen arteriellem und venösem Blut, oder einfacher: wie viel Sauerstoff „nimmt das Organ aus dem Blut heraus“).
Die Fick’sche Formel lautet folgendermassen (in Klammern die Abkürzungen und Masseinheiten):
Sauerstoffverbrauch (VO2 in ml/min) = Herzminutenvolumen (Q in l/min) x arteriovenöse Sauerstoffdifferenz (avDO2 in ml/dl)
Das Herzminutenvolumen wiederum errechnet sich als Produkt aus Schlagvolumen (Vs in ml) und Herzfrequenz (fH in Schlägen pro Minute). Also: wie viel Blut wirft das Herz pro Herzschlag aus x wie häufig schlägt das Herz pro Minute.
Zentral vs. peripher (Fick 1870)
Fassen wir zusammen: Die zentrale Komponente des Sauerstoffverbrauchs hängt von der Herzfrequenz und dem Schlagvolumen ab, die periphere Komponente von der Sauerstoffausschöpfung.
Da sich das Schlagvolumen mit spezifischem Training vergrössert, das Herzminutenvolumen (und auch der Sauerstoffbedarf) aber bei submaximaler Leistung in etwa gleich bleiben, messen wir nach einer Trainingsphase bei gleicher Leistung eine tiefere Herzfrequenz. Es ist somit das Schlagvolumen, welches sich durch Training erhöht (verbesserte Funktionalität der Herzkontraktion und grösserer Herzmuskel). Bei gleich bleibender maximaler Herzfrequenz steigt somit die maximale Blutförderkapazität des Herzens (das maximale Herzminutenvolumen) an. Gleichzeitig sinkt die Ruheherzfrequenz, weil das Herz für den Transport derselben Menge Blut aufgrund des grösseren Schlagvolumens weniger häufig schlagen muss.
Mit Training verbessert sich jedoch nicht nur die zentrale Komponente, sondern auch die arteriovenöse Sauerstoffdifferenz und somit die Sauerstoffausschöpfung aus dem Blut. Diese Verbesserung findet v.a. aufgrund der verbesserten Kapillarisierung (höheres Kapillarvolumen im Gewebe, z.B. mehr Kapillaren pro Muskelfaser) und des erhöhten mitochondrialen Volumens statt (mehr oder grössere Mitochondrien). In der Peripherie verbessert sich somit die Feinverteilung des Sauerstoffs sowie auch dessen Nutzung.
Interessanterweise können nun die zentrale und die periphere Komponente der Sauerstoffaufnahme mehr oder weniger spezifisch trainiert werden. Anders gesagt existieren Trainingsmethoden, welche die beiden Komponenten relativ selektiv beanspruchen und in der Folge verbessern. Vor diesem Hintergrund ist auch die anfangs gemachte Aussage über den Nutzen von HIIT zu sehen. Um die Trainingsanwendung dieser physiologischen Fakten zu vereinfachen, haben wir das 3-Komponentenmodell der Herz-Kreislaufleistungsfähigkeit entwickelt. Dieses besteht aus den Komponenten Potenzial, Ausschöpfung und Ermüdungsresistenz und ist im Folgenden dargestellt.
Fassen wir zusammen: Die zentrale Komponente des Sauerstoffverbrauchs hängt von der Herzfrequenz und dem Schlagvolumen ab, die periphere Komponente von der Sauerstoffausschöpfung.
Da sich das Schlagvolumen mit spezifischem Training vergrössert, das Herzminutenvolumen (und auch der Sauerstoffbedarf) aber bei submaximaler Leistung in etwa gleich bleiben, messen wir nach einer Trainingsphase bei gleicher Leistung eine tiefere Herzfrequenz. Es ist somit das Schlagvolumen, welches sich durch Training erhöht (verbesserte Funktionalität der Herzkontraktion und grösserer Herzmuskel). Bei gleich bleibender maximaler Herzfrequenz steigt somit die maximale Blutförderkapazität des Herzens (das maximale Herzminutenvolumen) an. Gleichzeitig sinkt die Ruheherzfrequenz, weil das Herz für den Transport derselben Menge Blut aufgrund des grösseren Schlagvolumens weniger häufig schlagen muss.
Mit Training verbessert sich jedoch nicht nur die zentrale Komponente, sondern auch die arteriovenöse Sauerstoffdifferenz und somit die Sauerstoffausschöpfung aus dem Blut. Diese Verbesserung findet v.a. aufgrund der verbesserten Kapillarisierung (höheres Kapillarvolumen im Gewebe, z.B. mehr Kapillaren pro Muskelfaser) und des erhöhten mitochondrialen Volumens statt (mehr oder grössere Mitochondrien). In der Peripherie verbessert sich somit die Feinverteilung des Sauerstoffs sowie auch dessen Nutzung.
Interessanterweise können nun die zentrale und die periphere Komponente der Sauerstoffaufnahme mehr oder weniger spezifisch trainiert werden. Anders gesagt existieren Trainingsmethoden, welche die beiden Komponenten relativ selektiv beanspruchen und in der Folge verbessern. Vor diesem Hintergrund ist auch die anfangs gemachte Aussage über den Nutzen von HIIT zu sehen. Um die Trainingsanwendung dieser physiologischen Fakten zu vereinfachen, haben wir das 3-Komponentenmodell der Herz-Kreislaufleistungsfähigkeit entwickelt. Dieses besteht aus den Komponenten Potenzial, Ausschöpfung und Ermüdungsresistenz und ist im Folgenden dargestellt.
Fassen wir zusammen: Die zentrale Komponente des Sauerstoffverbrauchs hängt von der Herzfrequenz und dem Schlagvolumen ab, die periphere Komponente von der Sauerstoffausschöpfung.
Da sich das Schlagvolumen mit spezifischem Training vergrössert, das Herzminutenvolumen (und auch der Sauerstoffbedarf) aber bei submaximaler Leistung in etwa gleich bleiben, messen wir nach einer Trainingsphase bei gleicher Leistung eine tiefere Herzfrequenz. Es ist somit das Schlagvolumen, welches sich durch Training erhöht (verbesserte Funktionalität der Herzkontraktion und grösserer Herzmuskel). Bei gleich bleibender maximaler Herzfrequenz steigt somit die maximale Blutförderkapazität des Herzens (das maximale Herzminutenvolumen) an. Gleichzeitig sinkt die Ruheherzfrequenz, weil das Herz für den Transport derselben Menge Blut aufgrund des grösseren Schlagvolumens weniger häufig schlagen muss.
Mit Training verbessert sich jedoch nicht nur die zentrale Komponente, sondern auch die arteriovenöse Sauerstoffdifferenz und somit die Sauerstoffausschöpfung aus dem Blut. Diese Verbesserung findet v.a. aufgrund der verbesserten Kapillarisierung (höheres Kapillarvolumen im Gewebe, z.B. mehr Kapillaren pro Muskelfaser) und des erhöhten mitochondrialen Volumens statt (mehr oder grössere Mitochondrien). In der Peripherie verbessert sich somit die Feinverteilung des Sauerstoffs sowie auch dessen Nutzung.
Interessanterweise können nun die zentrale und die periphere Komponente der Sauerstoffaufnahme mehr oder weniger spezifisch trainiert werden. Anders gesagt existieren Trainingsmethoden, welche die beiden Komponenten relativ selektiv beanspruchen und in der Folge verbessern. Vor diesem Hintergrund ist auch die anfangs gemachte Aussage über den Nutzen von HIIT zu sehen. Um die Trainingsanwendung dieser physiologischen Fakten zu vereinfachen, haben wir das 3-Komponentenmodell der Herz-Kreislaufleistungsfähigkeit entwickelt. Dieses besteht aus den Komponenten Potenzial, Ausschöpfung und Ermüdungsresistenz und ist im Folgenden dargestellt.
Das Potential
Als Potenzial wird die maximale Menge an Sauerstoff bezeichnet, welche der menschliche Körper zu verwerten vermag (VO2max). Der Sauerstoff wird in den Lungen aus der Umgebungsluft ins Blut aufgenommen. Das sauerstoffreiche Blut versorgt dann über das Herz-Kreislauf-System sämtliche Organe mit Sauerstoff. In der Skelettmuskulatur wird in der Folge der Sauerstoff für die Energiebereitstellung in die Muskelzelle aufgenommen. Der Blutfluss im Herz-Kreislauf-System wird massgeblich durch die Pumpleistung des Herzens bestimmt. Diese ergibt sich aus dem Produkt der Herzfrequenz und des Schlagvolumens (Blutvolumen, welches durch einen einzelnen Herzschlag ausgeworfen werden kann). Regelmässiges, intensives Intervalltraining führt zu einer Erhöhung des Schlagvolumens und somit zur Steigerung der Herz-Pumpleistung, wodurch die Herzfrequenz bei submaximalen Belastungen und in Ruhe erniedrigt wird (tiefere Ruheherzfrequenz). In der Folge an diese Anpassung steigt auch VO2max an.
Die Ausschöpfung
Die Ausschöpfung gibt diejenige Intensität an, welche gerade noch als Ausdauerleistung erbracht werden kann. Gemäss Definition müssen bei dieser Leistung nach einem 10 minütigen Aufwärmen 20 Minuten bei „konstanter Blutlaktatkonzentration“ geleistet werden können (max. Laktat-Steady-State). Die Ausschöpfung bestimmt also, wie stark das Potenzial im Ausdauerbereich ausgeschöpft werden kann (%VO2max). Sie wird oft auch als “anaerobe Schwelle” bezeichnet. Je besser die aerobe Energiebereitstellung (höheres mitochondriales Volumen, bessere Kapillarisierung) ausgebildet ist, desto höher ist die Ausschöpfung. Eine Verbesserung der Ausschöpfung äussert sich dadurch, dass höhere Intensitäten im Ausdauerbereich erbracht werden können.
Die Ermüdungsresistenz
Die Ermüdungsresistenz definiert, wie lange eine beliebige Ausdauerleistung erbracht werden kann (tlim). Verschiedene Faktoren spielen dabei eine wichtige Rolle:
Ein gut trainierter aerober Stoffwechsel stellt die langfristige Energiebereitstellung sicher.
Eine effiziente Thermoregulation verhindert, dass die Körpertemperatur während dem Training zu stark ansteigt und die Leistungsfähigkeit limitiert.
Je grösser die Glykogenspeicher in der Muskulatur sind, desto länger können intensive Ausdauerbelastungen ausgeführt werden.
Je besser die Atmungsmuskulatur trainiert ist, desto weniger schnell ermüdet sie während intensiven Ausdauerbelastungen.
Mentale Aspekte spielen ebenfalls eine mitentscheidende Rolle (wie lange der Belastungsabbruch bei einer ermüdenden Ausdauerbelastung hinausgezögert werden kann).
Trainingsanpassungen in allen erwähnten Punkten führen dazu, dass die Dauer, während der eine submaximale Leistung erbracht werden kann, verlängert wird.
Mit dem Meta Training trainierst du diese 3 leistungslimitierenden Komponenten der Ausdauerleistungsfähigkeit gezielt. Lass dich von deinem COACH beraten.
Unabhängig davon, ob es sich um Nervenzellen, die elektrische Impulse übertragen, oder Muskelzellen, die mechanische Arbeit leisten, handelt, benötigt jede Zelle im menschlichen Körper Energie. Diese Energie ist innerhalb der Zellen in Form von Adenosintriphosphat (ATP) gespeichert und wird bei der Aufspaltung von ATP in Adenosindiphosphat (ADP) und freies Phosphat (Pi) frei. Da nur ein sehr begrenzter Vorrat an ATP in den Muskeln gespeichert wird, muss ständig für Nachschub gesorgt werden, indem ATP aus ADP und Pi regeneriert wird. Diese Regeneration erfolgt über 3 verschiedene Systeme, welche in ihrer Ausprägung auf die Eigenschaften der Muskelfasern (im Wesentlichen die MyHC-Isoform, „also den Muskelfasertyp“) abgestimmt sind. Die Systeme sind
das phosphagene System (höchste metabolische Leistung aber geringste Kapazität
das glykolytische System (niedrigere metabolische Leistung aber höhere Kapazität als das phosphagene System)
die mitochondriale Atmung (niedrigste metabolische Leistung, jedoch mit Abstand grösste Kapazität)
2. Das phosphagene System
Die ATP-Resynthese über das phosphagene System findet im Zellplasma statt und umfasst zwei chemische Reaktionen, über welche die Muskelfaser relativ schnell ATP rückgewinnen kann (Kreatinkinase- und Adenylatkinase-Reaktion). 85% der ohnehin bescheidenen Systemkapazität sind durch die Grösse der intrazellulären Phosphokreatin-Speicher (PCr) limitiert, 15% entfallen auf die Energiegewinnung durch die Adenylatkinase-Reaktion.
Die Kreatinkinase (Enzym) katalysiert die Reaktion von ADP und PCr zu ATP und Kreatin (Kreatinkinase-PCr-System)
Die Adenylatkinase (Enzym) lässt aus 2 Teilen ADP 1 Teil ATP und 1 Teil AMP (Adenosinmonophosphat) entstehen
AMP und dessen Abbauprodukte spielen als intrazelluläre Signalmoleküle eine zentrale Rolle. Beispielsweise stimuliert AMP indirekt den Transport von Glucose und Fettsäuren in die Muskelzellen sowie die Verstoffwechslung dieser Energieträger in den Mitochondrien. Zudem stimuliert es indirekt die Aufspaltung von Glycogen. Schlussendlich steht es im Zusammenhang mit der mitochondrialen Biogenese und die intrazellulären Konzentrationen von ADP und Kreatin stimulieren die mitochondriale Atmung. Somit beeinflussen die Abbauprodukte der ATP-Aufspaltung und die Komponenten des phosphagenen Systems direkt die beiden anderen Energiebereitstellungssysteme. Da das phosphagene System bereits von Beginn weg von den anderen beiden Systemen unterstützt wird, kann es über 20 s lang massgeblich zur Energiebereitstellung beitragen. Wäre es auf sich alleingestellt, wären die PCr-Speicher bereits nach 10 s erschöpft. Mithilfe des phosphagenen Systems puffern wir im Alltag schnelle und kurzzeitige Änderungen des ATP-Bedarfs (z. B. sich von einem Stuhl erheben, vom Gehen zum Sprinten, etc.) ab. Das phosphagene System ist in den Typ II im Vergleich zu den Typ I Muskelfasern besonders gut ausgeprägt.
3 Das glykolytische System
Das glykolytische System umfasst den biochemischen Prozess der Glykolyse. Diese findet wie die Prozesse des phosphagenen Systems im Zellplasma statt. Ausgangspunkt der Glykolyse ist
Glucose-6-phosphat, welches sowohl aus freier Glucose (Blutzucker aus Nahrungsaufnahme, aufgespaltenem Leberglycogen oder Gluconeogenese in der Leber aus Aminosäuren), oder aus dem direkten Abbauprodukt von Muskelglycogen stammen kann. Wie auch das phosphagene System, ist das glykolytische System in den Typ II Muskelfasern besser als in den Typ I Muskelfasern ausgeprägt, wobei die Typ II Muskelfasern auch über grössere Glycogenspeicher als die Typ I Muskelfasern verfügen und besser Glycogen aufspalten können. Typ II Muskelfasern sind somit darauf ausgelegt, ATP via glykolytisches System „aufzubereiten“. Intensive Muskelbeanspruchungen wie z.B. Muskeltraining führen deshalb dazu, dass aufgrund der Rekrutierung der grossen motorischen Einheiten primär die Glycogenspeicher der Typ II Muskelfasern entleert werden, während Ausdauertraining vorwiegend die Glycogenspeicher der Typ I Fasern entleert.
Am Ende der 10 Schritte der Glykolyse steht das Molekül Pyruvat. Dieses kann nun entweder im Zellplasma zu Lactat umgewandelt oder in den Citratcyklus in den Mitochondrien eingeschleust werden.
Wird das aus der Glykolyse stammende Pyruvat zu Lactat umgewandelt, so spricht man von anaerober Glykolyse. Dies, nicht weil kein Sauerstoff vorhanden wäre, sondern weil bei diesen Reaktionen ganz einfach kein Sauerstoff benötigt wird. Die Umwandlung von a) Pyruvat zu Lactat und b) umgekehrt wird durch unterschiedliche Formen des Enzyms Lactat-Dehydrogenase katalysiert, wobei beispielsweise in Typ II Muskelfasern a) und in Typ I Muskelfasern b) vorherrscht. Vereinfacht gesagt, produzieren also die glykolytischen Muskelfasern Lactat und geben dieses ans Blut ab. In der Folge nehmen die oxidativen Muskelfasern das Lactat auf, bauen es zu Pyruvat um und oxidieren dieses. Auch andere Organe nehmen Lactat aus dem Blut auf und verwenden das energiereiche Molekül als Ausgangsstoff für Stoffwechselprozesse (Leber: Gluconeogenese und Energieproduktion; Herz, Gehirn, Nieren: Energieproduktion). Lactat ist somit entgegen der weit verbreiteten Meinung kein Abfallprodukt des anaeroben Stoffwechsels. Es gelangt über spezifische Transporter immer in Kombination mit einem Proton aus der glykolytischen Muskelzelle ins Blut (auch die Aufnahme in die oxidativen Muskelfasern erfolgt über Transporter).
Wird das Pyruvat nicht zu Lactat umgewandelt, gelangt es ins Mitochondrium und wird via Pyruvat-Dehydrogenase zu Acetyl-Coenzym A (Acetyl-CoA) umgewandelt. Acetyl-CoA stellt den Ausgangsstoff für die aerobe Energiebereitstellung im Mitochondrium dar. Deshalb spricht man in diesem Fall von aerober Glykolyse („unter Gebrauch von Sauerstoff“, nicht „bei Vorhandensein von Sauerstoff“). Zusätzlich zur Herstellung von Acetyl-CoA aus Pyruvat kann Acetyl-CoA in den Mitochondrien auch über den Prozess der β-Oxidation aus Fettsäuren hergestellt werden. Die Fettsäuren gelangen aus dem Blut via Fettsäuretransporter in die Muskelfasern, wobei Typ I Muskelfasern besser mit diesen Transportern als Typ II Muskelfasern ausgestattet sind. Im Zellplasma der Muskelfasern werden die Fettsäuren aktiviert und daraufhin in die Mitochondrien transportiert. Zu diesem Zweck werden Sie kurzfristig an Carnitin gebunden. Carnitin nimmt daher im Fettstoffwechsel die Rolle eines Shuttles ein. Ohne Carnitin könnte kein Fett verstoffwechselt werden. Weiter puffert Carnitin Acetyl-CoA ab, sofern bei hoher Muskelbeanspruchung mehr Acetyl-CoA entsteht, als kurzfristig in den Citratzyklus eingespeist werden kann. Ein Rückstau an Acetyl-CoA hemmt die Oxidation von Fettsäuren und erhöht die Produktion von Lactat.
4 Die mitochondriale Atmung
Im Inneren der Mitochondrien entsteht nun aus den aktivierten Fettsäuren via β-Oxidation Acetyl-CoA. Dieses wird nun im Citratzyklus genauso wie das Acetyl-CoA aus Pyruvat weiterverstoffwechselt und im Endeffekt aus ADP und Pi ATP regeneriert. Im Citratzyklus entstehen aus Acetyl-CoA Kohlendioxid (CO2; diffundiert ins Blut und wird über die Lungen abgeatmet) und Reduktionsäquivalente
(Moleküle, die Wasserstoff- und/oder Elektronen übertragen). Die Reduktionsäquivalente wandern dann entlang der inneren Mitochondrienmembran von Proteinkomplex zu Proteinkomplex und werden schlussendlich auf Sauerstoff übertragen, wobei Wasser und Wärme freigesetzt wird. Bei diesem komplexen Vorgang entsteht ein elektrochemisches Potenzial, dessen Energie für die ATP-Resynthese benutzt wird. Der mitochondriale Sauerstoffverbrauch bestimmt somit den Sauerstoffbedarf des Körpers.
Energie(-bereitstellung) ist eine Grundlage des Lebens. Damit der Körper einwandfrei funktioniert, muss eine ausreichende Energiezufuhr über die Ernährung sichergestellt sein. Die Angabe des Energiegehalts der Nahrung erfolgt in Joule (J) bzw. Kilojoule (kJ). Um zu grosse Werte bei der Angabe in Joules zu vermeiden, kürzt man diese gerne ab: 1’000’000 J = 1000 kJ = 1 Megajoule (MJ). Der Gebrauch der Einheit „Kalorie“ bzw. „Kilokalorie“ ist veraltet und heute weltweit nicht mehr gestattet, in der Schweiz besteht das Verbot sogar seit 1977. Von der veralteten Kalorie in Joule umzurechnen ist sehr einfach, man multipliziert die Kalorienangaben ungefähr mit vier. Umgekehrt teilt man Joule-Angaben durch vier um Kalorienangaben zu erhalten (ganz genau sind die Faktoren: 1kJ = 0.24 kcal bzw. 1 kcal = 4.18 kJ).
Energielieferanten
Kohlenhydrate, Fette und Proteine sind die drei Nährstoffe, welche als Energieträger für den gesunden Menschen von Bedeutung sind. Ein zusätzlicher Energielieferant ist Alkohol, wobei jedoch seine mengenmässige Bedeutung im gesunden Menschen nicht hoch ist. Nachfolgend ist der Energiegehalt der verschiedenen Nährstoffe aufgelistet.
Energieträger
Energiegehalt pro Gramm
kJ
kcal
Kohlenhydrate
17
4
Fette
38
9
Proteine
17
4
Alkohol
29
7
In der Literatur finden sich nach wie vor unzählige (meistens fragliche) Verhältnisse in Bezug auf die Verteilung der Energielieferanten in der Ernährung. Diese Empfehlungen richten sich in der Regel an körperlich moderat aktive Menschen und lehnen sich häufig an die lange Zeit „gültigen“ Empfehlungen zur Reduktion des Fettanteils (v.a. gesättigte Fettsäuren) an. Gleichsam beinhalten diese Empfehlung nicht selten relativ tiefe Proteinmengen, welche sich am effektiven Bedarf von inaktiven Menschen orientieren. Dabei wird nicht berücksichtigt, dass auch höhere Mengen an Protein problemlos oder gar sinnvoll sein und biologische Wirkung entfalten können. Empfehlungen mit tiefen Fett- und Proteinmengen führen automatisch zu einer hohen Kohlenhydratzufuhr. Viele Ernährungsorganisationen unterstützen deshalb trotz gegensätzlichen Studiendaten nach wie vor kohlenhydratreiche und fettarme Ernährungsweisen. Dies, obwohl es unterdessen solide Evidenz dafür gibt, dass die Zufuhr von Kohlenhydraten bei körperlich Inaktiven gesenkt und die Protein- und Fettzufuhr erhöht werden werden sollte.
Die aktuelle Empfehlung zur Energiezufuhr für gesunde Erwachsene mit geringer körperlicher Aktivität nach DACH (Referenzwerte für den deutschsprachigen Raum) sowie eine alternative Makronährstoffverteilung gemäss aktuell diskutierten Tendenzen in der Ernährungswissenschaft ist nachfolgend aufgelistet.
Energieträger
Empfohlene Zufuhr in Energieprozenten
DACH-Referenzwerte
Alternative
Kohlenhydrate
> 50 %
ca. 40-50 %
Fette
≤ 30 %
ca. 30-40 %
Proteine
9-11 %
ca. 15-20 %
Im Gegensatz zu inaktiven Menschen benötigen Sportlerinnen und Sportlern je nach ausgeübter Sportart eine erhöhte Kohlenhydratzufuhr, wobei diese bei sportlich aktiven Menschen keine gesundheitlichen Risiken birgt.
Energieangaben: relativ oder absolut?
Die meisten Ernährungs- und Gesundheitsorganisationen geben die Empfehlungen für die Zufuhr der Makronährstoffe als % der Gesamtenergiezufuhr an. Solange die Zielgruppe der Empfehlung einen homogenen Energieverbrauch aufweist, sind solche Angaben umsetzbar. Für Sportlerinnen und Sportler machen aber relative Angaben in % der Gesamtenergiezufuhr aber wenig Sinn. Denn der Energiebedarf im Sport kann in Abhängigkeit der Sportart und des Leistungsniveaus stark variieren. Aus diesem Grund arbeiten die Empfehlungen in der Sporternährung mit absoluten Werten, also g des Nährstoffes pro kg Körpermasse, wobei auch hier die Praxistauglichkeit eingeschränkt ist (besser ist die Arbeit mit Lebensmittelyramiden). Absolute Werte sind nachfolgend dargestellt.
Zufuhr gemäss Lebensmittelpyramide in g pro kg KM
Geringe Aktivität
Sportler/innen
Kohlenhydrate
3.5
5 bis 10
Fette
1.3
1 bis 3
Proteine
1.5
1.2 bis 2.0
Energiebedarf
Etwas vereinfacht dargestellt machen der Grundumsatz und der Energiebedarf für körperliche Aktivität gemeinsam den gesamten Energiebedarf aus. Der Grundumsatz entspricht der minimal benötigten Energiemenge zur Aufrechterhaltung aller lebensnotwendigen Stoffwechselfunktionen (auch Verdauung = „thermogener Effekt der Nahrung) eines gesunden Menschen, der sich seit mindestens acht Stunden in absoluter Ruhe befindet, wach ist und seit 10 bis 12 Stunden nichts gegessen hat. Der Arbeitsumsatz widerspiegelt dem Energieverbrauch durch körperliche Arbeit und hängt von der Art der Arbeit, der Intensität und der Aktivitätsdauer ab. Zusätzlich hängt der Gesamtenergieumsatz auch mit verschiedenen Faktoren wie bspw. Wachstum, Schwangerschaft, Stillzeit, Verhalten, Krankheit, Stress oder Umwelt zusammen.
Der Grundumsatz
Bei körperlich wenig aktiven Personen macht der Grundumsatz den grössten Teil des gesamten Energieverbrauchs aus (ca. 60%). Er wird von verschiedenen Faktoren wie bspw. Geschlecht, Alter, Körpermasse und -oberfläche oder Genetik bestimmt, wobei bei der Körpermasse vor allem die fettfreie Körpermasse entscheidend ist (ein grosser Teil des Energieverbrauchs in der fettfreien Masse wird für die Muskelproteinsynthese benötigt). Im Alter nimmt die fettfreie Körpermasse ab. Da Männern über mehr Muskelmasse als Frauen verfügen, ist deren Grundumsatz rund 10% tiefer als bei Männern. Es existieren zwar viele Formeln zur Berechnung des Grundumsatzes, sie nähern sich jedoch nur grob an den tatsächlichen Grundumsatz an (individuelle Abweichungen davonliegen bei -30 bis +40%). Einzig eine Messung des Grundumsatzes mittels Kalorimetrie führt zu einem sicheren Resultat.
Der Arbeitsenergieverbrauch
Energie wird bei jeder körperlicher Aktivität (jede Muskelkontraktion) benötigt. Bei einer berufstätigen Person, die lange sitzt und sich in der Freizeit wenig bewegt, macht dieses geringe Aktivitätsniveau etwa 20 bis 30% des Grundumsatzes aus (zusätzlicher Energieverbrauch zum Grundumsatz). Da der Gesamtenergiebedarf als Mehrfaches des Grundumsatzes ausgedrückt werden kann, multipliziert man den Grundumsatz bei inaktiven Personen mit 1.2, resp. 1.3 (100 % Grundumsatz plus 20-30% für die körperliche Aktivität). Dieser Faktor wird als Physical Activity Level (PAL) bezeichnet. Eine Übersicht mit PAL-Werten ist unten dargestellt.
Verhalten/Situation
PAL
Beispiele
Grundumsatz
1.0
Ausschliesslich sitzende oder liegende Lebensweise
1.2
Alte, gebrechliche Menschen
Sitzende Tätigkeiten mit wenig Freizeitaktivität
1.4-1.5
Büroangestellte, Feinmechani- ker
Sitzende, zeitweilig gehende oder stehende Tätigkeit
1.6-1.7
Laborant, Student, Fliessband- arbeiter
Überwiegend gehende und stehende Arbeit
1.8-1.9
Verkäufer, Kellner, Mechaniker
Körperlich anstrengende berufliche Arbeit
2.0-2.4
Bauarbeiter, Landwirt, Waldar- beiter
Energiebilanz
Die Energiebilanz entspricht der Differenz zwischen Energieaufnahme und –verbrauch. Sind Energieaufnahme und -verbrauch gleich hoch, so spricht man von einer Nullbilanz oder von einer ausgeglichenen Energiebilanz. Über einen längeren Zeitraum führt eine positive Bilanz zu einer Gewichtszunahme, da der Überschuss an Energie zwingendermassen im Körper gespeichert wird. Umgekehrt führt eine langfristig negative Energiebilanz zu einer Abnehme der Körpermasse. Die wesentlichen Beeinflusser der Energiebilanz sind somit die Nahrungsaufnahme und der Energieverbrauch. Da jedoch auch die Verteilung der Energieträger einen Einfluss auf den Energieverbrauch hat, scheint auch die Art der Zufuhr eine (kleine) Rolle zu spielen.
Der Körper kann Energie nur in Form von Fetten oder Kohlenhydraten speichern. Fett stellt dabei für den Körper die ideale Speichersubstanz dar. Es kann auf kleinstem Raum viel Energie speichern, da Fett erstens mehr als doppelt so viel Energie pro Gramm als Kohlenhydrate enthält und zudem nahezu wasserfrei gelagert werden kann. Bei der Speicherung der Kohlenhydrate muss fast das Doppelte des Speichergewichts an Wasser mit eingelagert werden. Zudem sind die Kohlenhydratspeicher sehr begrenzt.
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