Kohlenhydrate & Fette - Kohle für das Kraftwerk? [3|9]

A. Makronährstoffe

Aus den ersten Beiträgen geht hervor, dass der Körper Energie benötigt und diese über unterschiedliche Stoffwechselvorgänge aus Makronährstoffen gewinnen kann. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage, welche konkreten Nährstoffgruppen es gibt und wie der Körper diese verwertet. Allgemein lassen sich Nahrungsmittel in zwei Gruppen einteilen. Makronährstoffe, zu denen Kohlenhydrate, Proteine und Fette gehören und als Grundbausteine der Ernährung gelten, werden auf unterschiedliche Art und Weise Energiegewinnung verwertet. Mikronährstoffe werden für unterschiedlichste physiologische Prozesse benötigt, werden jedoch nicht energetisch verstoffwechselt.

B. Kohlenhydrate

Das Thema Kohlenhydrate wird insbesondere im Social Media Bereich sehr kontrovers diskutiert, oftmals wird ihnen sogar die Rolle des „Fettmacher“ zugeschrieben. Betrachtet man Kohlenhydrate aus einer rein biologischen Perspektive, ergibt sich ein differenzierteres Bild:

B.1 Was sind Kohlenhydrate?

Aus biochemischer Sichtweise sind Kohlenhydrate Zuckerverbindungen, welche der Körper über Stoffwechselprozesse, wie der aeroben oder anaeroben Energiegewinnung, in ATP umwandelt. Damit nehmen sie eine entscheidende Rolle im Energiehaushalt ein. In ihrer Struktur werden Zuckerverbindungen in drei Untergruppen, die Einfach-, Zweifach- sowie Mehrfachzucker aufgeteilt.

Ernährung 3: Kohlenhydrate und Fette als Energielieferant

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Zu den Einfachzuckern zählt die Glukose, welche der kleinste Baustein einer Kohlenhydratkette ist. Sie ist Bestandteil vieler verschiedener Lebensmittel wie Brot, Reis oder Kartoffeln. Wurden Kohlenhydrate im Rahmen der Verdauung aufgespalten, wird die daraus resultierende Glukose über die Darmwand ins Blut aufgenommen und als primäre Energiequelle für Zellen verwendet. Fruktose ist ähnlich aufgebaut wie die Glukose, schmeckt aber deutlich süßer und ist vorwiegend in Früchten und Gemüse enthalten. Der dritte Einfachzucker ist die Galaktose, welche beispielsweise in der Muttermilch vorkommt.

Zweifachzucker setzen sich aus zwei einfachen Zuckermoleküle zusammen. Ein typisches Beispiel hierfür ist der weiße Haushaltszucker, die sogenannte Saccharose. Zudem gehört sowohl die Laktose, also Milchzucker, als auch die Maltose zu den Zweifachzuckern.

Komplexe Kohlenhydrate werden auch als Mehrfachzucker bezeichnet und bestehen aus bis zu 1000 Zuckermolekülen. Typische Mehrfachzucker sind Stärke, Ballaststoffe sowie Glykogen, welches die Speicherform von Glukose in Mensch und Tier ist. Stärke wiederum ist die gespeicherte Form der Glukose in Pflanzen und befindet sich dementsprechend insbesondere in stärkehaltigen Gemüsen, Hülsenfrüchten sowie Vollkornprodukten. Damit der Körper komplexe Kohlenhydrate zur Energiebereitstellung nutzen kann, müssen diese in einfache Glukosemoleküle umgebaut werden.

B.2 Schlechte vs. gute Kohlenhydrate

Für den Körper liegt der Hauptunterschied zwischen den Kohlenhydraten vor allem in der Geschwindigkeit, mit welcher er die Zuckerverbindungen umbauen und so für die Energiegewinnung verwenden kann. Dabei steht immer die Glukose, als primäre Energiequelle, am Ende der Reaktionskette. Das Maß, mit welchem ein Lebensmittel den Blutzuckerspiegel steigen lässt, wird mit dem Glykämischen Index (GI) angegeben.

So haben Nudeln - als Polysaccharid - einen hohen GI und sorgen für einen schnelleren Anstieg des Blutzuckerspiegels. Laktose - als Zweifachzucker - wird wiederum mit einem geringeren GI langsamer aufgenommen. Dementsprechend hängt die Verdauungszeit nicht allein von der Kettenlänge des Kohlenhydrats ab. Viel eher verlängert ein hoher Ballaststoffanteil diese Zeit und führt zu einem konstanten Anstieg des Blutzuckerspiegels. Aus diesem Grund bezeichnen in diesem Beitrag komplexe Kohlenhydrate langkettige Lebensmittel mit einem hohen Ballaststoffanteil.

Im Gegensatz dazu sind Einfachzucker schnell für den Körper verfügbar und können direkt als Energiequelle genutzt werden, was im sportlichen Kontext durchaus sinnvoll sein kann.

Wie eingangs schon erwähnt, werden den Kohlenhydraten oftmals als Fettmacher bezeichnet. Häufig sind es jedoch nicht die Kohlenhydrate per se, sondern eine ungünstige Verteilung der Kohlenhydrate und Fette in verarbeiteten Lebensmitteln. Ein hoher Fettanteil, kombiniert mit Einfachzuckern, wie es häufig in hoch-verarbeiteten Lebensmitteln vorkommt, scheint mit einer höheren Kalorienzufuhr assoziiert zu sein. Beispielsweise fand Hall (2019) in seiner Untersuchung heraus, dass Menschen, welche primär hoch-verarbeitete Lebensmittel konsumierten, mehr Zwischenmahlzeiten einbauten und sich kalorienreicher ernährten.

Dementsprechend ist eine Unterscheidung zwischen den Nahrungsmitteln nach Verarbeitungsgrad sowie der Nährstoffdichte sinnvoller, als von guten oder schlechten Kohlenhydraten zu sprechen. Auch wenn verschiedenen Lebensmittel eine unterschiedliche Nährstoffverteilung aufweisen, bedeutet dies nicht, dass auf bestimmte Lebensmittel verzichtet werden muss. Denn je nach Kalorienverbrauch, Kontext und Zielsetzung hat in einer gesunden Ernährung jede Kohlenhydratform, ihre Berechtigung.

B.3 Kohlenhydratzufuhr im Sport

B.3.1 Ausdauersport
In Disziplinen wie Marathon, Triathlon oder anderen Longdistance - Wettkämpfen wird die Energie vor allem über die aerobe Glykolyse sowie die Lipolyse bereitgestellt. Bei Sportlerinnen, welche regelmäßig Kohlenhydrate zu sich nehmen, stellt Glukose die primäre Energiequelle dar. Ernährt sich die Sportlerin kohlenhydratarm, wird im Rahmen der Energiegewinnung vermehrt auf den Fettsäurestoffwechsel zurückgegriffen (s. Beitrag Low-Carb, Haff, 2019). Allerdings können Studien von Bangsbo (1992) oder Ainsworth (2011) zeigen, dass Kohlenhydrate die Zeit bis zur Erschöpfung herauszuzögern sowie mit einer besseren Leistung einherzugehen scheinen (Burke, 2011). Ein leerer Glykogenspeicher wiederum kann zu einem Leistungseinbruch führen (Krustrup, 2006). Infolgedessen empfiehlt sich für eine Ausdauersportlerin eine ausreichende Versorgung mit Kohlenhydraten, um volle Glykogenspeicher in der Leber und Muskulatur sicherzustellen. Da die Umwandlung von Glykogen in ATP die Energieversorgung bei intensiven sportlichen Belastungen nur für 75-90 Minuten sicherstellen kann, sollte bei längeren Events zusätzliche Kohlenhydrate während des Sportes eingenommen werden.

Die Menge an benötigten Kohlenhydraten hängt sowohl von der Belastungsdauer als auch der Erfahrung der Athletin ab. Bei einem Training auf einen Wettkampf von über zwei bis drei Stunden kann die Maximierung des Glykogenspeichers sinnvoll sein. Das bedeutet, dass eine Woche vor dem Wettkampf ein sogenanntes Tapern, das Reduzieren des Trainingsvolumens, bei gleichzeitiger Steigerung der Kohlenhydratzufuhr durchgeführt wird. Busseau (2002) und Haff (2019) empfehlen 48 Stunden vor Wettkampfbeginn eine Menge von ca. 10-12 g Kohlenhydrate pro Kilogramm Körpergewicht pro Tag zuzuführen. Vordergründig sollte allerdings die Steigerung der Kohlenhydrat-Zufuhr über die bisherige Einnahmemenge beachtet werden, womit der Wert stark vom bisherigen Bedarf abhängt. Die Maximierung des Glykogenspeichers kann, je nach Art und vor allem je nach Dauer, auch bei Crossfit - Wettkämpfen sinnvoll sein.

Steht für eine Sportlerin keine Leistungsmaximierung im Vordergrund und trainiert sie nur wenig bis moderat, ist keine besondere Ernährungsstrategie notwendig. In diesen Fällen reicht die allgemeine Zufuhr von 50 % der Kalorienzufuhr am Tag, welche auch den Empfehlungen der deutschen Gesellschaft für Ernährung (DGE) entspricht.

B.3.2 Kraftsport
Kraftsport hat zum Ziel, die größtmögliche Kraft, die das Nerv-Muskelsystem willkürlich aufbringen kann, zu maximieren und führt zu einer Verbesserung der intra- und intermuskulären Koordination sowie einer Vergrößerung des Muskelquerschnitts. Die Ernährung kann, wie es zum Beispiel McGlory (2019) beschreibt, einen entscheidenden Beitrag zur Muskelproteinsynthese beitragen, sowie die Kraftleistung und Regeneration verbessern. Eine ausreichende Energie- als auch Proteinzufuhr ist insbesondere für einen positiven Protein-Turnover, und damit den Muskelaufbau, essenziell (s. Beitrag Proteine).

Die Energiegewinnung erfolgt primär über den anaerob alaktaziden und anaerob laktaziden Weg. Im Gegensatz zum Ausdauersport beruht die Energiebereitstellung im Kraftsport nicht vorwiegend auf Kohlenhydraten. Hier nimmt die Zufuhr von Proteinen und bei Bedarf von Supplementen einen größeren Stellenwert ein (Verweis Beitrag, Proteine und Supplemente). Um die Leistungsfähigkeit während des Trainings, oder im Wettkampf aufrechterhalten zu können, kann allerdings auch im Kraftsport eine ausreichende Kohlenhydratzufuhr sinnvoll sein. Laut King (2022) kann infolge eines Krafttrainings der Muskelglykogenpeicher um circa 24-20 % abnehmen. Die Autorengruppe postuliert, dass nach einer Fastenperiode von 8 Stunden oder bei Trainingseinheiten, welche länger als 45 Minuten betragen, das Essen von Kohlenhydraten leistungssteigernd wirken kann. Aktuell existiert noch wenig Evidenz bezüglich der Zufuhr von Kohlenhydraten im Kraftsportbereich, weshalb sich die Empfehlungen an den Angaben für Ausdauersport orientieren. Aus der Abbildung eins geht hervor, dass sich die Kohlenhydratzufuhr stark an der Intensität und Dauer des Trainings orientieren muss. Dementsprechend erstrecken sich die Empfehlungen von 2 g, bei wenig bis moderater körperlicher Belastung, bis hin zu 10 g pro Kilogramm Körpergewicht bei langanhaltenden hochintensiven Trainingseinheiten.

C. Fette

Analog zu den Kohlenhydraten spalten sich auch beim Thema Fette die Geister. Angesichts dessen wird auch dieser Makronährstoff im Folgenden aus einer biochemischen Perspektive betrachtet.

Der Überbegriff Lipide beschreibt diverse im Menschen vorkommenden Fette, unter anderem die für die Ernährung relevanten Triglyceride, welche auch unter Blut- oder Neutralfett bekannt sind. Ein Großteil der vom Menschen aufgenommenen Fette sind Triglyceride, welche als Energiequelle dienen (s. Lipolyse). Mithilfe eines Glycerinmolküls speichern sie jeweils drei zugehörigen Fettsäuren, wie es aus Abbildung eins ersichtlich wird (Horn, 2015).

Fettsäuren wiederum lassen sich je nach Kettenlänge sowie der Anzahl an Doppelbindungen in vier Arten differenzieren:

1. Gesättigte Fettsäuren kommen primär in tierischen Produkten vor. Sie besitzen keine sogenannten Doppelbindungen, das heißt, die Kohlenstoffmoleküle sind nur über eine Bindung miteinander verbunden.
2. Bei einfach ungesättigten Fettsäuren liegt eine Doppelbindung vor.
3. Mehrfach ungesättigte Fettsäuren besitzen mindestens zwei Doppelbindungen.
4. Transfette entstehen durch die Härtung von ungesättigten Fettsäuren, was bei heißem Frittieren oder sehr heißem Braten geschieht.

Fette haben mit 9-9,2 Kalorien auf ein Gramm die höchste Kaloriendichte, womit sie eine ertragreiche Energiequelle darstellen. Insbesondere das im Unterhautgewebe gespeicherte Fett wird in langen Hungerphasen oder anhaltenden Ausdauerbelastungen als Energielieferant genutzt. Zudem werden Fette sowohl für die Aufnahme von fettlöslichen Vitaminen wie Vitamin-A, -D, -E und -K, als auch zur Bildung verschiedener Hormone oder der Zellmembran benötigt. Omega-3 und Omega-6-Fettsäuren sind sogenannte essenzielle Fettsäuren, sie sind für den Erhalt des Organismus notwendig, können allerdings nicht vom Körper selbst hergestellt werden.

Generell sollte die Menge an Fetten nicht wesentlich unter 20-30 % der Gesamtkalorien betragen (DGE, 2022, Haff 2019). Wie Whittaker (2021) in seiner Untersuchung herausstellen konnte, kann durch eine Low-Fat-Diät die Hormonproduktion, unter anderem von Testosteron beeinträchtigt werden.

C.1 Omega-3-Fettsäuren

Omega-3-Fettsäuren spielen eine wichtige Rolle für viele verschiedene Funktionen des Körpers. Sie scheinen eine kardiovaskuläre Schutzfunktion zu haben, da sie die Blutfettwerte positiv beeinflussen (Jain, 2015). Insbesondere einfach ungesättigte Fettsäuren wirken sich positiv auf den Cholesterinwert aus. Zudem wurde von Flakoll (2004) oder DiGirolamo (2014) bestätigt, dass sich eine zusätzliche Aufnahme von Omega-3-Fettsäuren, bei gleichzeitigem Training, positiv auf Erkrankungen, wie Sarkopenie, auswirken kann.

Die bekanntesten Omega-3-Fettsäuren sind Eicosapentaensäure (EPA) und Docosahexaensäure (DHA), welche primär in Algen und Fischen vorkommen. Insofern kann mit Fischöl, fettreichen Fischen sowie Algen der Bedarf an Omega-3-Fettsäuren gedeckt werden. Neben Algen enthalten auch andere Pflanzen Omega-3, meist Alpha-Linolsäure (ALA). Diese müssen allerdings vom Körper erst in EPA und DHA umgewandelt werden, um verwertet werden zu können. Die Rate, mit welcher ALA in die verwertbaren Fettsäuren umgewandelt wird, ist jedoch gering, laut Greupner (2018) beträgt sie von ALA in DHA weniger als 4 % und von ALA in EPA weniger als 8 %.

Die American Heart Association (AHA) empfiehlt eine Aufnahme an EPA und DHA von 0,5 bis 1,8 Gramm pro Tag, was einem Fischkonsum von 1-2x pro Woche entspricht. Wird eine Fischmahlzeit zusätzlich mit einem Gramm EPA/DHA ergänzt, scheint dies einen präventiven Nutzen auf beispielsweise kardiovaskuläre Erkrankungen zu haben. Bestehen bereits hohe Blutfettwertekann die Dosis auf 2-4 Gramm erhöht werden.

Menschen, welche sich rein pflanzlich ernähren, haben Schwierigkeiten, diese Referenzwerte zu erreichen, weshalb es laut Burns-Whitmore (2019) sinnvoll sein kann, mithilfe von Supplementen den Bedarf zu decken und regelmäßige Blutkontrollen durchzuführen.

C.2 Omega-6-Fettsäuren

Das Gegenstück zu Omega-3-Fettsäuren sind die Omega-6-Fettsäuren, denn im Gegensatz zu ersteren werden den Omega-6-Fettsäuren entzündliche Eigenschaften zugeschrieben. Zu dieser Gruppe gehören die Linolsäure (LA), Gamma-Linolsäure (GLA) sowie die Arachidonsäure (AA), welche mit proinflammatorischen Prozessen in Verbindung gebracht wurden. Infolgedessen werden sie unter anderem für viele der menschlichen Zivilisationskrankheiten verantwortlich gemacht. Allerdings konnte diese Annahme in den Metaanalysen von Li (2020) oder Farvid (2014) nicht bestätigt werden.

Die Umwandlungsprozesse von Omega-3 und Omega-6-Fettsäuren teilen sich die gleichen Enzymsysteme (Delta-6-Desaturase, Fettsäure-Elongase), weshalb sie miteinander konkurrieren (Abb. 2). Bei einer erhöhten Zufuhr an Omega-6-Fettsäuren stehen der Verstoffwechselung von Omega-3-Fettsäuren somit weniger Enzyme zur Verfügung. Dementsprechend kann sich ein übermäßiger Konsum an Omega-6-Fettsäuren negativ auf die Eigensynthese von EPA und DHA auswirken. Vor diesem Hintergrund wird, ein Verhältnis zwischen Omega 6:3 von 5:1 oder kleiner (DGE) beziehungsweise 1:1 (Simopoulos, 2016) empfohlen. Allerdings weist die Ernährung in den westlichen Industrieländern häufig ein Verhältnis von 10-20:1 auf (Simopoulos, 2002). Jedoch konstatiert Harris (2018), dass das beschriebene Verhältnis teilweise zu unspezifisch sei. So haben etwa Mandeln ein Omega-6:3-Verhältnis von circa 2011:1, den bisherigen Empfehlungen zufolge eine äußerst ungünstige Relation, dennoch werden Mandeln viele gesundheitsförderliche Eigenschaften zugeschrieben. Dementsprechend kann eine Orientierung an dem objektiven Omega-3 Status sinnvoll sein. Dieser Index stellt den Anteil von EPA und DHA der roten Blutzellen dar und wird über eine Blutanalyse überprüft. Laut Ma (2021) sollte dieser 8-10 % der Gesamtmasse an Fettsäuren der Zellmembran betragen, beträgt er weniger, sollten Omega-3-Fettsäuren supplementiert werden.

D. Fazit

Die Makronährstoffe Kohlenhydrate und Fette werden oftmals kontrovers diskutiert, stellen jedoch wichtige Energielieferanten für den menschlichen Körper dar.

Kohlenhydrate sind Zucker und eine wichtige Energiequelle für den, insbesondere das Gehirn. Sie lassen sich in Einfach-, Zweifach- und Mehrfachzucker unterteilen, wobei sie sich vorwiegend in der Zeit, in welcher sie verwertet werden, unterscheiden. Komplexe Kohlenhydrate beispielsweise sorgen durch den graduellen Abbau des Moleküls für einen konstanten Anstieg des Blutzuckerspiegels, im Gegensatz zu Blutzuckerspitzen nach dem Konsum von Kohlenhydraten mit einer hohen glykämischen Last.

Kohlenhydrate sind keine essenziellen Nährstoffe, da der Körper über die Glykoneogenese in der Lage ist, selbst Glukose herzustellen. Dennoch sollten vor allem Ausdauersportlerinnen, sowie sportlich aktive Menschen, auf eine ausreichende Zuckerzufuhr achten, denn die Glykoneogenese ist in der Energiebereitstellung weniger effektiv.

Fette gehören ebenfalls zu den Makronährstoffen und besitzen mit 9 Kilokalorien pro Gramm die höchste Energiedichte. Sie übernehmen wichtige Funktionen im Stoffwechsel, bei der Aufnahme fettlöslicher Vitamine, in der Integrität des Nervensystems sowie der Produktion von Hormonen, wie dem Testosteron. Aus diesem Grund sollte die tägliche Fettzufuhr nicht weniger als 20-30 % der Gesamtkalorienanzahl betragen.

Analog zu den Kohlenhydraten lassen sich Fette in verschiedene Untergruppen aufteilen: die gesättigten, einfach ungesättigten, mehrfach ungesättigten und Transfettsäuren. Ungesättigt bedeutet hierbei das Vorhandensein von Doppelbindungen, welche den Aggregatzustand bei Raumtemperatur beeinflussen.

Omega-3-Fettsäuren können nicht vom Körper hergestellt werden, nehmen jedoch eine wichtige Rolle in der Prävention von kardiovaskulären Erkrankungen sowie bei antiinflammatorischen Prozessen ein. Infolgedessen müssen sie über die Nahrung aufgenommen werden, wobei Omega-3 Quellen aus Fisch und Algen besser zu verwerten sind als pflanzliche. ALA aus pflanzlichen Quellen muss zunächst in EPA und DHA umgewandelt werden, wobei die Umwandlungsrate mit 8-12 % äußert schlecht ist. Aus diesem Grund wird Veganerinnen empfohlen regelmäßig ihren Omega-3 Index überprüfen zu lassen, welcher circa 8 bis 10 % betragen sollte.