Fettstoffwechsel bei sportlicher Betätigung

Fette werden zusammen mit Kohlenhydraten in der Muskulatur oxidiert, um Energie für die arbeitende Muskulatur bereitzustellen. Inwieweit sie den Energieverbrauch kompensieren können, hängt von der Dauer und Intensität der Belastung ab. Ausdauersportler (> 90 Min.) trainieren typischerweise bei 65–75 % VO2max und sind durch die Kohlenhydratreserven des Körpers limitiert. Nach 15–20 Min. Ausdauerbelastung wird die Oxidation der Fettspeicher (Lipolyse) angeregt und Glycerin und freie Fettsäuren werden freigesetzt. Im ruhenden Muskel liefert die Fettsäureoxidation eine große Menge Energie, aber dieser Beitrag nimmt bei leichtem aeroben Training ab. Bei intensiver Belastung ist eine Umstellung der Energiequellen von Fett auf Kohlenhydrate zu beobachten, besonders bei Intensitäten von 70–80 % VO2max. Es wird vermutet, dass die Nutzung der Fettsäureoxidation als Energiequelle für die arbeitende Muskulatur eingeschränkt sein könnte. Abernethy et al. schlagen die folgenden Mechanismen vor.

• Eine erhöhte Laktatproduktion verringert die Katecholamin-induzierte Lipolyse und reduziert dadurch die Plasmafettsäurekonzentration und die Muskelfettsäureversorgung. Laktat soll im Fettgewebe eine antilipolytische Wirkung haben. Erhöhte Laktatwerte können zu einem niedrigeren pH-Wert des Blutes führen, was die Aktivität verschiedener an der Energieproduktion beteiligter Enzyme verringert und zu Muskelermüdung führt.
• Geringere ATP-Produktion pro Zeiteinheit während der Fettoxidation im Vergleich zu Kohlenhydraten und höherer Sauerstoffbedarf während der Fettsäureoxidation im Vergleich zur Kohlenhydratoxidation.

Beispielsweise führt die Oxidation eines Glucosemoleküls (6 Kohlenstoffatome) zur Bildung von 38 ATP-Molekülen, während die Oxidation von Fettsäuremolekülen mit 18 Kohlenstoffatomen (Stearinsäure) 147 ATP-Moleküle ergibt (die ATP-Ausbeute aus einem Fettsäuremolekül ist 3,9-mal höher). Darüber hinaus erfordert die vollständige Oxidation eines Glucosemoleküls sechs Sauerstoffmoleküle und die vollständige Oxidation von Palmitinsäure 26 Sauerstoffmoleküle, was 77 % mehr ist als im Fall von Glucose. Bei längerer körperlicher Betätigung kann der erhöhte Sauerstoffbedarf für die Fettsäureoxidation also die Belastung des Herz-Kreislauf-Systems erhöhen, was im Verhältnis zur Dauer der Belastung ein limitierender Faktor ist.

Der Transport langkettiger Fettsäuren in die Mitochondrien hängt von der Kapazität des Carnitin-Transportsystems ab. Dieser Transportmechanismus kann andere Stoffwechselprozesse hemmen. Eine erhöhte Glykogenolyse während des Trainings kann die Acetylkonzentration erhöhen, was wiederum zu erhöhten Malonyl-CoA-Werten, einem wichtigen Zwischenprodukt der Fettsäuresynthese, führt. Dies kann den Transportmechanismus hemmen. Ebenso kann eine erhöhte Laktatbildung die Konzentration von acetyliertem Carnitin erhöhen und die Konzentration von freiem Carnitin senken, wodurch der Fettsäuretransport und die Fettsäureoxidation beeinträchtigt werden.

Obwohl die Fettsäureoxidation bei Ausdauerbelastungen einen höheren Energieertrag liefert als Kohlenhydrate, benötigt sie mehr Sauerstoff als Kohlenhydrate (77 % mehr O2) und erhöht somit die kardiovaskuläre Belastung. Aufgrund der begrenzten Speicherkapazität von Kohlenhydraten nimmt jedoch die Trainingsintensität ab, da die Glykogenspeicher erschöpft sind. Daher gibt es verschiedene Strategien, um Muskelkohlenhydrate zu erhalten und die Fettsäureoxidation bei Ausdauerbelastungen zu steigern. Diese sind:

• Ausbildung;
• mittelkettige Triacylglycerin-Ernährung;
• orale Fettemulsion und Fettinfusion;
• fettreiche Ernährung;
• Nahrungsergänzungsmittel in Form von L-Carnitin und Koffein.

Ausbildung

Beobachtungen haben gezeigt, dass trainierte Muskeln eine hohe Aktivität der Lipoproteinlipase, Muskellipase, Acyl-CoA-Synthetase und Fettsäurereduktase sowie der Carnitinacetyltransferase aufweisen. Diese Enzyme verstärken die Oxidation von Fettsäuren in den Mitochondrien [11]. Darüber hinaus akkumulieren trainierte Muskeln mehr intrazelluläres Fett, was ebenfalls die Aufnahme und Oxidation von Fettsäuren während des Trainings erhöht und so die Kohlenhydratreserven während des Trainings schont.

Aufnahme mittelkettiger Triglyceride

Mittelkettige Triacylglyceride (MCTs) enthalten Fettsäuren mit 6–10 Kohlenstoffatomen. Diese Ts gelangen vermutlich schnell vom Magen in den Darm, werden über das Blut zur Leber transportiert und können die Plasma-MCTs und -Ts erhöhen. Im Muskel werden diese Ts schnell von den Mitochondrien aufgenommen, da sie das Carnitin-Transportsystem nicht benötigen, und werden schneller und stärker oxidiert als langkettige Ts. Die Auswirkungen von MCTs auf die sportliche Leistung sind jedoch unklar. Es gibt keine eindeutigen Belege für die Glykogenerhaltung und/oder Ausdauersteigerung durch MCTs.

Orale Fettaufnahme und Infusion

Eine Reduzierung der endogenen Kohlenhydratoxidation während des Trainings kann durch die Erhöhung der Plasmafettsäurekonzentrationen mittels Fettsäureinfusionen erreicht werden. Fettsäureinfusionen sind jedoch während des Trainings unpraktisch und bei Wettkämpfen unmöglich, da sie als künstlicher Dopingmechanismus angesehen werden können. Darüber hinaus kann die orale Einnahme von Fettemulsionen die Magenentleerung hemmen und zu Magenbeschwerden führen.

Fettreiche Diäten

Fettreiche Ernährung kann die Fettsäureoxidation erhöhen und die Ausdauerleistung von Sportlern verbessern. Aktuelle Erkenntnisse deuten jedoch darauf hin, dass solche Diäten die Leistung steigern können, indem sie den Kohlenhydratstoffwechsel regulieren und die Glykogenspeicher in Muskeln und Leber aufrechterhalten. Langfristige fettreiche Ernährung hat nachweislich negative Auswirkungen auf die Herz-Kreislauf-Gesundheit. Sportler sollten daher bei der Verwendung fettreicher Diäten zur Leistungssteigerung vorsichtig sein.

L-Carnitin-Ergänzungen

Die Hauptfunktion von L-Carnitin besteht darin, langkettige Fettsäuren durch die Mitochondrienmembran zu transportieren, um sie in den Oxidationsprozess einzubeziehen. Es wird angenommen, dass die orale Einnahme von L-Carnitin-Präparaten die Fettsäureoxidation fördert. Wissenschaftliche Belege für diese Behauptung fehlen jedoch.

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