Proteinbedarf und -konsum bei Sportlern - Teil4

Teil 3 des Artikels findet ihr hier.

PROTEIN ZUSAMMENSETZUNG UND QUALITÄT

Es gibt insgesamt 20 verschiedene Aminosäuren, von denen 9 zu den essentiellen und 11 zu den nichtessentiellen Aminosäuren (NEAAs) zählen. EAAs können vom Körper nicht selbst hergestellt werden und müssen deshalb von außen über die Nahrung zugeführt werden. Die Proteinqualität ist typischerweise als die Kapazität eines Proteins zur Versorgung mit EAAs definiert^{(19, 66)}. Es gibt eine Anzahl unterschiedlicher Methoden zur Bestimmung der Proteinqualität, doch ihre Anwendung ist zum Teil umstritten^{(66, 67)}. Diese Methoden umfassen die Analyse der chemischen Zusammensetzung^{(68, 69)}, das Protein Effizienz Verhältnis (Protein Efficiency Ratio)⁽⁷⁰⁾, die biologische Wertigkeit⁽⁷¹⁾ und die verdaubarkeitsbereinigte Aminosäurebewertung (Protein Digestibility–Corrected Amino Acid Score (PDCAAS) )⁽⁶⁶⁾. Eine genaue Erklärung all dieser Methoden würde den Rahmen dieser Publikation sprengen, zusammenfassend kann man jedoch sagen, dass diese Methoden im Allgemeinen auf Kriterien beruhen, welche die Proteinzusammensetzung, die Absorbierbarkeit der Aminosäuren durch das Körpergewebe und die Wachstumsrate eines im Wachstum befindlichen Tieres als Reaktion auf eine bestimmte Proteinquelle umfassen (für eine detaillierter Beschreibung dieser Methoden sei auf Brody⁽⁹⁾ verwiesen). preview

Der Einfluss der Zusammensetzung / Qualität einer Proteinquelle auf den Aufbau fettfreier Körpermasse

Im Allgemeinen enthalten tierische Produkte die höchste Menge an EAAs, während bei pflanzlichen Proteinen typischerweise eine oder mehrere EAAs fast völlig fehlen⁽¹²⁾. In diesem Zusammenhang untersuchten Campbell und Kollegen⁽⁷²⁾ die Auswirkungen einer laktovegetarischen Ernährung (fleischfrei) im Vergleich zu einer Mischkost, welche auch Fleisch enthält, auf die Körperzusammensetzung und die Muskelkraft bei männlichen Probanden im Alter zwischen 51 und 69 Jahre. Die Probanden der laktovegetarischen Gruppe wurden von Ernährungsberatern unterstützt, um eine ausreichende Proteinzufuhr zu gewährleisten. Weiterhin gab es zwischen den beiden Gruppen keinerlei Unterschiede bezüglich der Kalorienmenge und der Makronährstoffzufuhr. Beide Gruppen nahmen an einem zwölfwöchigen Widerstandstrainingsprogramm teil. Das Ergebnis der Studie zeigte eine signifikante Zunahme fettfreier Körpermasse und eine Reduzierung des Körperfettes bei der Mischkostgruppe mit Fleischkonsum. Bei der laktovegetarischen Gruppe konnte hingegen eine Zunahme an Körperfett und ein Verlust fettfreier Masse beobachtet werden.

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine Ernährung, die hauptsächlich tierisches Protein in Form von Fleischprodukten beinhaltet, für die Verwirklichung der Ziele des Widerstandstrainings besser geeignet ist, als eine vegetarische Ernährung.

In diesem Zusammenhang wäre es für Vegetarier empfehlenswert, die Ernährung mit einem EAA Supplement zu ergänzen, welches vorzugsweise reich an BCAAs und Leucin sein sollte. Weiterhin ist es für Vegetarier wichtig die Qualität des zugeführten Proteins durch den Verzehr komplementärer Proteinquellen zu erhöhen.

Komplementäre Proteine sind unvollständige Proteine, denen eine oder mehrere EAAs fehlen, die jedoch, wenn sie miteinander kombiniert werden, ein komplettes Aminosäureprofil liefern⁽¹²⁾. Die gebräuchlichsten Kombinationen stellen Getreideprodukte und Gemüse dar (z.B. Bohnen, Linsen). Getreide mangelt es an Lysin, während Gemüse Lysin enthält aber nur sehr wenig Methionin. (siehe McArdel und Kollegen⁽¹²⁾ für eine Zusammenfassung zum Thema komplementäre Proteinquellen).

In einer Studie der McMaster University, ließen Phillips und Kollegen⁽⁷⁾ die Studienteilnehmer eines von drei Getränken direkt nach und eine Stunde nach dem Training konsumieren. Die Getränke bestanden aus 500 ml Milch (18,2 Gramm Protein), einer isonitrogenen und isoenergenen Sojamixtur sowie eines Maltodextrin Kontrollgetränks mit gleichem Kaloriengehalt.

Nach 12 Wochen Widerstrandstraining wurde festgestellt, dass die Probanden der Milchgruppe deutlich mehr fettfreie Muskelmasse aufgebaut hatten, als die Probanden der Maltodextrin Kontrollgruppe, während es keinen signifikanten Unterschied zwischen der Kontrollgruppe und der Sojaproteingruppe gab.

Die Wirkung des Proteinverzehrs auf die Proteinsynthese des peripheren Gewebes und des Gewebes der inneren Organe

Die Ganzkörperproteinsynthese umfasst sowohl die Proteinsynthese der inneren Organe^{(72, 73)} als auch die periphere Proteinsynthese (z.B. in der Muskulatur)⁽⁷⁴⁾. Studien deuten darauf hin, dass Proteine, bei denen eine oder mehrere essentielle Aminosäuren ganz fehlen oder nur in geringem Umfang enthalten sind, die Proteinsynthese der inneren Organe erhöhen, während die Proteinsyntheserate der peripheren Skelettmuskulatur reduziert wird^{(48, 75)}. Um dies zu demonstrieren ließen Fouillet und Kollegen⁽⁴⁸⁾ Probanden eine Mischung aus Sucrose und entweder 30 Gramm Wheyprotein oder 30 Gramm Sojaprotein konsumieren. Auch wenn Sojaprotein als vollständiges Protein angesehen wird, enthält es doch 85 % weniger EAAs als Milchprotein. Außerdem enthält Sojaprotein nur wenig der essentiellen Aminosäure Methionin⁽⁷⁶⁾. Die Ergebnisse der Studie zeigten, dass die prozentuale Zurückhaltung von über die Nahrung zugeführtem Stickstoff bei der Wheyproteingruppe größer als bei der Sojaproteingruppe war. Die Einlagerung von über die Nahrung zugeführtem Stickstoff in Serumproteine war hingegen bei der Sojaproteingruppe größer als bei der Wheyproteingruppe, was auf eine verstärkte Verwendung von Aminosäuren für die Proteinsynthese im Gewebe der inneren Organe bei der Sojaproteingruppe hinwies.

Diese Ergebnisse könnten auf der schnelleren Verdauungsrate oder dem geringen Methioningehalt des Sojaproteins beruhen. Die letztere Vermutung wurde durch eine Studie von Lecavalier und Kollegen⁽⁷⁵⁾ untermauert, in welcher die Konzentration einer der beiden Aminosäuren Leucin oder Threonin im Blutplasma bei gleichzeitiger Beibehaltung der Konzentration der anderen essentiellen Aminosäuren reduziert wurde. Die Ergebnisse dieser Studie deuten darauf hin, dass die periphere Proteinsyntheserate reduziert wurde, während die Syntheserate der Leberproteine gleich blieb.

Weitere Unterstützung für diese Vermutung kommt von Martinez und Kollegen⁽⁷⁷⁾, welche herausfanden, dass eine gemüsebasierte Ernährung, welche zu einem Mangel der essentiellen Aminosäure Methionin führt, bei Ratten im Vergleich zu einer kaseinbasierten Ernährung zu starker Atrophie des Gastrocnemius Muskels (zweiköpfiger Wadenmuskel) führte. Dies wurde auf eine reduzierte Proteinsyntheserate der Muskulatur zurückgeführt. Die Leberproteinsyntheserate war bei der Gemüseproteingruppe hingegen leicht erhöht.

Weiterhin konnten mehrere Studien zeigen, dass BCAAs bevorzugt vom Gewebe der Skelettmuskulatur aufgenommen werden und nur schlecht im Gewebe der inneren Organe oxidiert werden können⁽⁷⁸⁾. In diesem Zusammenhang sollte auch bedacht werden, dass Milchprotein 120 % mehr BCAAs enthält als Sojaprotein⁽⁴⁸⁾.

Der Einfluss des Proteinkonsums auf die Proteinsynthese der Skelettmuskulatur

Aminosäuren haben bei der Regulierung der Proteinsynthese zwei Funktionen. Erstens agieren sie als Bausteine für den Aufbau neuen Muskelgewebes⁽¹²⁾ und zweitens fungieren sie als Signalmoleküle, welche die Proteinsynthese anregen⁽⁶²⁾.

In diesem Zusammenhang haben eine Reihe von Studien untersucht, welche Aminosäuren für die Anregung der Proteinsynthese relevant sind. Viele Untersuchungen deuten darauf hin, dass essentielle Aminosäuren (EAAs) der limitierende Faktor für die Proteinsynthese sind, der über die Nahrung zugeführt werden muss, um Muskelwachstum zu ermöglichen^{(79 – 81)}. In diesem Kontext untersuchten Borsheim und Kollegen⁽⁶²⁾ die Wirkung des Verzehrs von 6 Gramm EAAs im Vergleich zum Verzehr von einer Mischung aus EAAs und nichtessentieller Aminosäuren (NEAAs) nach dem Training. Der Vergleich der Proteinsyntheserate zwischen den beiden Bedingungen zeigte eine doppelt so hohe Proteinsyntheserate beim Verzehr von 6 Gramm EAAs im Vergleich zum Verzehr einer Mischung aus EAAs und NEAAs. Die Autoren schlossen hieraus, dass die NEAAs vom Körper in ausreichendem Maße zur Verfügung gestellt werden können, und dass die EAAs unabhängig von den NEAAs als Signalmolekül für die Steuerung der Proteinsyntheserate dienen.

Diese Ergebnis wurde von Volpi und Kollegen⁽⁸³⁾ unterstützt, welche herausfanden, dass 18 Gramm EAAs die Proteinsyntheserate auf die selbe Art und Weise beeinflussen, wie eine Mischung aus 18g EAAs und 22 Gramm NEAAs. Somit gibt es einen starken wissenschaftlichen Hinweis darauf, dass die Proteinsyntheserate in direktem Zusammenhang mit dem EAA Gehalt einer zugeführten Proteinquelle steht.

Zusammenfassung zur Proteinqualität

Die Proteinqualität hängt von der Verfügbarkeit essentieller Aminosäuren in der Proteinquelle ab. Typischerweise ist die Proteinqualität bei tierischen Produkten am höchsten und kann noch gesteigert werden, wenn unterschiedliche sich ergänzende Proteinquellen kombiniert werden^{(9, 12)}.

DER EINFLUSS VON KOHLENHYDRATEN UND FETT AUF DIE PROTEINSYNTHESE ÜBER EINEN ZEITRAUM 24 STUNDEN

Wie bereits besprochen hat über die Nahrung zugeführte Energie einen sehr starken stickstoffsparenden (proteinsparenden) Effekt⁽³⁴⁾. Ein weiteres interessantes Themengebiet betrifft die unterschiedlichen Wirkungen von Fett und Kohlenhydraten auf die Stickstoffbilanz. In diesem Zusammenhang untersuchte McCharger⁽⁸³⁾ den Einfluss einer fettreichen Ernährung im Vergleich zu einer kohlenhydratreichen Ernährung auf die Stickstoffeinlagerung im Körper, die Substratverwendung und die Serumhormonkonzentration bei 6 gesunden männlichen Probanden. Die Nahrungszufuhr erfolgte im Bereich der Erhaltungskalorienmenge und im Bereich von 75 % des täglichen Kalorienbedarfs. Die Ergebnisse zeigten, dass bei fettreicher Ernährungsweise bei einer auf 75 % der Erhaltungskalorien beschränkten Kalorienzufuhr die Stickstoffeinlagerung im Vergleich zu einer kohlenhydratreichen Ernährung bei selber Kalorienzufuhr etwas höher war. Falls 100 % der Erhaltungskalorien zugeführt wurden, konnte kein Unterschied bezüglich der Stickstoffeinlagerung zwischen fettreicher und kohlenhydratreicher Ernährung festgestellt werden.

Ergebnisse wie dieses führten Millward zu der Vermutung, dass "nach dem heutigen Wissensstand die Energiezufuhr unabhängig von ihrer Zusammensetzung betrachtet werden kann, wenn es um die Stickstoffbilanz geht, wodurch dieses Thema simplifiziert werden kann."⁽³⁴⁾. Diese Resultate müssen jedoch noch repliziert werden, besonders im Zusammenhang mit körperlichem Training.

Kohlenhydrate und Fett beim Widerstandstraining

Während Kohlenhydrate und Fett auf ähnliche Art und Weise stickstoffsparend (proteinsparend) wirken, ist es wichtig zu erkennen, dass Kohlenhydrate essentiell wichtig für hochintensives Training sind. Um dies zu demonstrieren untersuchten Jacobs und Kollegen⁽⁸⁴⁾ die Wirkung der Entleerung der Glykogenspeicher der Muskulatur auf die Kraftleistungen. Sie fanden heraus, dass eine Entleerung der Glykogenspeicher von sowohl den langsam kontrahierenden als auch den schnell kontrahierenden Muskelfasern des Vastus Lateralis mit einer Beeinträchtigung der maximalen Kraftleistung während einer einzelnen dynamischen Kontraktion und einer schnelleren Muskelermüdung einherging. Weiterhin ist gut belegt, dass eine Verminderung der Intensität zu einer signifikanten Verringerung der Anpassung des Muskels an die Belastung führen kann^{(43, 85-88)}. Diese Ergebnisse legen die Schlussfolgerung nahe, dass eine Verringerung der Kohlenhydratmenge indirekt zu einem Abbau von Muskelgewebe führen kann oder den weiteren Muskelaufbau behindern kann.

Interaktion zwischen Kohlenhydrat- und Protein/Aminosäurezufuhr

Koopman und Kollegen⁽⁸⁹⁾ untersuchten den Einfluss von Kohlenhydraten (3,3 Gramm pro Kilogramm Körpergewicht pro Stunde) (CHO), von Kohlenhydraten und Protein (0,2 Gramm pro Kilogramm Körpergewicht pro Stunde (CHO_PRO), sowie von Kohlenhydraten, Protein und Leucin (0,1 Gramm pro Kilogramm Körpergewicht pro Stunde) (CHO-PROL) auf die netto Stickstoffbilanz und die Aminosäureoxidationsrate.

Die Ergebnisse zeigten, dass die Stickstoffbilanz bei der CHO Gruppe negativ und bei der CHO-PRO sowie der CHO-PROL Gruppe positiv ausfiel, wobei die CHO-PROL Gruppe die positivste Stickstoffbilanz aufwies. Diese Resultate verhielten sich analog zur Plasmainsulinkonzentration, welche bei der CHO-PROL Gruppe am höchste ausfiel, bei der CHO-PRO Gruppe im mittleren Bereich lag und bei der CHO Gruppe am niedrigsten war.

Die netto Stickstoffbilanz wurde bei der CHO-PRO Gruppe gegenüber den anderen Gruppen durch eine Erhöhung der Proteinsyntheserate und eine Verringerung der Proteinabbaurate verbessert. Weiterhin fiel die Proteinoxidation bei der CHO-PROL Gruppe am geringsten aus. Die Erklärung hierfür könnte darin liegen, dass eine Leucinaufnahme die Insulinausschüttung verstärkt⁽⁸⁹⁾ und die Proteinsyntheserate erhöht^{(90, 91)}. Es wird allgemein angenommen, dass Insulin die Stickstoffbilanz durch eine Behinderung des Proteinabbaus verbessert^{(40, 92)}, was durch diese Studie unterstützt wird.

Dies Rolle des Insulins bei der Anregung der Proteinsynthese ist jedoch noch umstritten⁽⁸⁹⁾. In Vitro Studien^{(93 – 95)} haben die Rolle des Insulins bei der Regulierung der Proteinsynthese untermauert, während eine Anzahl von in Vivo Studien Diskrepanzen bei der Proteinsynthese zeigten⁽⁹⁶⁾. So fanden Biolo und Kollegen⁽⁹²⁾ heraus, dass eine Insulininfusion die Proteinsynthese im Ruhezustand erhöht, jedoch nach einer Trainingseinheit Widerstandstraining keine Wirkung in diese Richtung zeigt. Die Autoren schlossen hieraus, dass eine verminderte Aminosäureverfügbarkeit für die Unterdrückung der proteinsyntheseanregenden Wirkung von Insulin verantwortlich ist.

Dies wurde durch die Studie von Biolo und Kollegen⁽⁹⁷⁾ untermauert, welche zeigte, dass ein erhöhter Insulinspiegel bei Aufrechterhaltung der Aminosäurespiegel die Proteinsynthese anregte. Hiller und Kollegen⁽⁹⁶⁾ vermuten, dass die Diskrepanzen zwischen den Ergebnissen von in Vitro und in Vivo Studien im Zusammenhang mit der Plasmakonzentration des Insulins stehen. Um dies zu beweisen hoben Hiller und Kollegen⁽⁹⁶⁾ die Plasmainsulinkonzentration bei Aufrechterhaltung der Aminosäurespiegel auf Werte an, die den Insulinwerten von in Vitro Studien entsprachen. Sie fanden heraus, dass ein erhöhter Insulinspiegel die Proteinsynthese stark anregte. Aus diesem Grunde könnten Mechanismen, welche die Insulinreaktion des Körpers auf die Nahrung verstärken, die Proteineinlagerung im Körper fördern. Die Wirkung der Kombination von Kohlenhydraten und Protein auf die Insulinausschüttung wurde von Ivy und Kollegen⁽⁹⁸⁾ demonstriert, welche herausfanden, dass die kombinierte Wirkung von Protein und hochglykämischen Kohlenhydraten auf die Insulinausschüttung stärker war, als die alleinige Wirkung der selben Protein oder Kohlenhydratmenge.

Zusammenfassung der Wirkung von Kohlenhydraten und Fett auf die Stickstoffbilanz

Zusammengefasst scheinen Kohlenhydrate und Fette ähnliche stickstoffsparende (proteinsparende) Wirkungen zu besitzen^{(34, 83)}. In diesem Zusammenhang könnte es empfehlenswert sein, die Fettzufuhr zu erhöhen, wenn die Kohlenhydratzufuhr reduziert wird. Da jedoch Kohlenhydrate für die sportliche Leistungsfähigkeit essentiell wichtig sind⁽⁸⁴⁾, sollten sich Sportler über den Zusammenhang von reduzierter Trainingsintensität und Leistungsfähigkeit bei reduzierter Kohlenhydratzufuhr im Klaren sein. Weiterhin scheint es einen synergistischen Effekt von Protein und Kohlenhydraten bei der Anregung der Insulinausschüttung zu geben^{(98 – 100)}. Diese Synergie könnte bei der Manipulation des Insulinspiegels zur Verstärkung der Proteineinlagerung im Körper hilfreich sein.

PROTEINSUPPLEMENTATION IM VERGLEICH ZU NORMALEN MAHLZEITEN

Eine Proteinsupplementation könnte eine stärkere anabole Reaktion hervorrufen, als der Verzehr einer normalen Mahlzeit. In der bereits erwähnten Studie von Paddon-Jones und Kollegen⁽⁶⁴⁾ wurde den Probanden ein EAA Supplement bestehend aus 15 Gramm essentieller Aminosäuren und 30 Gramm Kohlenhydraten verabreicht. Interessanterweise verglich diese Studie die anabole Reaktion auf diese Supplementierung mit der anabolen Wirkung einer normalen Mahlzeit. Die Forscher fanden heraus, dass die Phenylalaninbilanz beim EAA Supplemet deutlich positiver ausfiel, als nach der normalen Mahlzeit, und das obwohl sowohl das Supplement als auch die Mahlzeit 15 Gramm essentielle Aminosäuren enthielten. Weiterhin hatte die Mahlzeit einen Nährwert von 850 Kalorien im Vergleich zu 180 Kalorien beim Supplement.

Dies führte die Autoren zu der Vermutung, dass eine Komponente der Mahlzeit die anabole Reaktion des Körpers auf die EAAs reduziert. Die von den Autoren vorgeschlagen Erklärung war, dass die langsamere Verdauung der Mahlzeit die Effizienz der Aufnahme von Aminosäuren durch die inneren Organe im Vergleich zum Supplement verbesserte. Im Gegensatz hierzu könnte die schnelle Verdauung des EAA Supplements die Effizienz, mit der das Gewebe der inneren Organe Aminosäuren aufnehmen kann, reduziert haben, was dazu geführt haben könnte, dass dem peripheren Muskelgewebe ein größerer Anteil der aufgenommenen essentiellen Aminosäuren zur Verfügung stand.

Diese Resultate scheinen im Widerspruch mit den Ergebnissen anderer Studien zu stehen, welche bei langsamer verdaulichen Proteinen eine positivere Stickstoffbilanz als bei schnellverdaulichen Eiweißquellen zeigten^{(25, 26)}. Für diese Diskrepanz gibt es mindestens zwei mögliche Erklärungen. Erstens untersuchten Dangin und Kollegen⁽²⁶⁾ den Einfluss der Verdauungsrate der Proteine auf die Ganzkörperstickstoffbilanz, während Padon-Jones und Kollegen⁽⁶⁴⁾ den Einfluss der Mahlzeit und des Supplements auf die Muskelproteinsynthese untersuchten. Wie bereits besprochen macht die Proteinsynthese im Gewebe der inneren Organe einen Großteil der Proteinsynthese des gesamten Körpers aus^{(72, 73)}. Zweitens beinhaltete die Studie von Padon-Jones und Kollegen⁽⁶⁴⁾ Kohlenhydrate, welche in Kombination mit einer schnellverdaulichen Proteinquelle wie Wheyprotein eine stärkere anabole Reaktion des Körpers hervorriefen, und das selbst bei Studien, welche die Ganzkörperproteinsynthese untersuchten⁽⁶⁾.

Weiterhin ist bei dieser Studie von Interesse, dass das Protein der Mahlzeit hauptsächlich aus Kasein bestand, welches neben 15 Gramm EAAs auch nichtessentielle Aminosäuren enthielt. Dies unterstützt die These, dass die extrazelluläre EAA Konzentration unabhängig von der Konzentration nichtessentieller Aminosäuren für die Proteinsynthese verantwortlich ist.

Diese Studie zeigte weiterhin den Vorteil einer höheren Kalorieneffizienz. Ein Supplement konnte die Proteineinlagerung im Körper signifikant erhöhen, ohne dass größere Kalorienmengen verzehrt werden mussten. Somit konnten negative Begleiterscheinungen wie eine verstärkte Fetteinlagerung vermieden werden.

Ein weiterer offensichtlicher Vorteil bei der Einnahme von Supplements liegt in der Möglichkeit des Supplementherstellers den Anteil einer bestimmten Proteinquelle genau zu kontrollieren. Diese Proteinquellen können aus vollständigen Proteinen, Peptiden oder einzelnen Aminosäuren bestehen. Beim Verzehr natürlicher Proteinquellen verläuft die Aufnahme durch den Körper in mehreren Schritten, beginnend bei der Homogenisierung durch das Kauen, gefolgt von einer teilweisen Verdauung durch Pepsin im Magen⁽⁹⁾. Hiernach wird eine Kombination von Peptiden, Proteinen und einer vernachlässigbaren Menge freier Aminosäuren in den Zwölffingerdarm weitergeleitet und dort in Oligopeptide mit einer Länge von 2 bis 8 Aminosäuren oder in freie Aminosäuren zerlegt^{(9, 101)}. Stickstoff kann schließlich in Form von kleinen Peptiden (Di-, Tri- und Tetrapeptiden) und freien Aminosäuren über unterschiedliche Transportsysteme vom Plasma aufgenommen werden⁽¹⁰¹⁾.

In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass eine Anzahl von kommerziell erhältlichen Supplements Proteine enthält, die durch spezielle Verdauungsenzyme bereits in Di-, Tri und Tetrapeptide zerlegt wurden. Eine Unmenge von Studien hat den Einfluss des Grades der Proteinzerlegung auf die Aufnahme von Aminosäuren und die darauf folgenden hormonellen Reaktionen des Körpers untersucht⁽¹⁰²⁾. Im Hinblick auf die Aufnahme durch den Körper gibt es Hinweise darauf, dass der Körper Aminosäuren schneller aufnehmen kann, wenn sie in Form von Di- oder Tripeptiden eingenommen werden, als wenn der Verzehr in Form von freien Aminosäuren oder vollständigen Proteinen erfolgt^{(3, 4)}.

Weiterhin könnte die Absorptionsrate zu einem vorteilhafteren anabolen hormonellen Umfeld führen⁽²⁾. Um dies zu demonstrieren untersuchten Calbet und Kollegen⁽¹⁰⁵⁾ sowohl das Auftreten von Aminosäuren im Plasma als auch die Insulinreaktion nach dem Verzehr einer Lösung, welche jeweils die selbe Stickstoffmenge oder reine Kohlenhydrate enthielt. Die Lösungen bestand aus einer reinen Glucoselösung, Erbsen- (PHH) und Wheypeptidhydrolisatlösungen (WPH) sowie einer Lösung aus Kuhmilch (MS), welche das vollständige Milchprotein enthielt. Jede der eiweißhaltigen Lösungen enthielt 15 Gramm Glukose.

Die Ergebnisse deuteten darauf hin, dass Peptidhydrolisate eine schnellere Erhöhung der venösen Plasmaaminosäurenkonzentration hervorriefen als Milchprotein. Weiterhin verursachten die Peptidhydrolisate Spitzenwerte beim Plasmainsulinspiegel, welche zweimal bzw. viermal größer waren, als die durch die Milchproteinlösung hervorgerufenen. Hierbei lag die Korrelation zwischen Plasmaaminosäurenspiegel und Insulinreaktion bei den Peptidhydrolisaten bei 0,8 bis 0,83.

Zusammengefasst scheinen Supplements eine Anzahl von Vorteilen zu bieten, welche eine positivere periphere Stickstoffbilanz, eine bessere Kalorieneffizienz und eine bessere Kontrolle über die Proteinzusammensetzung umfassen.

Der Einfluss der Höhe der Proteinzufuhr auf die Proteinsynthese

Eine Anzahl von Studien lieferten Daten, welche die These unterstützen, dass die Muskelproteinsynthese durch eine Erhöhung der Konzentration essentieller Aminosäuren (EAAs) ausgelöst wird⁽⁶²⁾. So fanden z.B. Borsheim und Kollegen⁽⁶²⁾ heraus, dass 6 Gramm EAAs eine doppelt so starke Proteinsynthese bewirkten wie 3 Gramm EAAs.

Arbeiten von Bohe⁽⁴⁵⁾ untersuchten diese Beziehung genauer und fanden eine kurvenförmige Abhängigkeit. Dies konnte gezeigt werden, indem sie die extrazellulare Aminosäurekonzentration um 41 – 235 % erhöhten. Im diesem Zusammenhang fanden sie heraus, dass die Erhöhung der Proteinsyntheserate bis zu einer 85 %-igen Erhöhung der EAA Konzentration über den Basiswert linear mit der Erhöhung der EAA Konzentration anstieg. Bei einer weiteren Erhöhung der EAA Konzentration stieg die Proteinsyntheserate im Vergleich zur Erhöhung der EAA Konzentration immer langsamer an. Es ist an dieser Stelle wichtig die Details der Studie genau zu analysieren. Die Autoren führten die Aminosäuren in Form von Infusionen mit drei unterschiedlichen Konzentrationen zu und übernahmen die Daten für eine vierte Konzentration, so dass Ergebnisse für die Reaktion des Körpers auf eine Zufuhr von 43.5, 87, 163 und 261 mg gemischter Aminosäuren pro Kilogramm Körpergewicht pro Stunde vorlagen. Dies entsprach einer Erhöhung der extrazellularen Konzentration essentieller Aminosäuren um 41, 82, 106, and 235 %. Diese Erhöhungen der Aminosäurekonzentration korrespondierten mit einer Erhöhung der Muskelproteinsynthese um 30 %, 57 %, 72 %, und 88 % (P<0,05).

Auch wenn der Anstieg der Proteinsynthese immer schwächer wurde, stieg die Proteinsyntheserate absolut gesehen trotzdem mit jeder Erhöhung der Aminosäurekonzentration weiter an. Das offensichtliche Problem beim Versuch der Interpretation der Ergebnisse der Studie liegt darin, dass es schwer ist, die Infusion von Aminosäuren mit der oralen Zufuhr von Aminosäuren zu vergleichen. Tipton und Kollegen⁽⁸¹⁾ zufolge macht die Aufnahme von Aminosäuren durch die inneren Organe je nach zugeführter Aminosäuremenge zwischen 20 und 90 % der Gesamtaminosäureaufnahme aus, was zu einer starken Reduzierung der Aminosäuremenge führt, welche das periphere Gewebe erreicht. Dies bedeutet, dass eine intravenöse Dosierung von Aminosäuren nicht einer oralen Dosierung der selben Größe entspricht, wenn es um die Menge der Aminosäuren geht, die das periphere Gewebe (Muskelgewebe) erreichen. Tipton und Kollegen⁽⁸¹⁾ fanden jedoch auch heraus, dass diese Unterschiede nicht so groß sind wie zuvor angenommen und dass oral aufgenommene Aminosäuren so wirkungsvoll wir über eine Infusion zugeführte Aminosäuren sein können, was die oben beschriebenen Ergebnisse verallgemeinerbarer macht. Unabhängig hiervon zeigt die Studie einen kurvenförmigen Anstieg der Proteinsynthese in Reaktion auf eine Erhöhung der extrazellularen EAA Konzentrationen. Sie legt weiterhin nahe, dass es eine Obergrenze für die Menge der Aminosäurezufuhr gibt, welche zu einer weiteren Erhöhung der Proteinsyntheserate führt. Diese These wurde von Tipton und Kollegen⁽⁸¹⁾ untermauert, welche herausfanden, dass eine Dosis von 40 Gramm EAAs keinen stärkere Erhöhung der Proteinsyntheserate auslöste, als eine Mixtur aus 20 Gramm EAAs und 20 Gramm nichtessentieller Aminosäuren. Diese Ergebnisse legen nahe, dass bei 20 Gramm oder unter 20 Gramm EAAs diese Obergrenze erreicht wird. Es sollte jedoch beachtet werden, dass bei dieser Studie die Proteinzufuhr auf mehrer kleine Portionen aufgeteilt wurde, was nicht charakteristisch für die normale Nahrungszufuhr ist.

Glücklicherweise verglichen Dangin und Kollegen⁽⁶⁾ den Einfluss von 22 Gramm Wheyprotein, 33 Gramm Kasein und 33 Gramm Whey auf die Ganzkörperproteinsynthese. Die Autoren der Studie fanden heraus, dass bei der Gabe von 33 Gramm Wheyprotein sowohl bei jungen als auch bei älteren Probanden die positivste Stickstoffbilanz erreicht wurde.

Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass diese Werte mit dem Körpergewicht variieren könnten. In der Studie wurde die Proteinzufuhr mit durchschnittlich 33 Gramm bei der Gruppe mit hoher Proteinzufuhr angegeben. In der Realität verabreichten die Autoren eine Proteindosierung von 0,48 Gramm Protein pro Kilogramm Körpergewicht. Ein 90 Kilo schwerer Mann müsste demnach ungefähr 43 Gramm Protein zu sich nehmen. Die oben beschriebenen Resultate deuten darauf hin, dass ein kurvenförmiger Zusammenhang zwischen Erhöhung der Proteinsynthese und Erhöhung der extrazellularen EAA Konzentration besteht. Auch wenn die Obergrenze für diese Erhöhung nicht bekannt ist, deuten Studien darauf hin, dass eine Erhöhung der Proteinzufuhr von 22 auf 33 Gramm Wheyprotein die Stickstoffbilanz zur positiven Seite hin verschiebt. Diese Mengen könnten mit höherem Körpergewicht steigen.

Die Obergrenze bei der EAA Zufuhr scheint bei oder unter 20 Gramm EAAs zu liegen. Ob sich dieses Ergebnis verändern würde, wenn die EAA Dosis auf einmal, anstatt verteilt auf mehrere kleine Dosierungen, zugeführt würde, muss noch weiter untersucht werden.

SCHLUSSFOLGERUNG

Die Absicht dieser Veröffentlichung war eine Analyse der gegenwärtigen und vergangenen Betrachtungen und Studien, welche sich mit der Proteinzufuhr für Widerstandstraining betreibende Sportler befassen. Dieser Überblick analysierte den täglichen Proteinbedarf von Sportlern im Bezug auf die Proteinmenge, das optimale Timing der Proteinzufuhr relativ zum Training, das optimale Schema des Proteinverzehrs, die Rolle der Proteinqualität bei der Muskelhypertrophie, den Einfluss zusätzlich zugeführter Energie auf die Stickstoffbilanz und die Effizienz einer Proteinsupplementation. Eine Zusammenfassung der praktischen Anwendungsbereiche kann in Tabelle 2 gefunden werden, eine Zusammenfassung zukünftiger Forschungsansätze in Tabelle 3.

Tabelle 2: Faktoren, welche die Proteineinlagerung und die Leistungsfähigkeit bei einer Proteinzufuhr beeinflussen und praktische Anwendungsgebiete, die sich aus dem aktuellen Stand der Forschung ableiten lassen.

Varibale Faktoren	Praktische Anwendung
Schema der Proteinzufuhr	Man sollte abwechselnd normale Mahlzeiten und schnellverdauliche Proteinquellen oder essentielle Aminosäuren zu sich nehmen.
Verdauungsrate	Die Stickstoffbilanz ist bei der Zufuhr langsam verdaulicher Proteinquellen ohne zusätzliche Energiezufuhr am positivsten. Wenn jedoch Wheyprotein mit einer Energiequelle kombiniert wird, ist die hieraus resultierende Stickstoffbilanz positiver als die aus einer Kombination von Kasein mit einer Energiequelle resultierende Stickstoffbilanz.
Timing der Proteinzufuhr	Man sollte vor dem Training und unmittelbar nach dem Training essentielle Aminosäuren oder schnell verdauliches Protein zu sich nehmen.
Proteinqualität	Eine ausgewogene Ernährung mit tierischen Proteinquellen scheint optimal für den Aufbau fettfreier Masse und die Optimierung der körperlichen Leistungsfähigkeit zu sein. Durch eine Supplementierung mit essentiellen Aminosäuren zusätzlich zu den normalen Mahlzeiten kann die Proteineinlagerung wahrscheinlich noch vergrößert werden.
Proteinmenge pro Portion	Nicht genau bekannt. Dangin und Kollegen(6) stellten eine Erhöhung der Proteinsynthese bei einer Dosissteigerung von 23 auf 33 Gramm Wheyprotein fest. Dies könnte nahe an der Sättigungsgrenze liegen, da 40 Gramm essentielle Aminosäuren im Vergleich zu 20 Gramm zu keiner weiteren Erhöhung der Muskelproteinsynthese führten(81)
Energiequellen in Kombination	Sowohl Kohlenhydrate als auch Fette haben den gleichen proteinsparenden Effekt. Kohlenhydrate sind jedoch für die Aufrechterhaltung der Intensität währen des Widerstandstrainings wichtig.

Tabelle 3: Ansätze für die zukünftige Forschung.

Ansätze für zukünftige Forschung	Mögliche Studien
1. Auffinden genauerer Messmethoden für Stickstoffbilanz und Proteinabbau	Einer der besten Wege könnte die Ausführung von zusätzlichen Langzeitstudien sein.
2. Bestimmung des Proteinbedarfs von Sportlern, die täglich 4 – 5 Stunden mit Gewichten trainieren.	Möglicherweise mit Hilfen von Studien zur Stickstoffbilanz und vorzugsweise durch Studien mit chronischem Langzeittraining.
3. Bestimmung des Proteinbedarfs von Sportlern, die große Mengen von Ausdauertraining mit großen Mengen von Widerstandstraining kombinieren.	Möglicherweise mit Hilfen von Studien zur Stickstoffbilanz und vorzugsweise durch Studien mit chronischem Langzeittraining.
4. Eine Studie, welche versucht den Proteinbedarf zu bestimmen, wenn variable Faktoren wie Timing der Proteinzufuhr, Schema der Proteinverdauung, Verdauungsrate, die Wirkung zusätzlicher Energiezufuhr in Form von Fett oder Kohlenhydraten und die Proteinqualität optimiert werden.	Möglicherweise mit Hilfen von Studien zur Stickstoffbilanz und vorzugsweise durch Studien mit chronischem Langzeittraining.
5. Weitere Untersuchungen, welche versuchen die Existenz eines Protein STAT (Signaltransduktor und Aktivator der Transkription) zu untersuchen.	Versuch des Auffindens eines Antagonisten für den vermuteten membrangebundenen Protein STAT. Diese Entdeckung könnte zur Entwicklung weiterer Methoden zur Verstärkung der Proteinsynthese sowohl bei Sportlern als auch bei Menschen mit degenerativen Muskelerkrankungen führen.
6. Das Timing der Proteinzufuhr scheint die Wirkung einer gegebenen Proteindosis verstärken zu können. Weitere Untersuchungen sollten mit anderen Supplements auf ähnliche Art und Weise durchgeführt werden.	Variation des Timings einer Anzahl von Supplements relativ zum sportlichen Training.
7. Es sollten weitere Studien bezüglich der stickstoffsparenden Wirkung von Kohlenhydraten und Fetten im Zusammenhang mit dem sportlichen Training durchgeführt werden.	Untersuchung der stickstoffsparenden Wirkung unter Trainingsbedingungen.
8. Welches sind die optimalen Proteindosierungen pro Portion.	Man könnte eine Studie mit kontinuierlichen geringen Erhöhungen der Dosierung über mehrere Tage durchführen, um die direkte Wirkung zu untersuchen. Weiterhin sollte die Auswirkung unterschiedlicher Proteindosierungen nach dem Training auf das Langzeitmuskelwachstum untersucht werden.

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