Diätetische Kohlenhydrate: Katalysatoren der körperlichen Leistungsfähigkeit und Regulatoren der allgemeinen Gesundheit

Im Laufe der Jahre wurde in den sozialen Medien eine negative Einstellung gegenüber dem Verzehr von Kohlenhydraten (CHO) gefördert, die besagt, dass Ernährungsmuster, die auf eine Gewichtsabnahme abzielen, Kohlenhydrate einschränken oder sogar ausschließen sollten. Diese Überzeugungen verstärken die Debatte über die Aufnahme der drei primären Energiequellen (Kohlenhydrate, Proteine und Fette) in Ruhe und bei körperlicher Aktivität. Im Durchschnitt deckt der Mensch etwa die Hälfte seines täglichen Energiebedarfs aus Kohlenhydraten. Der Überfluss an Nahrungsmitteln und die leichte Zugänglichkeit haben jedoch zu einer übermäßigen Aufnahme von Kohlenhydraten, insbesondere von Einfachzucker, geführt, was eine erhebliche metabolische Belastung für den Körper darstellt. Daher ist es für eine ausgewogene Ernährung und die Erhaltung der allgemeinen Gesundheit wichtig, auf die Menge, Qualität und Verteilung der Kohlenhydrate über den Tag zu achten.

Klassifizierung der Kohlenhydrate

Kohlenhydrate sind die Hauptenergiequelle der menschlichen Ernährung. Insbesondere liefert jedes Gramm einer beliebigen Art von Kohlenhydraten vier Kalorien. Je nach der Menge an Zucker, die sie enthalten, können sie in einfache und komplexe Kohlenhydrate unterteilt werden.

Einfache Kohlenhydrate

Einfache Kohlenhydrate sind kurzkettige Zuckermoleküle, die schnell verdaut werden können und zu einem starken Anstieg des Blutzuckerspiegels führen. Diese Eigenschaft macht sie zu einer sofortigen Energiequelle. Auf den Anstieg des Blutzuckerspiegels folgt jedoch ein ebenso schneller Abfall des Blutzuckerspiegels, was zu Hungergefühlen und Müdigkeit führt. Diese Art von Kohlenhydraten wird in zwei Hauptkategorien unterteilt, nämlich in Monosaccharide und Disaccharide, je nachdem, aus welchen Zuckereinheiten sie bestehen.

Monosaccharide bestehen aus einer einzigen Zuckereinheit und umfassen Glukose, Fruktose und Galaktose. Sie sind von Natur aus in Honig und Trockenfrüchten enthalten, können aber auch in größeren Mengen in Fertigprodukten vorkommen. Fruktose, insbesondere Maissirup mit hohem Fruchtzuckergehalt, ist beispielsweise ein Bestandteil vieler Erfrischungsgetränke und verarbeiteter Lebensmittel. 

Disaccharide hingegen bestehen aus zwei Zuckereinheiten und bilden Saccharose, Laktose und Maltose. Saccharose wird natürlich aus Zuckerrohr, Zuckerrüben, Honig und Datteln gewonnen, während Laktose der Zucker von Milchprodukten ist. Maltose ist vor allem in Bier, Gerste und verschiedenen Getreidesorten enthalten. 

Komplexe Kohlenhydrate 

Komplexe Kohlenhydrate werden auch in Untergruppen unterteilt: Oligosaccharide, Polysaccharide und Ballaststoffe. Oligosaccharidmoleküle bestehen aus einer Kette von 3-10 Zuckereinheiten, während Polysaccharide ≥ 10 Zuckereinheiten umfassen. Ballaststoffe sind eine eigene Kategorie, die sowohl Oligo- als auch Polysaccharidkomponenten umfasst. Im Gegensatz zu einfachen Kohlenhydraten lassen komplexe Kohlenhydrate den Blutzuckerspiegel allmählich ansteigen und sorgen für ein lang anhaltendes Sättigungsgefühl. Da ihre Verdauung und Absorption allmählich erfolgt, wird ein schneller Energieentzug vermieden.

Raffinose, Stachyose, Maltodextrin und Inulin sind bekannte Vertreter der Gruppe der Oligosaccharide. Verschiedene Früchte, Gemüse, Hülsenfrüchte und Vollkornprodukte sind reich an Oligosacchariden.

Zu den typischen Polysacchariden gehören auch Glykogen und Stärke. Polysaccharide kommen in hohen Konzentrationen in pflanzlichen Nahrungsmitteln wie Obst, Gemüse, Hülsenfrüchten, Vollkornprodukten und Nüssen vor.

Mehrere Oligo- und Polysaccharide gehören zu einer anderen speziellen Art von komplexen Kohlenhydraten: den Ballaststoffen. Beispiele für Ballaststoffe sind Pektine, Beta-Glucane, Cellulose und Hemicellulose, die alle in pflanzlichen Lebensmitteln vorkommen. Ballaststoffe können vom Dünndarm nicht verdaut und absorbiert werden und gelangen daher in den Dickdarm, wo sie von der Darmmikrobiota weiter verstoffwechselt oder ausgeschieden werden. Auf der Grundlage ihrer Fähigkeit, in Wasser löslich zu sein, werden Ballaststoffe in lösliche und unlösliche eingeteilt, die unterschiedliche physiologische Wirkungen haben. 

Empfehlungen zur Kohlenhydratzufuhr 

Zur Klärung der empfohlenen Kohlenhydratzufuhr hat das Food and Nutrition Board des Institute of Medicine Leitlinien für die Referenzzufuhr (DRI) herausgegeben, die auch Empfehlungen für den Kohlenhydratkonsum enthalten. Nach diesen Richtlinien sollten 45-60% der täglichen Kalorien aus Kohlenhydraten stammen, wobei zugesetzter Zucker nicht mehr als 10% der gesamten täglichen Kalorienzufuhr ausmachen sollte. Auf der Grundlage des durchschnittlichen Glukosebedarfs für die Gehirnfunktion wurde die Mindestkohlenhydratzufuhr auf 130 g/Tag für Erwachsene und Kinder festgelegt, wobei die Werte für schwangere und stillende Frauen angepasst wurden. Bei den Ballaststoffen wird für Erwachsene eine Zufuhr von 25-30 g/Tag empfohlen, während die Zielzufuhr bei Kindern niedriger ist.

Kohlenhydratstoffwechsel und -speicher

Nach einer Mahlzeit werden die Kohlenhydrate in Glukose aufgespalten, den Hauptbrennstoff für den Energiebedarf. Sobald die Glukose in den Blutkreislauf gelangt ist und von den Körpergeweben aufgenommen wird, durchläuft sie eine Reihe komplexer enzymatischer und biochemischer Reaktionen. Dieser Prozess ermöglicht schließlich die Synthese von Adenosintriphosphat (ATP), der primären Energieeinheit in den Zellen. 

Bei einem Glukoseüberschuss, der dadurch entsteht, dass die aufgenommenen Kalorien den Energiebedarf übersteigen, wird die Glukose in der Leber und den Muskeln in Form von Glykogen gespeichert oder in der Leber und im Fettgewebe in Fett umgewandelt. Andererseits können Fastenperioden, z. B. während des Schlafs oder bei energieintensiven Aktivitäten, die Mobilisierung von Glykogen erforderlich machen, da die zirkulierende Glukose in kurzer Zeit erschöpft sein kann.

Kohlenhydratverwertung in Ruhe und unter Belastung

Normalerweise benötigt der Organismus während der Ruhephasen die notwendigen Mengen an Kohlenhydraten, um sein ordnungsgemäßes Funktionieren und seine Homöostase aufrechtzuerhalten. Obwohl der Energieverbrauch relativ gering ist und das wichtigste Energiesubstrat, das zum Energieverbrauch beiträgt, Fett ist, werden Kohlenhydrate für die optimale Funktion des Gehirns, der Nieren, des Fortpflanzungssystems und anderer lebenswichtiger Systeme benötigt. Wie bereits erwähnt, ist der Beitrag der Kohlenhydrate zur Energiegewinnung unter normalen Umständen minimal, da Fette das Hauptenergiesubstrat darstellen. Die Art und Weise, wie der Körper die Energiesubstrate (Fette und Kohlenhydrate) im Ruhezustand verwertet, kann bei Stoffwechselstörungen wie Fettleibigkeit, Diabetes, metabolischem Syndrom usw. verändert sein, was zu einer erhöhten Abhängigkeit von Kohlenhydraten zur Energiegewinnung führt. Dies ist auf eine gestörte Insulinwirkung (Hyperinsulinämie und Insulinresistenz) und einen gestörten Glukosestoffwechsel (Hyperglykämie) im Zusammenhang mit solchen Stoffwechselstörungen zurückzuführen. Infolgedessen ist die Fettoxidation gestört, da ein ständiger Überschuss an Glukose im Blut bereitsteht, um zur Energiegewinnung oxidiert zu werden. Der Körper geht also dazu über, vermehrt Kohlenhydrate zur Energiegewinnung zu nutzen. 

Bei körperlicher Aktivität werden drei große Energiesysteme aktiviert, um ATP zu produzieren, d. h. die Energie, die für den Antrieb und die Unterstützung der Bewegung erforderlich ist: Phosphokreatin (das phosphagene Energiesystem), das aerobe oxidative System und das anaerobe laktische (glykolytische) Energiesystem. 

Das Phosphokreatin-Energiesystem wird sofort in den ersten 1-10 Sekunden einer hochintensiven Übung wie Sprints, Bahnradfahren, Gewichtheben usw. aktiviert. Dieses System nutzt die am leichtesten verfügbare Energiequelle, Phosphokreatin (PCr). Es ist jedoch nicht in der Lage, bei hochintensiven Übungen, die länger als 10 Sekunden dauern (etwa 30 Sekunden bis 2 Minuten), ausreichend Energie zu liefern. Daher ist die Aktivierung des glykolytischen Systems erforderlich. Das glykolytische Energiesystem liefert die benötigte Energie durch die Oxidation von Glukose und Glykogen. Insgesamt wird die Kombination der beiden Systeme bei Widerstandsübungen (hochintensive explosive Übungen von kürzerer Dauer) und hochintensiven Intervallübungen (HIIT) aktiviert, da ein erhöhter Bedarf an sofortiger und anhaltender ATP-Produktion besteht. 

Umgekehrt ist das aerobe oxidative Energiesystem dasjenige, das bei kontinuierlichen Ausdauerbelastungen mit niedriger bis mittlerer Intensität langfristig aktiviert wird, da die vorherigen Systeme nicht die für eine längere körperliche Aktivität erforderlichen Energieträger liefern können. 

Die Belastungsintensität ist einer der wichtigsten Parameter für die Verwertung von Kohlenhydraten als Energiesubstrat.

Bei Ausdauersportarten mit geringer bis mittlerer Intensität, wie Laufen, Rudern, Radfahren usw., bei denen die Intensität zwischen 50-75% der VO2max oder 60-80% der Herzfrequenzspitze liegt, beträgt der Beitrag der Kohlenhydrate zur Energieerzeugung etwa 30-40%, d. h. Fett bleibt weiterhin der primäre Energieträger. Mit zunehmender Intensität des Ausdauertrainings, d. h. bei Trainingsintensitäten von mehr als 70% VO2max oder mehr als 80% der Herzfrequenzspitze, werden Kohlenhydrate zum vorherrschenden Energieträger, der bis zu 70% des Gesamtenergieverbrauchs ausmacht.

Empfehlungen für Kohlenhydrate vor dem Training

Da die Glykogenspeicher nur etwa 5% des Gesamtenergiespeichers ausmachen, reichen die körpereigenen Kohlenhydrate möglicherweise nicht aus, um über einen längeren Zeitraum mit mittlerer bis hoher Intensität zu trainieren. Die Einnahme einer kohlenhydratreichen Mahlzeit vor dem Training gewährleistet daher sowohl den Zugang zu einer sofortigen Energiequelle (Glukose) als auch die Optimierung der Glykogenspeicher. Dies trägt dazu bei, eine ausreichende Energieversorgung während der körperlichen Aktivität zu gewährleisten, wenn man die Kohlenhydrat-Oxidationsrate berücksichtigt, die normalerweise zwischen 30-60 g/h liegt. Studien haben gezeigt, dass der Verzehr einer Mahlzeit, die reich an komplexen Kohlenhydraten ist, 2 bis 3 Stunden vor einer Ausdauerleistung von mehr als 60 Minuten eine positive Auswirkung auf die sportliche Leistung und die Vermeidung von Hypoglykämie hat. 

Es wird angenommen, dass die Aufnahme von Kohlenhydraten mit niedrigem glykämischen Index, wie Hafer, Quinoa, Hülsenfrüchte, verschiedene Obst- und Gemüsesorten, aufgrund der allmählichen Freisetzung von Glukose in den Blutkreislauf und der gleichmäßigen Insulinreaktion zur Aufrechterhaltung der Euglykämie während sportlicher Betätigung beiträgt.

Effiziente Glykogenauffüllung

Wie bereits erwähnt, führt körperliche Aktivität, insbesondere längeres Ausdauertraining von mittlerer Intensität, zur Erschöpfung der Glykogenspeicher und damit zu Müdigkeit und Erschöpfung. Daher sollte die Wiederauffüllung der Glykogenspeicher ein Eckpfeiler des Erholungsprogramms aller Sportler sein. 

Der Prozess der Glykogenresynthese beginnt mit dem Ende der körperlichen Aktivität und dauert 6 bis 8 Stunden. Die optimale Kohlenhydratzufuhr wird auf 1,2 g/kg/h geschätzt. Kohlenhydrate mit hohem glykämischen Index, d. h. Kohlenhydrate, die einen schnellen Anstieg des Blutzuckerspiegels verursachen, beschleunigen nachweislich den Prozess der Glykogenwiederherstellung, insbesondere wenn nur eine kurzfristige Erholung möglich ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Aufnahme von Kohlenhydraten mit hohem glykämischen Index eine stärkere Stimulation der Insulinreaktion auslöst als die Aufnahme von Kohlenhydraten mit niedrigem glykämischen Index. Trotz der potenziell vorteilhaften Auswirkungen von Kohlenhydraten mit hohem glykämischen Index bei der kurzfristigen Erholung nimmt ihre Wirksamkeit bei längeren Erholungsphasen ab. Darüber hinaus scheint der Verzehr einer Mischung von Nahrungsquellen, die sowohl Glukose als auch Fruktose enthalten, der wirksamste Ansatz für die Wiederherstellung von Glykogen zu sein.

Schließlich gibt es Hinweise auf eine Ernährung nach dem Training, die die gleichzeitige Aufnahme einer angemessenen Menge an Kohlenhydraten und Proteinen zur Muskelerholung und zum Muskelaufbau empfiehlt. Insbesondere die gleichzeitige Einnahme von etwa 1-2,2 g/kg Kohlenhydrate und 0,3-5 g/kg Proteine in einer Mahlzeit nach dem Training wird als optimaler Ansatz für die Erholung nach dem Training empfohlen.

Einfache Kohlenhydrate und allgemeine Gesundheit

Kohlenhydrate spielen in Bezug auf Qualität und Quantität eine wichtige Rolle, nicht nur als Energielieferant für sportliche Aktivitäten, sondern auch für die Erhaltung der allgemeinen Gesundheit. Ein erhöhter Verzehr von Lebensmitteln, die einfache Kohlenhydrate enthalten, d. h. Kohlenhydrate mit hohem glykämischen Index, wie z. B. raffiniertes Getreide, Limonaden, Desserts usw., erhöht das Risiko für Stoffwechselkrankheiten, einschließlich Fettleibigkeit und Diabetes Typ II. 

Der erhöhte glykämische Index führt zu einem raschen Anstieg des Blutzuckerspiegels und in der Folge zu einer abrupten und unkontrollierten Ausschüttung von Insulin, was als Hyperinsulinämie bezeichnet wird. Chronische Hyperinsulinämie kann zu Insulinresistenz führen, einem Zustand, in dem die Fähigkeit des Insulins, den Blutzuckerspiegel zu senken, beeinträchtigt ist, was zu Hyperglykämie und möglicherweise zu Diabetes Typ II führt. Typ-II-Diabetes ist ein medizinischer Zustand, der durch eine Insulinresistenz gekennzeichnet ist, die sowohl auf eine anhaltende Hyperinsulinämie als auch auf die fortschreitende Abnahme der Fähigkeit des Körpers zur Insulinproduktion zurückzuführen ist. Der übermäßige Verzehr von Einfachzucker gehört zu den wichtigsten Faktoren, die zur Entstehung von Typ-II-Diabetes beitragen. Daher ist die Anpassung der Ernährung und die Änderung der Qualität der aufgenommenen Kohlenhydrate von großer Bedeutung für das Diabetesmanagement.

Fettleibigkeit ist ein weiterer klinischer Zustand, der durch den übermäßigen Verzehr von einfachen Kohlenhydraten entstehen kann. Der vermehrte Verzehr einfacher Kohlenhydrate vermindert die Sättigungssignale, indem er die Regulierung der dopaminergen und serotonergen Systeme im Hypothalamus stört, die für die Appetitkontrolle verantwortlich sind. Dies führt zu einer erhöhten Kalorienzufuhr und einem Glukoseüberschuss, der als Fett gespeichert wird, vor allem im Bauchbereich (viszerales Fett). Eine Zunahme des Körperfetts, insbesondere des viszeralen Fetts, wird mit zahlreichen Gesundheitsrisiken in Verbindung gebracht, darunter Fettleibigkeit, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Diabetes usw. 

Die Forschung hat sich auch mit dem Zusammenhang zwischen dem Verzehr von Kohlenhydraten und Krebs befasst. Mehrere Studien haben gezeigt, dass ein erhöhter Verzehr von einfachen Kohlenhydraten Wege aktiviert, die die Vermehrung von Krebszellen fördern, was zum Wachstum von Tumoren führt. Die Forschung ist jedoch noch nicht abgeschlossen, und es können keine definitiven Empfehlungen oder Schlussfolgerungen gezogen werden. 

Die gesundheitlichen Vorteile von Ballaststoffen

Im Gegensatz zu den schädlichen Auswirkungen einfacher Kohlenhydrate auf den Stoffwechsel, das Herz-Kreislauf-System und die allgemeine Gesundheit hat der Verzehr komplexer Kohlenhydrate, insbesondere von Ballaststoffen, eine deutlich gesundheitsfördernde Wirkung.

Studien haben gezeigt, dass lösliche Ballaststoffe, darunter Beta-Glucane, Pektine und Inulin, den Cholesterinspiegel im Blut senken, Arteriosklerose verhindern und den Blutzuckerspiegel regulieren. Der Verzehr dieser Art von Ballaststoffen kann auch das Sättigungsgefühl steigern und Verstopfung lindern. Darüber hinaus werden wasserlösliche Ballaststoffe vom Darmmikrobiom verwertet, da sie von den Darmbakterien gut fermentierbar sind. Dieser Prozess trägt zur Produktion von kurzkettigen Fettsäuren (SCFA) bei, die als Energiesubstrat dienen, die Cholesterinsynthese regulieren und entzündungshemmende und apoptotische Eigenschaften aufweisen. Mit anderen Worten: SCFA vermitteln einen Teil der schützenden Wirkung löslicher Ballaststoffe auf Herz-Kreislauf-, Stoffwechsel- und Krebserkrankungen.

Eine andere Art von Ballaststoffen, die resistente Stärke, wird ebenfalls von Darmbakterien fermentiert und übt die bereits erwähnten positiven Wirkungen aus. Sie trägt auch zur Appetitregulierung bei und hat gleichzeitig positive Auswirkungen auf die Blutzuckerregulierung und die Insulinempfindlichkeit. Resistente Stärke wird in erster Linie in stärkehaltigen Lebensmitteln gebildet, wenn diese nach dem Kochen abgekühlt werden. Sie kommt auch in rohen stärkehaltigen Lebensmitteln wie unreifen Bananen vor. 

Unlösliche Ballaststoffe wie Zellulose und Hemizellulose schließlich verbessern die Stuhlmasse und verkürzen die Transitzeit des Stuhls im Darm. Außerdem bewirken sie ein Sättigungsgefühl, was zur Gewichtsabnahme beiträgt, und haben entzündungshemmende Wirkungen.

Insgesamt sind Kohlenhydrate lebenswichtige Makronährstoffe, die wichtige Energieträger darstellen und eine optimale Gehirn- und Körperfunktion gewährleisten. Bei körperlicher Aktivität verschiebt sich ihr Beitrag, wobei je nach Trainingsintensität unterschiedliche Energiesysteme aktiviert werden. Eine ausreichende Kohlenhydratzufuhr vor und nach dem Training ist entscheidend für das Erreichen von Spitzenleistungen, die Verbesserung der Kraft und die Unterstützung der Regeneration. Darüber hinaus hat ihre Wirkung auf die allgemeine Gesundheit verschiedene Dimensionen. Während der Verzehr einfacher Kohlenhydrate einen zentralen pathophysiologischen Mechanismus für die Entstehung von Stoffwechselstörungen wie Fettleibigkeit und Diabetes darstellt, bietet der Verzehr komplexer Kohlenhydrate, insbesondere von Ballaststoffen, zahlreiche Vorteile für die allgemeine Gesundheit. 

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