Gastbeitrag von Martin MacDonald
Warum Stickstoff?
In den letzten Jahren habe ich meinen Studenten die Prüfungsfrage gestellt: „Wie unterscheiden sich Proteine chemisch von Lipiden und Kohlenhydraten? Die Antwort lautet: Während Kohlenhydrate und Fett Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff enthalten, enthalten Proteine auch Stickstoff. Aus diesem Grund können wir Messungen des Stickstoffs im Körper verwenden, um die Angemessenheit der Proteinzufuhr einer Person zu beurteilen.
WAS IST NITROGEN BALANCE?
Nitrogen Balance bedeutet nicht notwendigerweise, dass jemand die gleiche Menge an Stickstoff aufnimmt, wie er verbraucht. Die Stickstoffbilanz ist einfach das Maß für die Stickstoffabgabe, die von der Stickstoffzufuhr subtrahiert wird. Wenn also jemand weniger Stickstoff aufnimmt als er ausscheidet, spricht man von einer „negativen Stickstoffbilanz“. Eine negative Stickstoffbilanz wird mit Fehlernährung und/oder Übertraining in Verbindung gebracht, d.h. katabole Prozesse überwiegen die anabolen Prozesse. Umgekehrt findet sich ein positiver Wert häufig in Zeiten ausreichender und vor allem übermäßiger Ernährung sowie wenn Krafttraining als Stimulus für die Stickstoff-/Proteinakkumulation wirkt. Die folgende Abbildung zeigt die möglichen Schicksale von Eiweiß und damit Stickstoff im Körper.
Messung des Stickstoffhaushaltes?
Die Messung der Stickstoffbilanz ist im besten Fall eine Schätzung sowohl der Stickstoffaufnahme als auch der Ausscheidung. Aufgrund des Einbaus von Stickstoff in Harnstoff, wie in der obigen Abbildung dargestellt, wird der Stickstoffverlust normalerweise anhand des Stickstoffgehalts in Urin, Fäkalien und Schweiß gemessen. Verluste können auch durch Ausatmung auftreten, obwohl die Fehler bei dieser Messung während des Trainings sie unzuverlässig machen. Es wurden auch andere Probleme gefunden, wie z. B. von Wolfe et al. (1984), die feststellten, dass leichte körperliche Betätigung die Oxidation von Leucin erhöht, ohne die Harnstoffproduktion zu steigern. Wenn dies der Fall ist, kann der Proteinbedarf für den Erhalt des Muskelgewebes unterschätzt werden.
Andere Techniken, die vielleicht genauer sind, verwenden Tracer-Techniken, die radioaktiv markierte Tracer verwenden, die entweder eingenommen oder infundiert werden. Indem man zum Beispiel eine Aminosäure mit einem radioaktiv markierten Kohlenstoff-, Wasserstoff- oder Stickstoffatom infundiert, ist es möglich, die Menge zu messen, die benötigt wird, um ein Gleichgewicht mit der ausgeschiedenen Menge herzustellen. Es ist dann möglich, die Oxidation und den Abbau von Aminosäuren im ganzen Körper zu messen, indem man die Mengen an radioaktivem Kohlenstoff oder Stickstoff in der Atemluft oder im Urin des Teilnehmers misst.
Eine sehr neue Technik wird jetzt in einer Reihe von Studien eingesetzt, um den Proteinbedarf zu untersuchen. Diese Methode nennt sich Indikator-Aminosäure-Oxidations-Methode (IAAO). Hier ist eine kleine Erklärung von Elango und Kollegen (2008), die seither eine Menge Arbeit auf diesem Gebiet geleistet haben, von der wir einige später besprechen werden.
„Die Indikator-Aminosäure-Oxidations-Methode (IAAO) basiert auf dem Konzept, dass, wenn eine unentbehrliche Aminosäure (IDAA) für die Proteinsynthese unzureichend ist, alle anderen IDAA, einschließlich der Indikator-Aminosäure, oxidiert werden. Mit zunehmender Zufuhr der limitierenden Aminosäure wird die IAAO abnehmen, was einen zunehmenden Einbau in das Protein widerspiegelt.“
Wenn Sie das nicht verstanden haben, versuchen Sie diese Analogie. Wir haben einen Nachtclub (Ihren Muskel), in dem ziemlich viele Männer sind (Muskelfasern), also lassen die Türsteher keine Männer (Indikator-Aminosäure) mehr in den Club. Daher gibt es einen Überschuss an Männern außerhalb des Clubs, die nicht hineingelassen werden können, so dass sie oxidiert werden (mir fällt keine Analogie dafür ein… Sie können gerne Vorschläge machen). Wenn jedoch ein Kerl mit einem Mädchen zusammen ist (unverzichtbare Aminosäure), dann sind sie vollständig (Protein) und können in den Club kommen… so! Wenn wir eine Busladung Mädchen dazu bringen, herunterzukommen, und jede mit einem unserer überzähligen Jungs reingeht, bekommen wir weniger oxidierte Jungs draußen und mehr Eingliederung in den Club! (MacDonald, 2011).
Hoffentlich haben Sie das verstanden. Das macht wirklich Sinn, wenn Sie etwas über vollständige und unvollständige Proteine wissen. Darüber hinaus sehen wir, dass Lebensmittel mit einem höheren Leucinanteil einen niedrigeren (guten) IAAO-Wert aufweisen. Studien, die die IAAO-Methode verwenden, haben gezeigt, dass Kasein eine höhere metabolische Verfügbarkeit (MA) hat als Sojaprotein (Humayun et al, 2007), also muss es eine gute Methode sein richtig…. ? Studien, die die IAAO-Methode verwenden, finden Fehler in alten Studien, die andere Methoden verwenden, und die Ergebnisse scheinen zu unterstützen, was Krafttrainer schon seit Jahren wissen. Wir werden uns diese später ansehen.
FAKTOREN, DIE DIE NITROGENBILANZ BEEINFLUSSEN
Es gibt viele Dinge, die die Stickstoffbilanz beeinflussen und wie viel Protein benötigt wird, um diese aufrecht zu erhalten. Zwei Hauptfaktoren sind die Energiezufuhr und der Kohlenhydratstatus. Der Grund, warum ich diesen Abschnitt aufgenommen habe, ist, dass Sie auf der Basis Ihrer Situation eine Vorstellung davon haben, ob Ihr Proteinbedarf vielleicht erhöht ist. Sehr oft sehe ich Personen, die Muskeln aufbauen wollen, die aber trotzdem 2-3 Mal pro Woche trainieren und Fußball spielen. Gleichzeitig versuchen sie vielleicht, für einen Urlaub schlank zu werden, also haben sie die Kohlenhydrate reduziert, manchmal drastisch, weil sie einer Internet-Diät folgen. In diesen Fällen, in denen der Energieverbrauch hoch und die Kohlenhydrate niedrig oder einfach nicht hoch genug sind, weil sie mit hoher Intensität trainieren, ist der Proteinbedarf drastisch erhöht.
Unten finden Sie eine Abbildung, die von Lemon und Mullin (1981) adaptiert wurde und den Harnstoff-Stickstoff im Schweiß (mg/h; ein Maß für den Stickstoffverlust) unter drei verschiedenen Bedingungen zeigt. Wie Sie sehen können, sind die Stickstoffverluste bei niedrigen Muskelglykogenwerten enorm erhöht. Eine Sache, die hier zu beachten ist, ist, dass, wenn eine Person sehr gut fettadaptiert ist, ich eine Abschwächung dieses Stickstoffverlustes erwarten würde, was auf eine Aminosäureoxidation hindeutet.
POSITIVE NITROGENBILANZ
Es ist klar, dass unterschiedliche Menschen unterschiedliche Ziele und Trainingsmodalitäten haben. Das bedeutet, dass die Empfehlungen für die Proteinzufuhr entsprechend variieren. Während Kraft- und Ausdauertrainer vielleicht ihre Muskeln vergrößern wollen und deshalb mehr Protein für das Muskelwachstum benötigen, bauen Ausdauertrainer tatsächlich eine viel größere Menge an Protein ab und haben auch einen erhöhten Bedarf. Etwas, das ich Ausdauersportlern, insbesondere Frauen, immer wieder sagen muss, ist, dass der Verzehr von Eiweiß sie nicht „dicker“ machen wird. Ebenso verbringe ich viel Zeit damit, Ausdauersportlern zu erklären, dass der Verzehr von Eiweiß unmittelbar nach dem Training nicht deshalb vorteilhaft ist, weil es die Muskeln „wieder aufbaut“, sondern weil es die Synthese neuer Enzyme (Proteine) und Mitochondrien (ebenfalls Proteine!) anregt, was Teil der Anpassung an das Training ist!
Wie ich bereits berichtet habe, müssen ältere Studien, die weniger genaue Messungen der Stickstoffbilanz verwenden, möglicherweise aus zukünftigen Meta-Analysen ausgeschlossen werden. Ebenso geben Studien, die sich nur mit der Aufrechterhaltung der Stickstoffbilanz beschäftigen, keinen Hinweis auf die optimale Proteinzufuhr für den Muskelaufbau! Sehr oft wird in Studien versucht, den minimalen Proteinbedarf zur Aufrechterhaltung der Stickstoffbilanz zu ermitteln, was jedoch eindeutig nicht mit einer optimalen Proteinzufuhr gleichzusetzen ist. Kraftsportler/Trainer und Bodybuilder sind oft an Muskelhypertrophie interessiert, was eine Zufuhr erfordert, die weit über die für den Erhalt erforderlichen Werte hinausgeht. Interessanterweise gibt es Hinweise darauf, dass die Stickstoffbalance auch bei einer Proteinzufuhr erreicht werden kann, die unter den Werten liegt, die zur Optimierung der Körperzusammensetzung und der Leistungsmessung erforderlich sind.
Eine häufig zitierte Studie ist die in der Abbildung unten dargestellte. Gontzea et al. (1975) zeigten, dass Personen, die ein neues, ungewohntes Trainingsprogramm absolvieren, sehr schnell in eine negative Stickstoffbilanz geraten, die sich aber nach etwa 2 Wochen wieder normalisiert. Das hier verwendete Training war eher ausdauerbasiert und daher wissen wir noch nicht, wie der Unterschied wäre, wenn Widerstandstraining verwendet würde oder wenn Muskelhypertrophie das Ziel wäre.
PROTEINZUFUHR FÜR POSITIVE NITROGENBILANZ
Wie bereits erwähnt, werden neue Techniken verfügbar, um die Angemessenheit der Proteinaufnahme zu beurteilen. Elango et al. (2010) veröffentlichten eine Arbeit mit dem Titel „Evidence that protein requirements have been significantly underestimated“, in der sie mit der IAAO-Methode zeigen, dass der tägliche Proteinbedarf durch andere Methoden grob unterschätzt wird und dass „es dringend notwendig ist, die Empfehlungen für die Proteinzufuhr bei erwachsenen Menschen neu zu bewerten.“ In dieser Studie fanden sie heraus, dass der Bedarfswert näher bei 1,2g/kg pro Tag für sitzende Personen liegen sollte. Daher kann man davon ausgehen, dass die Empfehlungen höher ausfallen könnten, wenn diese Technik zur Ermittlung des Bedarfs von Sportlern verwendet wird.
Gegenwärtig basieren die Richtlinien für sportlich aktive Personen auf den Angaben in einer Arbeit von Lemon (1996). Die Empfehlungen für Personen, die regelmäßig Ausdauertraining betreiben, liegen bei 1,2-1,4 g Protein/kg Körpermasse/d und für Kraftsportler bei 1,7-1,8 g Protein/kg Körpermasse/d. Daher könnten diese Empfehlungen in den kommenden Jahren steigen, um dem zu entsprechen, was Kraftsportler instinktiv verwenden, was etwa 2-2,5 g/kg zu sein scheint. Meiner Meinung nach liegt die Zufuhr von 1,5-2g pro Kilogramm bei Trainern, die keine Medikamente verwenden, weit über dem, was benötigt wird. Eine sehr hohe Proteinzufuhr führt einfach zu einer größeren Aufspaltung und Produktion von Harnstoff (Abfallprodukt), wohingegen bei normaler, optimaler Proteinzufuhr die Rückgewinnung von Harnstoff über die Harnstoffhydrolyse effizienter ist (Fouillet et al., 2008).
Das Unglückliche an vielen Studien ist, dass sie nur 2-3 Stufen der Proteinzufuhr betrachten, um zu bestimmen, welche in Bezug auf die von ihnen umrissenen Ziele „besser“ ist. Studien, die zeigen, dass 2,5 g/kg Körpergewicht an Protein besser für Kraft- und Größenzuwachs sind als 1,2 g/kg Körpergewicht, sagen uns nicht, ob 2,5 g/kg besser sind als 2 g/kg oder ob 3 g/kg noch besser wären. Eine erst vor sechs Monaten veröffentlichte Studie, die am Human Performance Laboratory in Birmingham durchgeführt wurde, untersuchte die Wirkung von erhöhtem Nahrungsprotein auf die Toleranz gegenüber intensivem Training. Witard und Kollegen untersuchten die Auswirkung einer erhöhten Proteinzufuhr auf die kurzfristige Abnahme der Ausdauerleistung während eines Blocks mit hochintensivem Training. Die Kontrollgruppe nahm 1,5g/kg KG Protein zu sich, während die Interventionsgruppe 3g/kg KG zu sich nahm. Die Gruppe kam zu dem Schluss, dass
„Zusätzliche Proteinzufuhr die Symptome von psychologischem Stress reduziert und zu einer lohnenswerten Verbesserung des Leistungsabfalls während eines Blocks hochintensiven Trainings führen kann.“
Der Grund, warum ich dies mit einbeziehe, ist, dass viele Menschen „Cross-Training“ in dem Sinne betreiben, dass sie in der gleichen Woche laufen, Rad fahren, Fußball spielen und Krafttraining machen!
Einige sagen, dass eine sehr proteinreiche Ernährung ein vorteilhaftes anaboles Hormonmilieu erzeugt und dass man aus diesem Grund mehr konsumieren sollte, als von Experten empfohlen wird. Dies scheint jedoch nicht der Fall zu sein, und tatsächlich kann der Verzehr von zu viel Eiweiß auf Kosten von Kohlenhydraten den Spiegel von anabolen Hormonen wie Testosteron im Körper senken. Eine Studie von Ormsbee und Kollegen aus dem Jahr 2007 untersuchte auch die Auswirkungen einer erhöhten Proteinzufuhr auf die Spiegel von IGF-1, IGF-I, IGFBP-1 und IGFBP-3, die Hormone, die am Muskelaufbau beteiligt sind. Die Zufuhr betrug 50 g, 100 g oder 200 g und zeigte keine Unterschiede in den Serumkonzentrationen eines der Hormone. Es wurde jedoch festgestellt, dass 50 g/d Protein zu einer negativen Stickstoffbilanz führten, während 100 g/d und 200 g/d zu einer positiven Stickstoffbilanz führten, wobei 200 g/d signifikant höher waren als 100 g.
Für Personen, die geeignete Trainingsmethoden zum Muskelaufbau verwenden, einschließlich der Periodisierung dieses Trainings, scheint eine Proteinzufuhr von 2-2,5 g/kg angemessen. Bei Verwendung von Supplementen wie Kreatin, Leucin und Molkenprotein kann der Proteinbedarf aufgrund der erhöhten Fähigkeit, die Proteinsynthese und andere anabole Prozesse zu stimulieren, durchaus über das normale Maß hinausgehen. Es ist auch sinnvoll, darauf hinzuweisen, dass eine Form von Protein-Zyklen von Vorteil sein kann. Wenn also ein neuer Trainingsblock begonnen wird, wird mehr Protein verbraucht. Auch wenn die Energie- oder Kohlenhydratzufuhr sinkt, muss die Proteinzufuhr gleichzeitig steigen.