Eine ausreichende Versorgung mit Protein gilt als unabdingbar für Muskelaufbau in Aufbauphasen oder Muskelerhalt in Reduktionsphasen. Über die Frage „wie viel ist ausreichend“ wird unaufhörlich diskutiert. Proteinmengen die heute als anerkannt gelten können morgen bereits wieder „over-„ oder „under-rated“ sein. Eine interessante Studie (1) fasst den aktuellen Kenntnistand inkl. wichtiger Grundlagen zum Proteinstoffwechsel anschaulich zusammen. Für unsere Leserinnen und Leser haben wir die Highlights daraus zusammengetragen.

Viel Spaß!

Protein – Basics

Essentieller Nährstoff

Bei Proteinen handelt es sich um organische Verbindungen aus Stickstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Die Begriffe Protein und Eiweiß verstehen sich als Synonyme. Protein muss dem menschlichen Körper täglich zugeführt werden. Es dient als Bausubstanz und wird im Körper ständig regeneriert. Bei Bedarf kann Eiweiß auch als Energieträger genutzt werden. Der hierfür zuständige Stoffwechselweg nennt sich Glukoneogenese.

Der Weg von Protein im Körper

Proteinquellen werden über die Nahrung aufgenommen und im Mund mechanisch zerkleinert. Anders als bei Kohlenhydraten (Speichelamylasen) beginnt die Verdauung von Eiweiß nicht im Mund, sondern erst im Magen. Das Enzym Pepsin „zerkleinert“ dort das Nahrungsprotein in kleinere Ketten. Schließlich gelangen diese als Peptide in den Dünndarm. Dort wird Pepsin wieder inaktiviert und die Enzyme Trypsin sowie Chymotrypsin übernehmen die weitere Spaltung der Peptidketten in einzelne Aminosäuren oder kürzere Peptidketten (Dipeptide oder Tripeptide).

Die Aufnahme aus dem Dünndarm ins Blut erfolgt über Aminosäuretransporter. Es existieren spezialisierte Transporter für spezielle Aminosäuren. So gelangen die Aminosäuren schließlich in die Blutbahn. Etwa 40-50% der verfügbaren Aminosäuren werden vom Darm extrahiert und zur Energiegewinnung oder zur Synthese von Hormonen und körpereigenen Proteinen herangezogen (33). Die anderen 50% der freien Aminosäuren werden über die Pfortader an die Leber abgegeben.

Die Leber spielt eine wichtige Rolle im Proteinstoffwechsel. Ein Teil der Aminosäuren wird dort:

• in andere Stoffwechselprozesse zur Energiegewinnung eingebracht
• als Gerüst zur Synthese nicht essentieller Aminosäuren vor Ort genutzt
• über das Blut an die jeweilig bedürftigen Organe transportiert

Die Leber spielt auch eine Rolle für die Abgabe der verzweigtkettigen Aminosäuren Leucin, Valin und Isoleucin, besser bekannt als BCAA. Von ihr werden sie hauptsächlich ins Blut abgegeben und weiter in die Peripherie transportiert. Bei verzweigtkettigen Aminosäuren (BCAA) handelt es sich um drei Aminosäuren die vor allem in Muskelzellen verstoffwechselt werden.

Protein-Turnover

Für Sportlerinnen und Sportler spielt die Bedarfsdeckung mit Protein bzw. besser ausgedrückt eine positive Proteinbilanz eine große Rolle. Herrscht eine positive Proteinbilanz vor, wird im Rahmen des steten Auf- und Abbaus von körpereigenem Protein (Protein-Turnover) mehr aufgebaut als abgebaut. Eine positive Proteinbilanz steht für den Aufbau funktioneller Proteinbestandteile – ergo von Muskeln aber auch von Haut, Haaren, Fingernägeln, Hormonen, Enzymen oder Immunzellen. Im Rahmen des Protein-Turnover werden etwa 300 bis 400g Protein täglich umgesetzt, wobei man individuell von größeren Schwankungen dieser Zahl und Mengen bis sogar 600g ausgeht (50,51).

Aminosäure-Pool

Als eine Art Speicher verfügt der menschliche Körper über einen Aminosäurepool mit einer begrenzten Kapazität von etwa 0,5% des gesamten Proteinaufkommens im Körper oder anders ausgedrückt etwa 90 bis 100g (51).

Muskelproteinsynthese

Groen et al. stellten mit der Verabreichung von 20g Kasein bei jungen Männern fest, dass 55% der aufgenommenen Aminosäuren im peripheren Kreislauf verfügbar waren. Tatsächlich zur Muskelproteinsynthese werden jedoch nur 11% (hier etwa 2,2g) verwendet. Die restlichen Aminosäuren wurden abgebaut und als Substrat für eine Vielzahl von Stoffwechselprozessen (Energiegewinnung, Harnstoffsynthese, Neurotransmitterproduktion, …) herangezogen. Der genannte Prozess ist abhängig von mehreren Faktoren wie beispielsweise Alter oder Krankheit (2,3).

entnommen aus (1)

Wichtig

Nicht alles aufgenommene Nahrungsprotein dient dem Aufbau oder Erhalt von Skelettmuskelmasse.

Muscle-Full-Effect

Unabhängig von der Proteinquelle („minderwertig vs. hochwertig) deuten Untersuchungen an, dass Nahrungsprotein die Genexpression mehrerer Aminosäuretransportproteine induziert, die den Zustrom der Aminosäuren in Skelettmuskeln erhöhen können (4,5). Nach einer gewissen Aufnahmemenge an Aminosäuren kommt es zeitverzögert (~30 Minuten) zu einem Anstieg der Muskelproteinsynthese der je nach Proteinquelle nach etwa 2 Stunden seinen Höhepunkt erreicht (6,7). Nach dieser Zeit fällt die Muskelproteinsynthese wieder auf ihr Basalniveau zurück, auch wenn weiter Aminosäuren über Nahrungsprotein oder Infusionen verabreicht werden (7-9). Man spricht hier vom „muscle-full-effect“.

Leucin – Muskelproteinsynthese-Trigger

Die wohl wichtigste Aminosäure in Zusammenhang mit einer Stimulierung der Muskelproteinsynthese ist Leucin (10). Häufig falsch interpretiert wird die Tatsache, dass von Leucin alleine kein Protein aufgebaut werden kann solange nicht auch alle anderen hierfür notwendigen essentiellen Aminosäuren in einer bestimmten Gewichtung zueinander verfügbar sind. Limitierender Faktor des Proteinaufbaus ist also nicht die Zufuhrmenge an Leucin, sondern die jeweils limitierende Aminosäure der notwendigen Matrix aus essentiellen Aminosäuren (11).

Nähere Informationen zum Thema findet ihr HIER

Ebenfalls interessant in Hinblick auf das Thema Proteinsynthese ist dieser BEITRAG

Fazit

Proteinzufuhr über die Nahrung muss regelmäßig stattfinden um den fortwährenden Vorgang des Auf- und Abbaus von Proteinstrukturen, genannt Protein-Turnover, zu versorgen. Neben der reinen Muskelproteinsynthese werden Aminosäuren und Peptide nach der Aufnahme über den Verdauungstrakt auch für etliche andere Zwecke benötigt und hierzu unterschiedlich verteilt. Die Leber nimmt in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle ein. Muskelproteinsynthese für Muskelaufbau lässt sich am effektivsten über die Aminosäure Leucin stimulieren. Der Vorgang ist jedoch begrenzt. Damit tatsächlich Protein aufgebaut werden kann, bedarf es neben Leucin auch der Verfügbarkeit aller anderen essentiellen Aminosäuren in der richtigen Gewichtung zueinander.

 

Optimale Proteinaufnahme für Krafttraining

Stimulus Krafttraining

Auch äußerliche Einflüsse stimulieren die Muskelproteinsynthese und damit Muskelaufbau. So ist von Krafttraining bekannt, dass es die Muskelproteinsynthese im Vergleich zum Basalniveau um mehr als 100% stimuliert (12). Da Krafttraining jedoch auch die Muskelabbaurate erhöht, bleibt die Nettoproteinbilanz als Resultat aus Krafttraining jedoch insgesamt negativ.

Ein Anstieg der Muskelproteinsynthese durch Krafttraining wird vor allem bei „untrainierten“ Sportlerinnen und Sportlern beobachtet. Je mehr Gewöhnung an Stimuli durch Krafttraining eintritt, desto schwächer lässt sich die Muskelproteinsynthese durch Krafttraining anheben (14-16). Erst die gleichzeitige Proteinaufnahme sorgt für den Zustand der positiven Nettoproteinbilanz (13), weshalb in der Theorie langfristig gesehen erst die richtige Kombination aus beiden eine Zunahme an Muskelprotein bedeuten kann.

Portionsgröße

An untrainierten Probanden untersuchten Witard et al. den Effekt unterschiedlicher Proteingaben auf die Muskelproteinsynthese in Ruhe und einmal in Verbindung mit Training bis zu 4 Stunden nach er Verabreichung. Die Forscher stellten für keine der beiden Phasen verstärkte Muskelproteinsynthese-Reaktionen mit Aufnahme von 40g verglichen mit 20g Protein fest. Was sie jedoch beobachteten war eine höhere Leucinoxidation sowie einen Anstieg der Plasmaharnstoffkonzentration mit Verabreichung der höheren Menge (17,18). An trainierten Probanden stieg die Muskelproteinsynthese bei MacNaughton et al. (20) um 19% stärker an, wenn 40g Protein anstelle von 20g Protein verabreicht wurden.

Ebenfalls trainierten Probanden untersuchten Areta et al (19) über 24 Stunden die Reaktion unterschiedlicher Verabreichungen von Wheyprotein nach einer Krafttrainingseinheit. Wie sich zeigte, stimulierte die Einnahme von 20g alle 3 Stunden über einen Zeitraum von 12 Stunden die Muskelproteinsynthese effektiver als die Verabreichung von 10g alle 90 Minuten oder von 40g alle 6 Stunden.

Timing

Prinzipiell geht man davon aus, dass die wichtigste Größe für einen funktionierenden Proteinstoffwechsel und Muskelaufbau die Gesamtzufuhr pro Tag darstellt. Diskutiert werden Mengen im Bereich von 1,6g bis 2,2g pro Kilogramm Körpergewicht (24,36,37) bzw. in Reduktionsphasen sogar bis 3g pro Kilogramm Körpergewicht (38).

Eine Reihe von Studien spricht sich für Vorteile einer gezielten Verabreichung von Protein zum Training aus (24,39,40,41,43), während andere Untersuchungen einen solchen Vorteil nicht sehen (42). Auch hier muss man von einer Reihe an Einflussfaktoren ausgehen die den tatsächlichen Effekt beeinflussen.

Auch für die gezielte Aufnahme von Protein vor dem Schlafengehen bestehen Hinweise für positive Effekte. Insbesondere für diejenigen die in den Abendstunden trainieren zeigte beispielsweise die Studie von Holwerda et al (21) eine 30% stärkere Stimulierung der Muskelproteinsynthese, wenn vor dem Schlafen gehen 40g Protein verzehrt wurden. Dieses Ergebnis unterstreicht die bereits angesprochene Sensibilisierung des Muskels für die Aufnahme von Aminosäuren, die sich bis in die nächtliche Regenerationsphase erstreckt (21,22). Langfristig zeigte sich auch bei Trommelen et al (23) ein positiver Effekt auf Muskelquerschnitt im Quadrizeps von Probanden mit Verabreichung von 27,5g Protein vor dem Schlafengehen verglichen mit ausbleibender Aufnahme und begleitendem Krafttraining.

Fazit

Krafttraining erhöht sowohl Auf- und Abbauvorgänge. Über die zeitgleiche Anwesenheit von Protein lässt sich insgesamt eine positive Proteinbilanz fördern. Variablen wie der Trainingszustand (trainiert, untrainiert) oder die Art des Trainings (z.B. Ganzkörpertraining, Split Training) beeinflussen die Reaktion von Protein auf die Muskelproteinsynthese. Auch bei der Bedeutung des Faktors Timing lässt sich keine allgemeingültige Aussage treffen.

Mehr Muskelaufbau durch weniger Proteinabbau

Ein Blick auf die Muskelproteinsynthese offenbart nur eine von zwei wichtigen Größen des Protein-Turnovers. Wie bereits gezeigt, verursacht muskuläre Belastung ebenso einen vermehrten Abbau von Muskelprotein. Erst die Gleichung aus beiden Faktoren entscheidet darüber, ob langfristig Muskelprotein aufgebaut wird oder nicht.

Faktor Trainingserfahrung

Ähnlich wie bei der Muskelproteinsynthese geht man auch beim Muskelproteinabbau von einer verminderten Rate mit fortschreitender Trainingserfahrung aus (25). Analog dieser Beobachtung steigt auch das Aufkommen an antioxidativen Enzymen vom untrainierten zum trainierten Status an. Dies wiederum ermöglicht erfahrenen Sportlern trainingsinduzierte oxidative Schäden effektiver aufzufangen als dies Anfängern möglich ist (26). Für erfahrene Sportler bedeutet dies insgesamt eine zunehmende Desensibilisierung auf Trainingsreize was stete Fortschritte erschwert. Unerfahrene Sportlerinnen und Sportler sollten tunlichst alles unternehmen um eine positive Proteinbilanz nach allen Kräften zu fördern.

Antikataboles Insulin

Wenn es um die Proteinabbaurate geht spielt Insulin eine Rolle. Das Speicherhormon reduziert die Proteinabbaurate über das Ubiquitin-Proteasom-System. Als falsch erweist sich die Annahme, dass mehr Insulin gleichbedeutend mit einer immer stärkeren Hemmung der Proteinabbaurate steht.

Tatsächlich beobachteten Greenhaff et al. (25,27) das es bei einer Insulinkonzentration von 30mU/l zu einer 50%-igen Senkung der Proteinabbaurate kommt. Darüber hinaus findet mir mehr Insulin keine weitere Reduzierung statt.

Dank des hohen Insulin-Index ausgewählter Proteinarten wie beispielsweise Wheyprotein kann schon die Aufnahme von 20 bis 25g das Insulinaufkommen auf etwa 15 bis 20mU/l anheben. 

Eine aktuelle Studie (52) spricht sich in Hinblick auf eine Reduzierung der Proteinabbaurate in Verbindung mit Krafttraining für die Aufnahme einer proteinreichen Mahlzeit explizit nach dem Training aus. Die Vorteile des Zeitpunkts überwiegen, verglichen mit einer Aufnahme vor der Belastung. Die Mahlzeit bestand aus 868 kcal, 55,4g Protein, 24,8g Fett und 105,6g Kohlenhydraten. Im Proteinanteil befanden sich 32g Wheyprotein. Die Insulinkomzentration stieg auf 40mU/l.

Werden flüssige, schnell verfügbare Kohlenhydrate zu Wheyprotein verabreicht, steigt Insulinkonzentration bis auf etwa 65mU/l an (25,27).

Insulinunabhängiger Effekt

In der Praxis verspricht man sich von höheren Proteingaben bis ca. 70g eine insulinabhängige Hemmung der Proteolyse durch Peptidasen (Eiweiß spaltende Enzyme). Bei Kim et al (28) wird ein solcher Effekt tatsächlich in Aussicht gestellt, weshalb derzeit nicht klar beantwortet werden kann, wie viel Protein aus Sicht des Proteinabbaus als „optimal“ angesehen werden kann.

Wofür dann überhaupt Kohlenhydrate

Wenn wir sie nicht oder nicht in großer Menge für das Modulieren des Muskelproteinstoffwechsels benötigen stellt sich die Frage, inwieweit Kohlenhydrate überhaupt relevant für Sportlerinnen und Sportler sind. Alles hierzu Interessante könnt ihr in einem weiterführenden BEITRAG nachlesen.

Fazit

Neben Proteinsynthese stellt Proteinabbau die zweite Instanz des Protein-Turnovers dar. Auch hier bestehen individuelle Unterscheide in Abhängigkeit vom Trainingsstatus. Generell übt Insulin einen Proteinabbau hemmenden Einfluss aus, allerdings nur bis zu einer gewissen Menge. Nur hoch insulinogene Proteinarten sind ab einer gewissen Menge in der Lage, auch ohne gleichzeitige Verabreichung von Kohlenhydraten ab einer bestimmten Darreichungsmenge genug Insulin frei zu setzen um insulinabhängigen Proteinabbau zu maximieren.

Wie verhält es sich in Reduktionsphasen?

Reduktionsphasen beeinflussen direkt und indirekt den Muskelprotein-Turnover. Aus diesen Grund versteht es sich als gängige Praxis unter Sportlerinnen und Sportlern im Kaloriendefizit die Proteinaufnahme zu erhöhen (19,26).

Tatsächlich spricht einiges für eine solche Vorgehensweise. Bei Pasiakos et al (34) sorgte bereits ein ca. 20%-iges Kaloriendefizit für eine Abnahme der Muskelproteinsynthese um ca. 19 Prozent verglichen mit der Rate die man unter isokalorischen Bedingungen feststellte. Es kommt innerhalb der Muskulatur zu einer schwächeren anabolen Signalgebung. Areta et al. (35) beobachteten an jungen Männern und Frauen nach nur 5 Reduktionstagen einen Rückgang der Muskelproteinsynthese um etwa 27%. Entgegenwirken kann man dieser Erscheinung mit Krafttraining auf der einen Seite, oder aber mit einer höheren Proteinaufnahme (25). Empfohlene Mengen bei Protein bewegen sich im Bereich von 1,6 (36,37,44) bis sogar 3g pro Kilogramm Körpergewicht (38).

Auch die Proteinabbaurate könnte negativ im Sinne eines Anstiegs unter kaloriendefizitären Bedingungen beeinflusst werden. Hierzu gibt es jedoch derzeit noch weiter weniger Hinweise (46,47), sowie Studien wie die von Hector et al. (45) bei der es in Verbindung mit einem 40%-igen Kaloriendefizit über 10 Tage bei übergewichtigen Probanden nicht zu einer Zunahme des Proteinabbaus kam.

Fazit

Aus Sicht der Aufrechterhaltung einer positiven Muskelproteinbilanz macht es Sinn während Reduktionsphasen einerseits regelmäßig zu trainieren und andererseits die Proteinaufnahme zu erhöhen.

Resümee

Folgende Highlights lassen sich aus dem heutigen Beitrag ableiten:

• In Abhängigkeit von der Qualität des Proteins können etwa 0,4g pro Kilogramm Körpergewicht und Mahlzeit ausreichen um die Muskelproteinsynthese in Ruhe oder nach dem Training maximal zu stimulieren
• Gaben von Protein alle 3 bis 5 Stunden erscheinen angesichts des verfügbaren Aminosäure-Pools, des Muscle-Full-Effects und des Protein-Turnovers sinnvoller als die Verabreichung größerer Mengen weniger häufig.
• Es bestehen Hinweise von Vorteilen einer gezielten Verabreichung von Protein nach körperlicher Belastung oder vor dem Schlafen gehen. Die tatsächlichen Effekte unterliegen mehreren Variablen.
• Insgesamt sollte sich die Proteinaufnahme unter isokalorischen Bedingungen im Bereich von 1,6 bis 2,2g pro Kilogramm Körpergewicht wiederfinden. Für Reduktionsphasen können erhöhte Mengen von 2,3 bis 3,1g pro Kilogramm Körpergewicht nötig werden um die Muskelproteinbilanz positiv zu halten.
• Krafttraining übt einen unterschiedlich starken Effekt auf den Protein-Turnover aus. Im Rahmen einer Reduktionsdiät fungiert Krafttraining als Stimulus zum Erhalt einer positiven Muskelproteinbilanz

Sportlicher Gruß

Holger Gugg

www.Body-Coaches.de

Quellen

(1)

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5852756/

(2)

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(3)

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(4)

www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24699854

(5)

www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21527663

(6)

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18056791

(7)

www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11306673

(8)

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20844073

(9)

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20844073

(10)

Sarkopenie – Wie schütze ich mich vor Muskelverlust im Alter?

(11)

10g EAA aus HBN EAA CODE pro Portion die richtige Empfehlung?

(12)

www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9252485

(13)

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(14)

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(15)

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(16)

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https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24257722

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(25)

Protein richtig einsetzen – Bedeutung der PROTEINSYNTHESE für die Praxis!

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www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23239675

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Wie wichtig sind Kohlenhydrate wirklich für Kraftsport und Bodybuilding?

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www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26530155

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https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31121843

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https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30824459

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https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30698725

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https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnut.2018.00083/abstract

(42)

https://jissn.biomedcentral.com/articles/10.1186/1550-2783-10-5?optIn=false

(43)

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31337204

(44)

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29182451

(45)

https://www.fasebj.org/doi/pdf/10.1096/fj.201700158RR

(46)

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3291735/

(47)

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5421125/

(48)

https://link.springer.com/article/10.1007/s40279-018-1009-y

(49)

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29414855

(50)

Marks‘ Basic Medical Biochemistry (Alisa Peet)

(51)

Biochemistry (Denise R. Ferrier)

(52)

https://www.mdpi.com/2072-6643/12/4/1177