November diesen Jahres hat eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Jeff Volek und Stephen Phinney, eine spannende Studie herausgebracht. Der Titel der Studie  „Metabolic characteristics of keto-adapted ultra-endurance runners“. Ziel der Studie war es, zu zeigen welche metabolischen Veränderungen die Adaptierung an eine ketogene Ernährung bewirkt und welche Auswirkung diese auf die Leistung des Athleten haben.

Das Problem mit bisher durchgeführten Studien war, dass die Athleten nur etwa ein oder zwei Wochen in Ketose waren. Die Folge war, dass die Athleten einen Leistungseinbruch hatten. Dies ist der Fall, wenn die Athleten nicht keto-adaptiert sind. Zwei Wochen sind ein viel zu kurzer Zeitraum um sich vollkommen an einen ketogenen Stoffwechsel anzupassen. Volek und Phinney rekrutierten Profi-Athleten, die seit mehreren Monaten in Ketose trainierten und so metabolisch voll adaptiert waren.

Volek und Phinney rekrutierten 20 Elite-Athleten für diese Studie. Das Alter der Athleten lag zwischen 21 und 45 Jahren. Alle Athleten mussten in den Top 10% der Finalisten bei offiziellen Laufevents sein. Distanzen von min. 50 km oder Triathlons von min. Half-Ironman Distanzen. 10 Athleten waren an eine high-carb (HC) Ernährung angepasst, und 10 Athleten waren an eine low-carb (LC) Ernährung angepasst.

Untersucht wurde: 

  • maximale Fettoxidation
  • Submaximale Substratoxidation
  • Zirkulierende Metabolite
  • Glycokennutzung

Maximale Fettoxidation

Die maximale Fettoxidation war in der LC-Gruppe im Schnitt 2,3 mal höher, als in der HC-Gruppe (1.54 ± 0.18 vs 0.67 ± 0.14 g/min; P = 0.000). Jeder Teilnehmer in der LC-Gruppe hatte höhere Oxidationswerte, als der höchste Wert in der HC-Gruppe.

Abbildung 7: Maximale Fettoxidation während VO2 max

Maximale Fettoxidation während VO2 max

Fettoxidation in Abhängigkeit von Trainingsintensität

Abbildung 8: Fettoxidationsrate in Abhängigkeit vom %VO2max

Fettoxidationsrate in Abhängigkeit vom %VO2max

In der klassischen Trainingslehre spricht man vom sogenannten „Cross-Over Point“. Der Cross-Over Point wurde von George Brooks et.al. (UC Berkeley) erforscht und etabliert. Er beschreibt im Wesentlichen den Punkt des Übertritts (cross-over), von hauptsächlich Fettoxidation zu Glucoseoxidation. Dieser Punkt liegt, je nach Trainingszustand, zwischen 35 – 65% VO2max. In anderen Worten, Fett als Energielieferant spielt nur in Trainingsbereichen von niedriger bis mittlerer Intensität eine Rolle.

Allerdings beziehen sich diese Werte nur auf „zuckerverbrennende“ Sportler. Bei ketoadaptierten Athleten schaut die Sache wieder gänzlich anders aus. Nicht nur wird, wie wir schon gesehen haben, signifikant MEHR Fett pro Minute oxidiert, sondern das Maximum wird bei wesentlich höheren Intensitäten erreicht. Dadurch kann Fettoxidation selbst bei 80% VO2 max und mehr, eine zentrale Rolle in der Energiebereitstellung spielen (70.3 ± 6.3 vs 54.9 ± 7.8%; P = 0.000).

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Submaximale Substratoxidation

Alle Teilnehmer mussten einen 180 min Dauerlauf absolvieren. Gemessen wurde, über welche Substrate die Energiebereitstellung erfolgt. Das Verhältnis, in dem Kohlenhydrate und Fette zur Energiebereitstellung herangezogen werden, ändert sich dramatisch durch den Umstieg auf eine ketogene Ernährung.

High Carb Diet (HCD)

Zu Beginn des Trainings bezieht der Körper etwas mehr als 50% der Energie aus Glucose. Dieses Verhältnis verschiebt sich dann im Laufe der Dauer des Trainings etwas mehr in Richtung Fett. Nach etwa 120 Minuten kommen etwa 40% der Energie aus Glucose und 60% aus Fett. Die Kurve flacht hier ab und diese Aufteilung bleibt für die Restdauer des Trainings (180 Minuten) aufrecht.

Low Carb Diets (LCD)

Ein vollkommen anders Bild sehen wir nach dem die Individuen ketoadaptiert sind. Von der ersten Minuten an, kommen über 80% der Energie aus Fett nur etwa 15% aus Glucose. Das interessante ist, dass sich dieses Verhältnis über die gesamten 180 Minuten kaum verändert. Ketose ist also nicht nur glycogensparend, sondern ermöglicht auch effektiv auf Fettspeicher zuzugreifen und den Großteil der benötigten Energie aus diesen bereitzustellen.

Energiebereitstellung bei submaximalem Training (65% VO2max) über 180 Minuten

Energiebereitstellung bei submaximalem Training (65% VO2max) über 180 Minuten

Zirkulierende Metabolite

Marker für die Aktivität des Fettstoffwechsels waren in der LC-Guppe signifikant höher als in der HC-Gruppe. Das Level freier Fettsäuren war bei den LC-Athleten schon zu Beginn des Trainings deutlich höher, am Ende des Trainings sehen wir jedoch keine deutlichen Unterschiede.

circulating_metabolites

Konzentration von of Ketonen(A), Glycerol(B), nicht-veresterte Fettsäuren (C), und TriglyceridenD). LC = low-carbohydrate diet group; HC = high-carbohydrate diet group.

 

Auch die Aufnahme von Fettsäuren ist bei keto-adaptierten Athleten höher. Helge et al. zeigt, dass bei fettadaptierten Sportlern die Konzentration von freien Fettsäuren im Plasma, während des Trainings, höher ist, als bei zuckeradaptierten Sportlern. Da ein ketoadaptierter Sportler eine „fat-burning maschine“ ist, verändert sich auch die zelluläre Aufnahmefähigkeit von Fettsäuren. In der nächsten Abbildung bei Bild B, ist die Fettsäureaufnahme über die Trainingsdauer von 60 Minuten aufgetragen. Die Fettsäurenaufnahme steigt zu Beginn des Trainings extrem an und verbleibt während des gesamten Trainings auf hohem Niveau. Der Unterschied zwischen der FET Gruppe und der CHO Gruppe ist signifikant.

 Helge, J. W., Watt, P. W., Richter, E. A., Rennie, M. J., & Kiens, B. (2001). Fat utilization during exercise: adaptation to a fat-rich diet increases utilization of plasma fatty acids and very low density lipoprotein-triacylglycerol in humans. The Journal of Physiology, 537(3), 1009-1020

Helge, J. W., Watt, P. W., Richter, E. A., Rennie, M. J., & Kiens, B. (2001). Fat utilization during exercise: adaptation to a fat-rich diet increases utilization of plasma fatty acids and very low density lipoprotein-triacylglycerol in humans. The Journal of Physiology, 537(3), 1009-1020

 

Glycogennutzung

Bezüglich der Nutzung der Glycogenspeicher gab es keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen. Muskelglycogen war unmittelbar nach dem Training  um 62% reduziert und 2 Stunden später noch um 34% reduziert. In der LC-Gruppe fanden die Forscher ein ähnliches Muster.

Unterschiede in Glycogennutzung und Re-synthese

Unterschiede in Glycogennutzung und Re-synthese

Conclusio

Die Autoren schließen mit folgendem Absatz: Diese Resultate liefern die erste Dokumentation der metabolischen Anpassungen, die mit einer dauerhaften Konsumation einer low-carb/high-fat Ernährung bei Profi-Ultraausdauer Athleten zu beobachten sind. Die verbesserte Oxidation von Fett über einen breiten Bereich verschiedener Belastungsintensitäten ist Bemerkenswert, wie auch die Fähigkeit „normale“ Glycogenlevel aufrecht zu erhalten, obwohl nur sehr eingeschränkt Kohlenhydrate zugeführt werden. Keto-Adaptierung bietet eine echte Alternative für Sportler zu dem Carbo-Loading Dogma, welches in Sportkreisen zur Zeit herrscht.

„In summary, these results provide the first documentation of the metabolic adaptations associated with long-term consumption of a very low-carbohydrate/high-fat diet in highly trained keto-adapted ultra-endurance athletes. The enhanced ability to oxidize fat during exercise across a range of intensities is striking, as is the ability to maintain “normal” glycogen concentrations in the context of limited carbohydrate intake. Keto-adaptation provides an alternative to the supremacy of the high-carbohydrate paradigm for endurance athletes“

Abstract

Background

Many successful ultra-endurance athletes have switched from a high-carbohydrate to a low-carbohydrate diet, but they have not previously been studied to determine the extent of metabolic adaptations.

Methods

Twenty elite ultra-marathoners and ironman distance triathletes performed a maximal graded exercise test and a 180 min submaximal run at 64% VO2max on a treadmill to determine metabolic responses. One group habitually consumed a traditional high-carbohydrate (HC: n = 10, %carbohydrate:protein:fat = 59:14:25) diet, and the other a low-carbohydrate (LC; n = 10, 10:19:70) diet for an average of 20 months (range 9 to 36 months).

Results

Peak fat oxidation was 2.3-fold higher in the LC group (1.54 ± 0.18 vs 0.67 ± 0.14 g/min; P = 0.000) and it occurred at a higher percentage of VO2max (70.3 ± 6.3 vs 54.9 ± 7.8%; P = 0.000). Mean fat oxidation during submaximal exercise was 59% higher in the LC group (1.21 ± 0.02 vs 0.76 ± 0.11 g/min; P = 0.000) corresponding to a greater relative contribution of fat (88 ± 2 vs 56 ± 8%; P = 0.000). Despite these marked differences in fuel use between LC and HC athletes, there were no significant differences in resting muscle glycogen and the level of depletion after 180 min of running (−64% from pre-exercise) and 120 min of recovery (−36% from pre-exercise).

Conclusion

Compared to highly trained ultra-endurance athletes consuming an HC diet, long-term keto-adaptation results in extraordinarily high rates of fat oxidation, whereas muscle glycogen utilization and repletion patterns during and after a 3 hour run are similar.

Original Studie: http://www.metabolismjournal.com/article/S0026-0495(15)00334-0/fulltext

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Julia Tulipan ist Biologin (Mag.) und Personal Fitness and Health Trainer (Dipl.) und schreibt für verschiedene Online-Magazine und für ihr eigenes Blog paleolowcarb.de vor allem zu den Themen gesunde und artgerechte Ernährung und Bewegung. Julia hat selbst lange mit ihrer Gesundheit gekämpft. So wurde ihr Interesse an gesunder Ernährung geweckt. Seither hat sie sich mit Low Carb und der Paleo-Ernährung Stück für Stück mehr Lebensqualität zurück erkämpft. Heute verhilft sie auch als Food-Coach und Personal Trainerin anderen zur Topform. Von Julia kannst Du Dich hier individuell beraten lassen.
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