DeepDive: Low-Carb Ernährung im Ausdauersport

 

In jüngerer Zeit ist die ketogene Ernährung bei Ausdauersportlern: innen wieder beliebter geworden. Diese spezielle Ernährungsform, die auf eine drastische Reduzierung der Kohlenhydrataufnahme und eine Erhöhung des Fettanteils abzielt, wird von vielen Athleten zum Training des Fettstoffwechsel genutzt, in der Hoffnung auch ohne stetige Kohlenhydratzufuhr die Ausdauerleistung maximieren zu können. 

Im Kontext des Ausdauersports, bei dem eine effiziente Energieversorgung essentiell ist, stellt sich jedoch die Frage: Kann eine ketogene Ernährung tatsächlich die Erwartungen hinsichtlich Leistungssteigerung und Effizienz erfüllen, oder oder bringt sie im Vergleich einer kohlenhydratreichen Ernährung doch eher Nachteile?

 

Was ist die ketogene Ernährung?

Die ketogene Ernährung ist ein Spezialfall der Low-Carb High-Fat Ernährung. Diese kohlenhydratarme und fettreiche Ernährungsweisen soll die Freisetzung die Aufnahme, den Transport und die Verwertung von Fetten im als Energielieferant während dem Ausdauersportlern verbessern (1).

Die klassische ketogene Diät besteht aus einem Verhältnis von 3 bis 4:1 von Nahrungsfett zu Kohlenhydraten und Protein (2). Je nach Studie werden Ernährungsweisen dann als ketogene Ernährungsweise definiert, wenn der Anteil an Kohlenhydraten weniger als 5 % (3) – bzw. zwischen 5 und 10 % (4) – der Gesamtenergie ausmacht. Dies entspricht einer Kohlenhydratmenge von 30-50g pro Tag entsprechen – allerdings nur bei Personen, mit niedriger bis moderater Aktivität (5). Ambitionierte Ausdauersportler verbrauchen zwischen 4.000-6.000 Kalorien pro Tag. Wenn 5% der Energiezufuhr aus Kohlenhydraten stammt, dann entspräche dies 50-75g Carbs.

 

 

Die konsequente Einhaltung der ketogenen Ernährung verschiebt den Energiestoffwechsel hin zu einer verstärkten Nutzung von Fett als Energiequelle und reduziert gleichzeitig die Oxidation von Glukose. Dieser Prozess, als Keto-Adaptation bekannt, stellt den zentralen physiologischen Mechanismus dar, der die Anwendung der ketogenen Ernährung im Sportbereich unterstützt (6).

Die Ketonkörper können sowohl vom Gehirn als Energiequelle genutzt werden, als auch von den Muskeln. Aber sind sie effektiver als Kohlenhydrate?

Die ketogene Ernährung ist mit einem mit einem Anstieg der Ketonkörper Aceton, Acetoacetat und Beta-Hydroxybutyrat (βHB) verbunden. Insbesondere βHB, der primäre Ketonkörper in peripheren Geweben und im Blutkreislauf, dient als gängiges Maß für die Messung der Ketogenese und die Einhaltung der Ernährungsform. Ein Wert von >0,5 mmol/l βHB im Blut deutet auf eine sogenannte „Ernährungsketose“ hin (7).

 

 

Die Theorie ist, dass der Körper in einer Ketose so effektiv in der Nutzung der Fettsäuren und Ketonkörper wird, dass dieselbe sportliche Leistungsfähigkeit erreicht wird, ohne das man dabei auf die kontinuierliche Zufuhr von Kohlenhydraten beim Sport angewiesen ist (8).

 

Überlegungen zum Einsatz der ketogenen Ernährung im Ausdauersport

Limitierte Energiereserven

Trotz der aktuellen Empfehlungen für Sportler, ausreichend Kohlenhydrate zu sich zu nehmen,[9] wird argumentiert, dass die limitierte Größe der Kohlenhydratspeicher bei langen Wettkämpfen eine signifikante Einschränkung darstellen könnten (10, 11). Kohlenhydrate werden im Körper vor allem als Glykogen im Muskelgewebe (250-600 g) und im Lebergewebe (90 g) gespeichert, zusätzlich ist Glukose im Blutkreislauf (30g) vorhanden. Zusammen entspricht dies etwa 1.000-2400 kcal verfügbarer Energie aus Kohlenhydraten. Das klingt viel und tatsächlich verbraucht nicht jeder Ausdauersportler derart viele Kalorien. Allerdings tritt eine  Einschränkung der Leistung nicht erst bei einer vollständigen Erschöpfung der Glykogenspeicher ein, sondern bereits früher (12).  

 

 

Verdauungsprobleme

Durch den ständigen Verbrauch von Kohlenhydraten werden Nährstoffe von den beanspruchten Muskeln in den Darm umgeleitet, um die Verdauung zu unterstützen, was zu einer verminderten Trainingsökonomie und Verdauungsstörungen führen kann (14). Außerdem kann der Mensch über die SGLT1 und GLUT-2, sowie GLUT5 Transporter im Dünndarm, nur begrenzte Mengen an Glukose und Fruktose pro Stunde aufnehmen. Höhere Mengen an Kohlenhydraten können zu einem ‚Rückstau‘ der Zuckermoleküle im Darm führen, was zu Magendarmproblemen – wie Durchfall – führen kann (15). 

 

Und tatsächlich sind Verdauungsprobleme sehr verbreitet unter Ausdauersportlern:

• Eine Online-Befragung von Langdistanz-Läufern aus dem Jahr 2008 hat eine Prävalenz von 45% bei 1.281 Sportler:innen aufgezeigt (16)
• Bei Ironman Triathlon Athletinnen treten sogar bei bis zu 93% der Teilnehmer Verdauungsprobleme auf (17)
• Eine neuere kleinere Studie hat bei 9 von 15 Ultramarathonläufern gastrointestinalen Beschwerden festgestellt: darunter Übelkeit (89 %), Bauchkrämpfe (44 %), Durchfall (44 %) und Erbrechen (22 %) (18)
• Wobei nicht alle Verdauungsprobleme auf Ernährungsstrategien zurückzuführen sind (19)
• Auch gibt es sehr große Unterschiede bei der Häufigkeit und Stärke der auftretenden Probleme je nach sportlicher Disziplin, sowie starke individuelle Unterschiede zwischen einzelnen Sportler:innen im Ausdauerbereich

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Frage, ob die ketogene Ernährung eine vorteilhafte Alternative darstellen könnte?

 

Nach der Anpassung an die ketogene Ernährung soll der Körper effektiver Fett zur Energiegewinnung nutzen können. Das wäre von Vorteil, weil im Gegensatz zu den limitierten Kohlenhydratspeichern, hat der Körper sehr große Energiespeicher in Form von Körperfett. Selbst bei einer Person mit niedrigem Körperfettanteil von ca. 10%, würde dies noch eine Energiereserve ca. 49.000kcal darstellen (bei einer 70kg schweren Person).

Die Idee ist, dass man durch einen gut trainierten Fettstoffwechsel schnell genug Energie im sub-maximalen Bereich herstellen kann und nicht von einer hohe Kohlenhydratzufuhr beim Sport abhängig ist, was wiederum die meisten Magendarmprobleme verschwinden lassen soll.

 

Änderungen im Substratstoffwechsel

Unter der ketogenen Diät haben mehrere Studien tatsächlich eine Verschiebung des Stoffwechsels zugunsten des Fettstoffwechsel beobachte können: 

In einer kleinen Pilotstudie haben Kreutzer et al. (2003) während eines 30-km-Radfahr-Tests eine Zunahme der Fett- und eine Abnahme der Kohlenhydratverbrennung festgestellt (20). 

Prins et al. stellten bei einem 5 km langen Time Trial (Lauf auf Zeit) fest, dass bei einer kohlenhydratreichen Ernährung 3-7 % der Energie aus Fett und 93-97 % aus Kohlenhydraten gewonnen wurden. Bei einer ketogenen Intervention hingegen lag die Energiezufuhr bei 36-52 % Fett und 48-64 %Kohlenhydraten (21). 

 

 

Auch die maximale Fett-Oxidation viel in der ketogenen Ernährungsgruppe viel deutlich höher aus als in der Carb-Gruppe. Bei einer sportlichen Intensität von 60% vom VO2max war die Fettoxidation in der Ketogruppe mit 1.15 g/min sogar 117% höher aus als in der High-Carb-Gruppe (0.51 g/min) (21).

 

 

Andere Studien konnten diese Beobachtung, einer Verschiebung hin zu einer vermehrten Fett-Oxidation und verringerten Kohlenhydrat-Oxidation, bestätigen (22). Außerdem wurde auch eine höhere Konzentration von Schlüsselenzymen (β-hydroxyacyl-CoA-dehydrogenase) des Fettstoffwechsels festgestellt (23) , sowie eine stärkere Aktivierung von Signalproteinen, die zu einer vermehrten Bildung von Mitochondrien führen (24).

 

Auswirkungen auf die sportliche Leistung

Die einzelnen Studien zur ketogenen Ernährung in Bezug auf die Leistung von Ausdauersportlern sind sehr unterschiedlich, sowohl was dessen Aufbau mit unterschiedlichen Sportlern und Trainings- sowie Testprotokollen angeht, als auch dessen Qualität. So haben viele Studien nur sehr wenige Teilnehmer oder eine hohen Anzahl der Probanden beenden ihre Teilnahme vorzeitig oder halten sich nicht an die Vorgaben halten. Das deutet darauf hin, dass diese Ernährungsmaßnahmen für viele Personen in der Praxis langfristig nicht gut umsetzbar sind. 

 

Positive Effekte auf die Leistung

Tatsächlich gibt es unseres Wissens nach aktuell nur 1 Studie (25), in der eine ketogene Ernährung zu einer Leistungsverbesserung geführt hat – im Vergleich zu einer herkömmlich Sportlerernährung mit vielen Kohlenhydraten:

Lamberts et al. (1994) konnten nach einer 2-wöchigen ketogenen Ernährung ein deutlich bessere Leistung feststellen: In dem Test-Protokol wurde der Widerstand alle 150s um 25 Watt erhöht, bis die vorgegebene Leistung nicht mehr durchgehalten werden konnte (25). Hier konnten die Probanden deutlich länger die Leistungsvorgabe einhalten, wenn sie eine ketogenen Ernährung eingehalten haben. 

• keto: 79,7 ± 7.9 min durchgehalten
• high-carb: 42,5 ± 7 min durchgehalten

Bei einem hoch-intensivem Wingate-Test (30s all out auf dem Rad-Ergometer) gab es in der Studie keine Unterschiede in der Performance.

In einer weiteren Studien von demselben Autoren-Duo (26), wurde der Effekt einer 2-wöchigen ketogenen Ernährung – gefolgt von einem 3-Tage langem Refeed mit Kohlenhydraten – auf die Radleistung getestet.

Bei dem Test (150 min bei 70% vom VO2-max, gefolgt von einem 20 km time-trial) schnitt die Gruppe, die zuvor eine ketogene Ernährung gemacht, hat besser ab (29,5 min schnell vs. 30,9 min schnell).

Allerdings haben in beiden Studien nur 5 Radfahrer an der Studie teilgenommen, es ist also fragwürdig, in wie weit diese Ergebnisse aussagekräftig für die Allgemeinheit sind. 

In zwei Studien wurde darüber hinaus ein Anstieg der VO2 max* nach dem Verzehr einer ketogenen Ernährung beobachtet. Allerdings stieg die VO2 max genau so stark an, wie in den anderen Gruppen, in denen viele Kohlenhydrate verzehrt wurden. Es wurde also kein relative Verbesserung im Vergleich zu der high-carb Gruppe festgestellt, sondern nur keine Verschlechterung. 

*VO2 max ist die maximale Sauerstoffmenge (in Millilitern), die pro Minute und pro Kilogramm Körpergewicht bei maximaler Leistung verbraucht werden. Dieser Wert ist ein Indikator für die aerobe Fitness und sollte mit zunehmender Fitness steigen.

Interessanterweise wurden beide Studie mit elitären Gehern durchgeführt, die ihre Ernährungsintervention selbst wählten und die Athleten, die sich selbst für die ketogene Ernährung entschieden, hatten bereits zu Beginn der Intervention etwas höhere durchschnittliche VO2 max-Werte (27). Dies deutet darauf hin, dass andere Faktoren die Wahl der Ernährung und die aerobe Kapazität von Sportlern gleichzeitig beeinflusst haben könnte, wie z. B. genetische Variationen. 

 

Negative Auswirkungen auf die Leistung

In den meisten früheren Studien wurde eine Beeinträchtigung der Leistung und einem Rückgang der VO2 max festgestellt (28).

Time to Exhaustion (TTE)

Sie wird auch als Zeit bis zum vollständigen Leistungsabfall bezeichnet und ist die Zeit, bis man eine bestimmten vorgegebenen Leistung oder Intensität nicht mehr aufrechterhalten werden kann.

Ein Beispiel: Die TTE beim Radfahren mit 500 W könnte 60 Sekunden betragen. Das bedeutet, dass bei 500 W eine Anstrengung 60 Sekunden lang aufrechterhalten werden kann, bevor der Sportler aus Erschöpfung die Leistung reduzieren müsste und die Vorgabe nicht mehr einhalten kann.

Teilweise wurden keine signifikanten Unterschiede in der TTE nach Ernährungsart feststellt (29). Allerdings zeigt die Mehrzahl der Studien einen signifikanten Rückgang bei der Leistungsfähigkeit auf dem Fahrrad-Ergometer bei sub-maximaler Intensität auf; sowohl bei Nicht-Sportlern (30), als auch bei Leistungssportlern (31, 32).

Das Studiendesign „time to exhaustion“ ist kein in der Praxis relevanter Performance-Test. Dort geht es darum, dass Sportler:innen möglichst schnell von A nach B kommen und nicht ein vorgegebenen Pace möglichst lange einhalten.

 

Time-Trial (Wettkampfbedingungen)

Bei einem Time-Trial Test muss die Person eine bestimmte Strecke oder Aufgabe so schnell wie möglich bewältigen, wobei ihre Zeit aufgezeichnet und als Maß für ihre Leistung verwendet wird. Dieser gilt als repräsentativer Leistungstest, da dieser den Standards für die meisten Wettkämpfe entspricht.  

In einer Studie von Kreutzer et al. (2003) erbrachten die Teilnehmer während des Zeitfahrens auf dem Rad die niedrigste Durchschnittsleistung mit der ketogenen Diät und die höchste Durchschnittsleistung mit einer kohlenhydratreichen Diät (33). Die Keto-Gruppe erbrachte durchschnittlich 14 % weniger Watt-Leistung (200 W vs. 172 W). Zu dem gleichen Ergebnis kam auch eine weitere Studie von Burke et al. an Gehern (34). In dieser Studie waren Geher auf Weltklasse-Niveau, die sich ketogen ernährten, 2,3 % langsamer als solche, die sich kohlenhydratreich ernährten.

 

Erschöpfungsempfinden der Sportler:innen (RPE)

Mehrere Studien haben die Bewertung der eigenen Erschöpfung (RPE = rate of perceived exhaustion) von Sportlern bei einer ketogenen Ernährung untersucht. 

Burke et al. berichteten, dass bei Gehern die RPE bei einer ketogenen Ernährung signifikant größer war als bei einer high-carb Ernährung (35). Das heißt die Athleten empfanden dieselbe Belastung als deutlich anstrengender. Ein ähnliches Ergebnis stellten auch Fleming et al. fest (36). Weitere Studien stellten keine signifikanten Unterschiede fest (37). Allerdings gibt es bislang keine Studien, die zeigt, dass eine ketogene Ernährung den Grad der empfundenen Anstrengung reduziert.

In den meisten Fällen führt die ketogene Ernährung zu einer Leistungsabnahme. Je höher die Intensität, desto höher ist idR. auch der Leistungsabfall.

Gründe für den Leistungsabfall

Der Hauptgrund liegt in der unterschiedlichen schnellen Umwandlung von Carbs und Fetten in ATP (Energie). Selbst bei sub-maximalen aeroben Belastungen wird bei einer ketogenen Ernährung eine 5-8% höher Sauerstoffnutzung im Vergleich zu einer Ernährung mit vielen Carbs festgestellt (38). In anderen Worten: bei derselben Belastungsintensität, braucht der Körper mehr Sauerstoff, um ausreichend Energie zu produzieren. Da die Sauerstoffverfügbarkeit der limitierende Faktor bei der aeroben Energiebereitstellung ist, erklärt dies häufig zu beobachtende Leistungsabnahme.

Diese Beobachtung ändert sich auch nicht, wenn man kurz vor dem Wettkampf ein Kohlenhydrat-Refeed von mehreren Tagen durchführt wird – vermutlich, weil wichtige Enzymkonzentrationen (Pyruvatdehydrogenase*) des Kohlenhydratstoffwechsels herabreguliert sind (39). 

 

Der Körper ist also effizienter in der Energieumwandlung aus Fetten geworden, aber gleichzeitig eben auch ineffizienter in der Nutzung von Kohlenhydraten. 

*Pyruvatdehydrogenase hilft dabei, aus den Abbauprodukten von Kohlenhydraten (wie Pyruvat) Acetyl-CoA zu machen, die der Körper dann nutzen kann, um in den Mitochondrien Energie zu erzeugen.

 

Risiken einer ketogenen Ernährung

Die ketogene Ernährung birgt vor allem Risiken, wenn eine hypokalorische Energiezufuhr vorliegt, d.h. der Sportler zu wenig Kalorien zu sich nimmt. Eine langanhaltende zu niedrige Energieaufnahme, die nicht den Energiebedarf des Körpers deckt, kann der Gesundheit und Leistungsfähigkeit ernsthaft schaden. Wir wissen aus mehreren Studien, dass Personen während ketogenen Diät automatisch weniger Kalorien zu sich nehmen, weil diese einen starken Sättigungseffekt aufweist (40, 41). Diese Ernährungsform kann also zu einem erheblichen Kaloriendefizit führen, das insbesondere bei Sportlern oder körperlich aktiven Personen problematisch ist.

Darüber hinaus scheint eine ketogene Ernährung unabhängig von der Energieverfügbarkeit Markers des einem Knochenstoffwechsel (41), sowie Eisen-, Immun- und Stressreaktionen bei körperliche Anstrengungen negativ beeinträchtigten (42).

 

Für wen ist die ketogene Ernährung geeignet?

In den meisten Studien im Ausdauerbereich schneidet eine kohenhydratreiche Ernährung besser ab als eine ketogen low-carb Ernährung (43).

Die wenigen kleinen Studien, in denen ein Vorteil auf die Leistungsfähigkeit festgestellt wurde, in denen kamen länger anhaltende sub-maximale Belastungstest zum Einsatz (44). 

Entsprechend liegt die Annahme nah, dass es zumindest nicht immer zu einem :Leistungseinbruch kommen muss, wenn man weniger Kohlenhydrate zu sich nimmt und dies regelmäßig im Training praktiziert. Mögliche Vorteile könnte diese Ernährungsform für Ausdauersportler darstellen, die unter starken Magendarmproblemen bei erhöhter Kohlenhydratzufuhr leiden, und sowohl im Training und im Wettkampf lange sub-maximale Belastungen durchführen – so wie es zum Beispiel im ultra-running der Fall ist.

Mehrere Studien zeigen, dass man den Fettstoffwechsel durch eine ketogene Ernährung tatsächlich trainieren kann und dieser effektiver wird. Man wird weniger ‚abhängig‘ von einer ständigen Kohlenhydratzufuhr, weil die Glykogenspeicher weniger schnell als Energiereserven angezapft werden (45). Dieser scheint auch einzutreten, wenn sich die Sportler nicht strikt an eine ketogene Ernährung hielten, sondern die Kohlenhydratzufuhr ’nur‘ auf 80 g Kohlenhydrate pro Tag reduzierten (46).  

Eine Ernährung mit reduzierter Kohlenhydratzufuhr – ohne gleich in das andere Extrem der ketogene Ernährung überzugehen, könnte entsprechend eine sinnvolle Alternative darstellen.

 

Dabei sollte im Hinterkopf behalten werden, dass es nicht immer um Leistungsfähigkeit, sondern natürlich auch um die Gesundheit von Sportler:innen geht. Eine ketogene Ernährung kann zu Müdigkeit, Konzentrationsschwäche (47), sowie einem verschlechterten Knochenstoffwechsel (48) und Immunsuppression, die sich negativ auf die Gesundheit und Trainingsleistung auswirken können (49).

Insgesamt sind die positiven Berichte über Vorteile der ketogenen Ernährung im Ultra-Ausdauersport bislang eher anekdotisch und basierend auf dem aktuellen Forschungsstand sind Kohlenhydrate auch im Ausdauersport immer noch die beste Wahl, vor allem bei höherer Trainingsintensität.

 

Die wichtigsten Take Aways

 

• Die ketogene Ernährung verbessert tatsächlich den Fettstoffwechsel, allerdings zulasten einer effektiven Energiebereitstellung beim Kohlenhydratstoffwechsel.
  
• Der Körper benötigt bei intensiver körperlicher Aktivität eine schnelle und effiziente Energiebereitstellung. Hierbei bietet eine kohlenhydratreiche Ernährung Vorteile gegenüber einer ketogenen Ernährung.
• Studien zeigen, dass die Effizienz der Energiegewinnung durch Fett geringer ist, was bei höheren Belastungen idR. zu einer Leistungsminderung führt. 
• Insgesamt zeigen die meisten Studien eine Verschlechterung der Leistungsparameter wie VO2 max, Time to Exhaustion (TTE), Time Trial und empfundener Anstrengung (RPE).
• Viele Studien weisen darauf hin, dass die ketogene Ernährung schwer langfristig durchzuhalten ist. Teilnehmer brechen häufig ab oder halten sich nicht strikt an die Diätvorgaben.
• Die Effekte zur ketogenen Ernährung im Ultra-Ausdauersport sind bislang noch gar nicht erforscht. Hier könnte es zumindest theoretisch Vorteile geben, weil die Athleten:innen weniger abhängig von einer hohen Zufuhr exogener Kohlenhydrate wären, was die Wahrscheinlichkeit von Magendarmproblemen verringern würde.