Glykogenspeicher

Definition

Unter dem Glykogenspeicher, auch Glykogendepot genannt, ist die Speicherform von Zucker im körperlichen Gewebe zu verstehen. Dabei gelangt der über die Ernährung aufgenommene Zucker als Glukose ins Blut. Die Glukosemoleküle werden zu ungefähr einem Drittel in der Leber und zu zwei Dritteln in der Muskulatur gespeichert.

Glykogen ist als Speicher für Glukose im menschlichen Körper für die dauerhafte Aufrechterhaltung des Blutzuckerspiegels notwendig. Aufgrund der besonderen chemischen Zusammensetzung kann der Auf- und Abbau schnell realisiert werden, sodass der Körper auf einen signalisierten Glukosemangel sehr schnell bedarfsgerecht reagieren kann. Die dadurch entstehende Verringerung des Glykogenspeichers wird durch den Anteil an Kohlenhydraten im Rahmen der Ernährung wieder aufgefüllt.

Die Funktion des Glykogenspeichers im menschlichen Körper

Die Funktionen des in der Leber und in der Muskulatur gespeicherten Glykogens unterscheiden sich. Das Leberglykogen gewährleistet die kontinuierliche Aufrechterhaltung der Blutzuckerkonzentration. Dadurch wird vor allem die Versorgung des Gehirns sowie der Nervenzellen und roten Blutkörperchen mit Glukose sichergestellt. Außerdem sorgt das Leberglykogen auch noch dafür, dass die Körpertemperatur möglichst konstant bleibt.

Das Glykogen der Skelettmuskulatur wird dagegen nur für den Eigenbedarf der Muskulatur benötigt. Dabei können die Glykogenspeicher in den Muskelfasern keinen Beitrag zur Blutzuckerregulation beitragen, da sie nicht über das dafür erforderliche Enzym verfügen. Durch die Bildung von Glukose-6-Phosphat wird allerdings der „Zelltreibstoff“ Adenosintriphosphat (ATP), der zur Muskelkontraktion benötigt wird, bereitgestellt.

Die Wirkungsweise des Insulins im Zusammenhang mit dem Glykogenspiegel

Das Hormon Insulin ist zur Regulierung der Stoffwechselvorgänge erforderlich. Im Rahmen der Ernährung wird also auch der Stoffwechsel bei den Kohlenhydraten dadurch direkt beeinflusst. Von großer Bedeutung ist dabei der Transport von Glukose als aufgespaltenes Glykogen über das Blut in zahlreiche Körperzellen. Dort wird der Traubenzucker zur Bereitstellung von Energie gebraucht. Ansonsten würde der Blutzuckerspiegel stetig ansteigen, weil die erforderliche Glukose nicht bis in die Zellen gelangen könnte. Eine weitere Aufgabe ist auch die Speicherung von Zucker, um bei plötzlich auftretenden Belastungen dem Körper zusätzliche Energie zur Verfügung zu stellen. Insofern ist das Insulin in einem erheblichen Umfang für den Blutzuckerspiegel verantwortlich.

Im Blut wird die Konzentration von Glukose durch zwei bestimmte Hormone geregelt. Die Ausschüttung erfolgt in Abhängigkeit von der Konzentration des Blutzuckers. Das einzige Hormon, das eine Senkung des Blutzuckerspiegels bewirken kann, ist das Insulin. Die wichtigste Funktion des Hormons Glukagon ist die Erhöhung des Blutzuckergehalts. Außer durch Glukagon kann der Blutzuckerspiegel auch durch Adrenalin und Kortisol erhöht werden. Aufgrund der ausgleichenden Funktion schwankt die Insulinproduktion bedarfsorientiert im Tagesverlauf. Der Insulinbedarf des Körpers ist morgens höher als abends. Ein hoher Insulinspiegel wirkt sich hemmend auf die Fettspaltung im Fettgewebe aus und verlangsamt so den Fettabbau. Wenn der Insulinspiegel über eine längere Zeit zu niedrig ist, kann der Ausgleich eines Energiedefizits durch Muskelabbau erfolgen. Insulin beeinflusst auch den Kaliumhaushalt und das Gehirn. Überschüssiges Insulin verursacht die Beschleunigung des Alterungsprozesses im Gehirn und stellt dadurch einen Risikofaktor für Demenzerkrankungen dar.

Die spezielle Bedeutung für Sportler

Im Sport, vor allem bei den Ausdauersportarten, kommt dem Glykogenspeicher eine besonders wichtige Bedeutung zu. Adenosintriphosphat (ATP) als notwendige Bewegungsenergie kann entweder durch den Abbau von Kohlenhydraten (Glykolyse) oder durch den Abbau von Fetten (Lipolyse) erzeugt werden. Die gut gefüllten Fettdepots des Körpers verfügen über ein deutlich größeres Energiepotenzial als der Glykogenspeicher. Im Unterhautfettgewebe ist sowohl die Speicherdichte als auch die Menge deutlich höher als die des Glykogens. Nachteilig ist dabei jedoch die nur halb so große Energieflussrate im Verhältnis zum Glykogenabbau. Außerdem ist ein ständiger Glukosestoffwechsel zur Nutzung dieser Reserven notwendig. Der Glykogenspeicher umfasst demgegenüber nur die Energiereserve für die normale Tagesbewältigung. Würde ein Ausdauersportler ausschließlich auf den Glykogenspeicher zurückgreifen, könnte dieser bei einer hohen Belastung nicht lange bei gleicher Leistung durchhalten. Daher muss er zwangsläufig auf den Fettspeicher zurückgreifen. Die Sauerstoffzufuhr während der Atmung bewirkt eine Reduzierung der Energiebereitstellung durch die Lipolyse. Eine wichtige Voraussetzung zur Gewinnung von ATP über den Stoffwechselprozess ist daher auch, dass sich der Sportler im aeroben Bereich bewegt. Bei steigender Belastung ist die aerobe Kapazität nicht mehr ausreichend und es muss auf das anaerobe System zurückgegriffen werden.

In der Regel stellt der Fettspeicher erst nach ungefähr 30 Minuten größere Mengen Energie zur Verfügung. Durch Training können diese Abläufe beeinflusst werden. Um die Glykogen-Reserven möglichst zu schonen, wird ein gezieltes Training zur Verbesserung des Fettstoffwechsels durchgeführt. Je erfolgreicher dieses Training verläuft, umso später muss bei einem lang andauernden Belastungsniveau der Glykogenspeicher durch die Zufuhr von Kohlenhydraten über Nahrungsmittel aufgefüllt werden. Durch dieses Grundlagenausdauertraining können gut trainierte Ausdauersportler wie Marathonläufer oder Radrennfahrer einen Glykogenspeicher von circa 600 Gramm erreichen. Im Normalzustand verfügt der Mensch lediglich über 300 bis 400 Gramm. Das Training vor Wettkämpfen soll für optimale Voraussetzungen für die Energiezufuhr des Sportlers zum Wettkampfzeitpunkt sorgen. Dazu führen die Sportler in einer bestimmten Zeit vor dem Wettkampfereignis eine gezielte Diät durch, um zum Wettkampfbeginn über einen möglichst optimalen Glykogenvorrat zu verfügen. Dazu kann auf verschiedene Diätformen zurückgegriffen werden, die unter den folgenden Bezeichnungen bekannt sind:

  • Saltin-Diät
  • Carbo-Loading
  • Kohlenhydrat-Mast

Diese Diäten dienen übereinstimmend dem Ziel, durch eine intensive, komprimierte Zufuhr von Kohlenhydraten am Vorabend des Wettkampfs eine möglichst große Glykogenmenge zur Erzeugung von ATP aufzubauen. Der ATP-Vorrat in den Muskeln reicht, abhängig vom Trainingszustand und der jeweiligen Belastung, nur für einige wenige Kontraktionen aus und ist daher bereits nach wenigen Sekunden verbraucht. Für den schnellen Nachschub sorgt dann der Glykogenspeicher der Muskulatur. Ein Transportweg über den Blutkreislauf würde viel zu lange dauern. Die muskulären Glykogenspeicher können auch keine Glukose dorthin abgeben. Sie können Energie ausschließlich dem betreffenden Muskel, in dem sie gespeichert sind, zuführen.

Effektives Leeren und Füllen des Glykogenspeichers

Bevor zur Wettkampfeinstellung im Rahmen der speziellen Diät eine große Menge an Kohlenhydraten zugeführt wird, wird der Glykogenspeicher durch ein intensives Training geleert, um ihn sofort danach wieder aufzufüllen. Bei der effektiven Saltin-Diät werden durch ein Ausdauertraining mit verminderter Zufuhr von Kohlenhydraten vor dem Wettkampf die Glykogendepots zunächst geleert. In den Folgetagen wird bei Fortsetzung des Ausdauertrainings und einer kohlenhydratreduzierten Ernährung der Glykogenspeicher nur noch wenig gefüllt. Durch ein letztes Ausdauertraining wird der Glykonspeicher weiter geleert. Durch eine sehr kohlenhydratreiche Ernährung vor dem Wettkampf soll anschließend die maximale Auffüllung des Glykogenvorrats für eine optimale Energiebereitstellung erzielt werden. Diese Superkompensation soll gewährleisten, dass durch die übermäßigen Reduzierungen der Kohlenhydratzufuhr zu Beginn der Diät eine körperliche Überreaktion bei der Auffüllung erfolgt. Dadurch sollen während des Wettkampfs möglichst lange Kohlenhydrate zur Energiegewinnung verfügbar sein. Die sehr starke Schwächung vor dem Wettkampf ist jedoch nicht frei von Risiken bezogen auf ungeplante körperliche oder seelische Reaktionen der Sportler.

Besonders geeignete Nahrungsmittel für die Gewährleistung einer optimalen Funktionstüchtigkeit

Zur Auffüllung des Glykogenspeichers kommen zahlreiche Nahrungsmittel in Betracht. Dabei sollte in den letzten zwei bis drei Stunden vor dem Beginn von Wettkämpfen nichts mehr gegessen werden. Die ausreichende Zufuhr von Kohlenhydraten vor einem Wettkampf ist vor allem für intensive Ausdauersportarten wichtig. Intervallmäßige Belastungen wie zum Beispiel beim Tennisspielen können besser kompensiert werden. Bei einer geringen Belastungsintensität bedient sich der Körper verstärkt der Fettverbrennung. Ein interessanter Wert ist bezogen auf eine kalorienreiche Nahrungszufuhr der glykämische Index. Dabei handelt es sich um eine Messeinheit zur Wirkungsfeststellung der in Nahrungsmitteln enthaltenen Kohlenhydrate auf den Blutzuckerspiegel. Je höher der glykämische Wert ist, umso leichter und höher erfolgt der Anstieg des Blutzuckerspiegels. Zur kohlenhydratreichen und möglichst fettarmen Nahrungsaufnahme stehen unter anderem die nachfolgend aufgeführten Lebensmittel und Getränke zur Verfügung:

  • Nudeln
  • Fruchtsäfte
  • Reis
  • Vollkornprodukte
  • Gemüse
  • Hülsenfrüchte
  • Pudding
  • Honig
  • Kartoffeln
  • Obst

Maltodextrin

Die Bezeichnung Maltodextrin ist an die Begriffe Maltose (Malzzucker) und Dextrose (Traubenzucker) angelehnt. Maltodextrin wird als wasserlösliches Kohlenhydratgemisch aus Maisstärke gewonnen. Diese leicht verdauliche Kohlenhydratform weist einen neutralen Geschmack auf und kann als Pulver gut vermischt werden. Es dienst als erstklassiger Energielieferant und enthält kein Fett oder Eiweiß. Die hochwertigen Kohlenhydrate besitzten die Fähigkeit, eine mit der Wirkung von Dextrose vergleichbare Beeinflussung des Blutzuckerspiegels zu erzielen.

Maltodextrin wird in der Lebensmittelindustrie eingesetzt und dient als effektive Nahrungsergänzung für Sportler. Es wird insbesondere von Ausdauersportlern gerne als Bestandteil von Energiedrinks während sehr langen sportlichen Belastungen genutzt. Kraftsportler nutzen Maltodextrin häufig zum Auffüllen der Glykogenspeichers nach dem Training, um möglichst schnell den katabolen Zustand zu verlassen und die Regeneration einzuleiten. Maltodextrin bietet als Nahrungsergänzungsmittel für Sportler folgende Vorteile:

  • Sehr hoher glykämischer Index von 120 bis 136 (wird von kaum einem Lebensmittel erreicht)
  • Fast geschmacksneutral (Lebensmittel mit einem hohen glykämischen Index sind sonst sehr süß)
  • Leicht verdaulich (im Vergleich zu z.B. Dextrose)
  • Niedrige Osmolarität (bindet wenig Wasser und lässt sich somit leicht trinken, da es nicht „klebt“, so wie zuckerhaltige Getränke)
  • Günstig (eine der günstigsten Möglichkeiten den Glykogenspeicher zu füllen)

Glykogenosen – Störungen und Erkrankungen des Glykogenspeichers

Glykogenspeicher-Erkrankungen zählen zu den Erbkrankheiten. Ursächlich ist dafür jeweils das Fehlen oder die Fehlfunktion eines für den Umwandlungsprozess von Glukose in Glykogen notwendigen Enzyms. Durch die verschiedenen beteiligten Enzyme können sich die Störungen des Glykogenspeichers daher auch an unterschiedlichen Körperteilen darstellen. Es kann eine zu niedrige Glukosekonzentration im Körper auftreten oder zu einem erhöhten Aufbau von Glykogen in der Leber und in den Muskeln führen. Stoffwechselstörungen sind hierbei eine Folgeerscheinung. Überwiegend werden die Leber und Muskeln durch Erkrankungen des Glykogenspeichers betroffen. In selteneren Fällen sind allerdings auch Auswirkungen auf andere Körperteile wie Herz, Niere, Blutgefäße sowie Darm oder Nervensystem möglich. Die Vererbung von Glykogenspeicher-Erkrankungen findet nur selten statt. Die Symptome für eine mögliche Erkrankung fallen bei Säuglingen und Kleinkindern sowie Jugendlichen und Erwachsenen unterschiedlich aus. Für Säuglinge oder Kleinkinder kommen folgende Symptome in Betracht:

  • Auffallend langsames Wachstum
  • Muskelschwäche
  • Nierenprobleme
  • Zu niedrige Blutzuckerwerte, die zum Beispiel Schwitzen oder Zittern verursachen
  • Feststellung einer Lebervergrößerung bei Untersuchungen des Bauchraumes
  • Fettleibigkeit

Bei Jugendlichen und Erwachsenen könnten die nachfolgenden Auffälligkeiten eine Erkrankung anzeigen:

  • Muskelschwäche, belastungsabhängige Muskelschmerzen
  • Atemnot
  • Häufige Erkältungen und Infektionen durch Störungen des Immunsystems
  • Übermäßige Müdigkeit
  • Schwächegefühl, vor allem beim sportlichen Training
  • Erhöhung des Harnsäurespiegels oder der Blutfettwerte
  • Chronisch-entzündliche Darmerkrankung

Als therapeutische Möglichkeiten kommen unter anderem bei festgestellten Unterzuckerungen Ernährungsumstellungen infrage. Dabei müssen mehrfach täglich kalorienreiche Mahlzeiten eingenommen werden. Außerdem sind kontinuierliche Untersuchungen der Blutzuckerwerte erforderlich. Erhöhte Blutfett- oder Harnsäurewerte sowie Nierenerkrankungen müssen medikamentös behandelt werden.