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Nährstoffverwertung für gezielte Hypertrophie - Teil 4: Muskelzelle
Liebe Blog-Leser und treue Peak Kunden,
heute begeben wir uns auf die letzte Etappe unserer Reise.
Wir haben Nahrung über den Mund aufgenommen, anschließend ist sie über den Magen in den Dünn- und Dickdarm gelangt und so letztlich im Blut gelandet. Unsere Leber hat ein Zeichen in Form einer Anforderung von Glucose und Aminosäuren durch einen erzeugten Trainingsreiz erhalten und lenkt nun mit Nährstoffen, anabolen Hormonen und Sauerstoff angereichertes Blut direkt an unsere Muskelzelle, um dort für die Versorgung mit Energie und Bausubstanz zu sorgen, sprich um anabole Vorgänge auszulösen. Letztendlich ist das Ziel, eine hypertrophe Muskelzelle, welche nun an die höheren Anforderungen angepasst ist (Adaption).
Im letzten Teil meiner Blog-Serie befasse ich mich nun mit dem Übergang der Nährstoffe vom Blut in die Zelle und deren Verwendung im Inneren.
1.Der Weg eines Nährstoffs in die Zelle
Transportproteine allgemein
Jede Zelle muss Nährstoffe für den Erhalt ihrer Funktion aus der Umgebung aufnehmen. Die Nährstoffaufnahme in die Zellen erfolgt durch spezifische Transportproteine. Eine Aufnahme in die Zelle kann- aktiv, unter Verbrauch von Energie,
- passiv über einen Konzentrationsgradienten stattfinden.
- Uniporter (Transport von einem Molekül)
- Cotransporter (Transport mehrerer Moleküle)
- Antiporter (Transport in gegengesetzte Richtung)
- Ionenpumpen, (z.B. Protonenpumpen)
- Ionenkanäle, (z.B. Natriumkanal)
- Aquaporine, (den Wasseraustausch fördernde Kanäle)
Insulin – Der Schlüssel
Insulin ist ein Hormon aus der Pankreas (Bauchspeicheldrüse). Es ist das einzige Hormon, welches in der Lage ist, den Blutzuckerspiegel zu senken. Es entzieht also dem Blut die Glucose, aber auch Proteine und Fettsäuren, um diese Makronährstoffe dann im Muskel- oder Fettgewebe zu speichern.
Insulin gilt als das anabolste Hormon des Körpers und wird auch Speicherhormon genannt. Durch die Aufnahme von Aminosäuren fördert es die Proteinsynthese und Muskelaufbau. Je nach Blutzuckerstand wird entsprechend viel oder wenig Insulin aus der Bauchspeicheldrüse abgegeben. Wenig Insulin liegt bei einem Blutzuckerspiegel von 70-120mg/dl vor (Nüchtern-Blutzuckerspiegel), viel Insulin ist bei einem Blutzuckerspiegel ab 140mg/dl zu erwarten.
Je nach glykämischem Index, glykämischer Last oder Insulin-Index des verzehrten Lebensmittels steigt der Blutzuckerspiegel unterschiedlich an. Daher sind dies geeignete Indikatoren zur Bestimmung der Höhe der Insulinausschüttung.
Insulinrezeptor – Das Schloss
Rezeptoren sind die Schlösser, die Nährstoffen Zugang zu Zellen ermöglichen. Jedes Schloss hat nur bestimmte Schlüssel (Liganden), die in sie hineinpassen. Der Insulinrezeptor ist ein auf der Zellmembran von Körpergeweben (z.B. Skelettmuskulatur, Fettgewebe) exprimierter Rezeptor, dessen physiologischer Ligand (Schlüssel) das Insulin ist. Über den Insulinrezeptor gelangen also die Makronährstoffe (Glucose, Fettsäuren und Proteine / Peptide) in die Muskel- und Fettzelle und können dort zum (Wieder)befüllen von Speichern oder zum Neuaufbau bzw. zur Reparatur von Proteinstrukturen eingesetzt werden. Gehirn, Nervensystem, Rote Blutkörperchen und Nierenmark bilden die Ausnahme und benötigen kein Insulin zur Aufnahme von Glucose. Durch die Aktivierung des Insulinrezeptors wird die Anlagerung eines intrazellulär (in der Zelle) gelegenen Signaltransduktionsproteins ermöglicht. Es werden der Glucosestoffwechsel, die Zellproliferation (Vermehrung) und die Translokation von Glucosetransportern (Glut-4-Transporter) beeinflusst, was soviel bedeutet wie: In der Zelle werden Vorgänge in Gang gesetzt, um die antransportierten Stoffe: - in eine Struktur einzubauen (Peptide/Proteine) - zu verbrauchen (Glucose/Fettsäuren/Aminosäuren) - zu speichern (Glykogen/Triglyceride)Insulinempfindlichkeit
Unter Insulinempfindlichkeit (Insulinsensivität) versteht man die Bereitschaft der Zellen, Insulin und die damit verbundenen Nährstoffe aufzunehmen. Die Insulinempfindlichkeit ist morgens am höchsten und nimmt im Tagesverlauf ab. Training erhöht besonders die Insulinempfindlichkeit der trainierten Muskelzellen und ermöglicht so, einen verstärkten Nährstoffeintritt für die Zeit des anabolen Wachstumsfensters, welches ca. 60 Minuten nach dem Training geöffnet ist. Einen Rückgang der Insulinempfindlichkeit erreicht man, indem ständig große Mengen Insulin an der Zelle auf „Einlass“ warten (z.B. bei einer Kohlenhydrat-Mast).Glut-4-Transporter
Der Glut-4-Transporter ist ein insulinabhängiges Transportmedium, welches den Übergang von Glucose und Fructose in die Zelle ermöglicht. Muskel- und Fettzellen exprimieren den Glucose-Transporter.
Nahe der Membrane der Muskelzellen befinden sich Vesikel (Bläschen), die Glut-4 enthalten. Wird nun Insulin ausgeschüttet, so reagiert dieses mit einem Insulin-Rezeptor auf den Muskelzellen und dadurch verschmelzen die Vesikel mit der Zellmembran. Der GluT-4 wird dadurch eingebaut und aktiv. Der Transport von Glucose in die Muskelzellen erhöht sich durch diesen Mechanismus um das 10- bis 40-fache.
Glut-4-Transporter haben im Allgemeinen die Aufgabe der bedarfsgerechten Glucoseverwendung. In den Muskeln nicht benötigte Glucose kann anhand Glut-4 in die Fettzellen geschleust werden, wo Sie dann in Triglyceride umgewandelt und gespeichert werden.
Insulinogene Aminosäuren
Einige Aminosäuren, besonders Leucin (aus der Gruppe der BCAA) haben die Eigenschaft, im Körper auch ohne das Auftreten von Glucose eine Insulinausschüttung zu provozieren. Dies ermöglicht den Übergang von Nährstoffen in die Zelle.
Besonders interessant ist diese Eigenschaft bei einer „low-carb“ Ernährung, wenn kaum Kohlenhydrate verzehrt werden.
2. Verwendung innerhalb der Zelle
Proteinsynthese
Beinahe jedes Aufbausupplement im Bodybuilding wirbt mit einer Steigerung der Proteinsynthese. Doch was versteht man eigentlich darunter? Erklärung Die Proteinsynthese ist ein Prozess, durch den, basierend auf zwanzig essenziellen Aminosäuren, neue Proteine entstehen. Es findet ein Umschreibungsvorgang der DNA statt. Die Proteinsynthese spielt sich in den Ribosomen des Zell-Zytoplasmas ab. Da es sich bei Aminosäuren um stickstoffhaltige Verbindungen handelt, spricht man in Zusammenhang von Proteinsynthese auch von positiver oder negativer „Stickstoffbilanz“ und meint damit das Verhältnis des Auf- und Abbaus von Aminosäuren in und aus dem Muskel. Je höher Belastung oder Stresssituationen ausfallen, desto mehr verschiebt sich das Verhältnis von Auf- und Abbau zugunsten des Abbaus von Proteinstrukturen
Im gesamten Organismus findet eine tägliche Proteinsynthese von ca. 350 g/Tag statt.
Auf Leber, Nieren und Muskeln fallen davon ca. 100 g/Tag.
Gebildete neue Proteine können im Muskel eine Funktionalität in der Muskelfaser übernehmen und dafür sorgen, dass diese sich verstärkt. Damit sich Proteine bilden können, müssen natürlich auch die Bausteine, nämlich Aminosäuren geliefert werden.
Ohne ausreichende Zufuhr über die Nahrung ist die Proteinsynthese definitiv eingeschränkt.
Proteinsynthese und Training- Die Proteinsynthese nimmt während des Trainings ab und steigt nach dem Training wieder an
- Eine durch Training gesteigerte Proteinsynthese lässt sich bis 38 Stunden nach Trainingsende messen.
- Eine zu geringe Proteinaufnahme senkt die Proteinsynthese im Skelettmuskel
- Andere Funktionen des Körpers wie das Immunsystem, welches Glutamin hauptsächlich aus dem Muskel als Treibstoff benutzt, beginnen ebenfalls darunter zu leiden
Eine zu geringe Proteinversorgung beschneidet die Fähigkeit des Körpers, mit dem Stress und den Gewebeschäden, die durch intensives Training verursacht werden, umzugehen.
Energieverbrauch
Aerobe Oxidation von Fettsäuren in den Mitochondrien
Fettsäuren werden in den Mitochondrien, den Kraftwerken der Zelle, verbrannt. Hierzu benötigt der Körper Sauerstoff. Ist nicht genügend Sauerstoff vorhanden, kann keine Oxidation stattfinden. Der Transport langkettiger Fettsäuren in die Mitochondrien wird durch die Aminosäure Carnitin übernommen. Herrscht hier also, wie z.B. oft bei vegetarischer Ernährung, ein Mangel besteht die Gefahr, dass der Transport der Fettsäuren zum Ort der Verwendung nicht zu 100% funktioniert.
Anaerobe Oxidation von Glucose
Dieser Vorgang findet im Zellplasma statt. Die Anwesenheit von Sauerstoff ist für die Energiebereitstellung auf diesem Wege nicht notwendig. Bei der Verbrennung wird Glukose zu Milchsäure. Diese führt zu einer Verschiebung des Muskel-PH-Wert in einen saureren Bereich und letztendlich zu Leistungseinbußen, da die anfallende Milchsäure bei anhaltender Belastung nicht mehr in vollem Maße aus dem Muskel abtransportiert werden kann (Akkumulation). Der Muskel übersäuert, beginnt zu brennen und ein Belastungsabbruch wird notwendig.
Verzögernd bei diesem Vorgang bietet sich der Einsatz von Beta-Alanin und/oder Citrullin Malate an. Diese Wirkstoffe beschleunigen den Abbau von Milchsäure und halten die Muskulatur so länger leistungsfähig.
Gluconeogenese
Bei hypokalorischer oder anfänglich auch bei extrem kohlehydratarmer Ernährung findet ein für den Bodybuilder sehr negativ behafteter Vorgang statt, die Gluconeogenese. Benötigte Glucose ist in seiner eigentlichen Form nicht vorhanden und wird vom Körper daraufhin aus im Muskel gespeicherten Aminosäuren hergestellt. Die Folgen sind Muskelmasseverlust und ein Rückgang der stoffwechselaktiven Masse, sprich auch des Grundumsatzes.
Energiespeicherung
In 2 Fällen speichert Körper Energie in den Zellen ab:- Bei geleerten Speichern (z.B. durch intensives Training)
- Bei einem Überangebot
- Muskulatur 300 g Glykogen und 50 g Triglyceride
- Fettgewebe 20 g Glykogen und 14500 g Triglyceride
Besonders das Speichervolumen an Muskelglykogen steigen beim Bodybuilder sehr stark an und können sogar 500 g betragen. Fettgewebsspeicher können theoretisch unendlich anwachsen und somit auch unendlich Kalorien bereithalten.
3. Ableitung einer sinnvollen Supplementierung
Insulin und Glut-4-Transporter
Insulin Muskelaufbau findet nur dann statt, wenn verbrauchte Energiespeicher und zerstörte Proteinstrukturen nach dem Training wieder aufgebaut werden. Um die dafür benötigten Substrate in die Muskelzelle zu befördern ist besonders das Hormon Insulin von entscheidender Bedeutung. Dieses gilt es, über die richtige Ernährung und Supplementierung zu manipulieren.
Eine verstärkte Ausschüttung von Insulin wird gewährleistet über:
- Kohlehydrate in großer Menge oder mit hohem glykämischem Index
- Vermeidung von Fett, damit es nicht zu einer Verlangsamung des Verdauungsvorgangs kommt
- Supplemente mit hochmolekularer Maisstärke
- Zusätzlich schnelle Proteine
- Zufuhr insulinogener Aminosäuren wie z.B. Leucin
Die Muskel Glykogen (Re)Synthese ist doppelt so hoch, wenn Kohlenhydrate unmittelbar nach dem Muskeltraining gegeben werden
Insulinrezeptoren
Die Insulinrezeptoren lassen sich im punkto Insulinempfindlichkeit sehr gut manipulieren und zwar:- durch Muskeltraining
- durch die richtige Trainingszeit (nicht zu spät am Tag)
- durch Supplementierung von z.B. R-ALA (Alpha-Liponsäure) oder Chrom
Proteinsynthese
Die Proteinsynthese lässt sich über die Ernährung beeinflussen. Einer der wirksamsten Ansatzpunkte von anabolen Steroiden IGF-1, MGF und Wachstumshormonen ist die Stimulation der Muskel-Proteinsynthese.Jedoch auch bei exogenen Hormongaben kann KEINE neue Muskelmasse ohne ausreichend Proteinzufuhr wachsen.
Die Forschung zeigt eindeutig, dass durch massive Erhöhung der Blutkonzentration mit Aminosäuren die Proteinsynthese im Skelettmuskel erhöht wird. Man kann eine positive Stickstoffbilanz über ausgedehnte Zeiträume aufrechterhalten, wenn die Proteinzufuhr hoch bleibt. Eine Stickstoffanreicherung wird so lange fortgesetzt, wie die Proteinzufuhr hoch ist Für die Praxis
Ausreichend Protein erhöht über den Weg der Proteinsynthese die Muskelmasse (diese muss aber durch Training stabilisiert werden).- Besonders ein hoher Anteil essentieller Aminosäuren in der Ernährung erweist sich als günstig (wichtigste Aminosäure ist hier Leucin).
- Ein Überschuss an verzweigtkettigen Aminosäuren (BCAA) bei optimaler Gabe der restlichen essentiellen Aminosäuren stimuliert die Muskelproteinsynthese am stärksten.
- Die gleichzeitige Aufnahme von BCAA und Glutamin verspricht keine weiteren Vorteile für die Steigerung der Proteinsynthese.
- Die kombinierte Gabe von Leucin, Arginin und Lysin erweist sich als effektiv.
Die maximale Stimulation der Muskelproteinsynthese findet durch 15 g essentielle Aminosäuren (EAA) pro 70 kg statt. Dieser Stimulationsvorgang kann mehrmals am Tag erreicht werden.- Der mehrmals tägliche Verzehr von (schnellem) Protein verspricht eine zusätzliche Stimulation der Proteinsynthese
- Supplemente wie Ecdysone FX von Peak können diesen Vorteil noch verstärken.
- Sowohl Ethanol, als auch sein metabolisches Nebenprodukt, Aldehyd, senken die Proteinsynthese im Skelettmuskel (Alkoholkonsum)