Fueling Gut Microbes: A Review of the Interaction between Diet, Exercise, and the Gut Microbiota in Athletes

Riley L Hughes and Hannah D Holscher, Adv Nutr 2021;12:2190–2215; doi: https://doi.org/10.1093/advances/nmab077 

Jeder ambitionierte Sportler versucht, seine Gesundheit und seine Leistungsfähigkeit zu optimieren. Die Ernährung ist ein Werkzeug, das Sportler verwenden, um ihre Fitness, Leistung und Erholung zu optimieren [1]. Dieser Review zielt darauf ab, die Forschung in den Bereichen Ernährung, Bewegung und Darmmikrobiota zusammenzufassen. Das bisher Bekannte, die Lücken in der Literatur und zukünftige Forschung zur Optimierung der Interaktion zwischen Ernährung, Sport und der Darmmikrobiota für Gesundheit und sportliche Leistung sollen hervorgehoben werden. Wegen des Potenzials der Darmmikrobiota, die Leistung zu beeinflussen, sollte „die Betankung Ihrer Mikroben“ als Strategie für Sportler angesehen werden, die versuchen, die Performance zu optimieren.

Der Effekt der Ernährung auf den Sport

Jüngste wissenschaftliche Fortschritte deuten darauf hin, dass die Ernährung auch die sportliche Leistung über den Darm und die Billionen von Mikro­organismen, die dieses Ökosystem bewohnen, beeinflussen kann [2 – 4]. Die Ernährung beeinflusst die Zusammensetzung der Darmmikrobiota und deren Schwankungen [7, 10], sowohl über kurze [5] als auch lange [6] Zeiträume. Die Darmmikrobiota vermitteln und modulieren viele Bereiche der Gesundheit, wie das Risiko chronischer Krankheiten wie Fettleibigkeit, Typ-2-Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen [8, 9]. Rezente Arbeiten haben den Einfluss der Nahrungsaufnahme [2, 15] und von Nahrungsergänzungsmitteln [17] auf die Darmmikrobiota von Sportlern diskutiert. Die mikrobiellen Metaboliten Butyrat und Propionat dienen als Energiequellen für Kolonozyten und reduzieren den Abbau der Schleimhaut, die gastrointestinale Permeabilität und pro-entzündliche Zytokine [22, 45].

Protein-Substitution auf dem Prüfstand

Proteinpräparate, einschließlich BCAAs und Taurin, die zu Energy-Drinks hinzugefügt werden, werden häufig von Sportlern verwendet, um die anabolen und adaptiven Wirkungen von Bewegung auf die Skelettmuskulatur und die Regeneration zu verbessern [67 – 69]. Bisher wurde nicht ausreichend berücksichtigt, dass es – neben der Fütterung unserer Zellen mit Aminosäuren aus dem Protein – einen zweiten Weg gibt, den das Protein im Darm nimmt, den der Fütterung der Mikrobiota. Trimethylamine-N-oxide (TMAO) und Phenylacetylglycine (PAG) werden aus Carnitin, Cholin und Phosphatidylcholin, Bestandteilen von tierischen Proteinen, hergestellt. TMAO und PAG sind mit einem erhöhten Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen und unerwünschten Effekten bei Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen verbunden [73, 74] und sind bei Sportlern im Vergleich zu sitzenden Kontrollpersonen erhöht, was möglicherweise auf eine erhöhte Protein­aufnahme zurückzuführen ist [75]. Im Gegensatz dazu verringert Bewegung die TMAO-Spiegel [72]. Eine übermäßige Proteinzufuhr kann zur Produktion proteolytischer Metabolite führen, die die Fähigkeit der Wirte, schädliche Metaboliten zu assimilieren, umzuwandeln oder zu entgiften [61], überfordert und zu nachteiligen Auswirkungen auf die Darmbarrierefunktion, Entzündungen und die Darmgesundheit beiträgt [60, 61, 63 – 66]. Es resultiert eine Verschiebung des bakteriellen Stoffwechsels und der Metabolitenprofile hin zu Produkten des Aminosäureabbaus, einschließlich einer Abnahme des Butyrats und eines Anstiegs von 2-Methylbutyrat, Phenylacetylglutamin und Indoxylsulfat [80]. Die Zusammenhänge zwischen den Produkten des Proteinabbaus, Lebensstilfaktoren (Ernährung und Bewegung) und Krankheiten sind komplex und es ist schwierig, Schlussfolgerungen auf der Grundlage des aktuellen Stands der Wissenschaft zu ziehen.

Zusammenfassend scheinen proteinreiche Diäten und Proteinpräparate begrenzte Auswirkungen auf die Zusammensetzung der Darmmikrobiota zu haben, verschieben aber das Metabolitenprofil zu einer größeren Produktion von proteolytischen Metaboliten. Dies kann zu schädlichen Auswirkungen auf die Magen-Darm-Gesundheit führen und den Trainingsstress verschlimmern sowie Symptome von Magen-Darm-Beschwerden bei Sportlern induzieren, die das Training und die Leistung beeinträchtigen können. Diese Effekte können jedoch spezifisch für den Protein-Supplement-Typ sein und von der gleichzeitigen Aufnahme von Kohlenhydraten oder Ballaststoffen abhängen. Darüber hinaus können die Darmmikrobiota auch zur Anabolie des Muskelproteins beitragen und während der gesamten Lebensdauer durch Modulation der Proteinabsorption und -nutzung funktionieren.

Generelle Diät-Empfehlungen 

Solche Empfehlungen lassen sich derzeit aus Studien noch nicht ableiten. Eine Betonung der Protein-, Kohlenhydrat- und Fettaufnahme wirkt sich individuell sehr unterschiedlich aus, je nach der genetischen und epigenetischen, enzymatischen Verdauungsleistung, der Sportmodalitäten [84, 253], des Geschlechts [254] und bei Schwankungen im Training [255]. Aufgrund von ballaststoffarmer Diät reduzierte SCFAs (Short Chain Fatty Acids) können Trainingskapazität und -leistung beeinträchtigt sein. Dies zeigen Forschungsarbeiten an Mäusen von Donatto et al. [141]. Studien deuten darauf hin, dass ein kohlenhydratreiches, ballaststoffarmes Ernährungsmuster schädliche Auswirkungen auf die Darmgesundheit und die Mikroben hat, einschließlich veränderter Darmtransitzeiten, Verlust der Bakterienvielfalt (Diversität) und reduzierter SCFA-Produktion [11, 138, 139]. Es gibt einen positiven Zusammenhang zwischen der gesamten Ballast­stofffasermenge pro Kilokalorienenergie und der Häufigkeit von Bifidobacteria [140].

Effekt des Sports auf die Verdauung und Darmmikrobiota

Bewegung beeinflusst nicht nur die Darm­mikrobiota, sondern auch die Magen-Darm-Physiologie. Während Übungen mit niedriger bis mittlerer Intensität die gastrointestinale Motilität und Transitzeit fördern, kann intensives [> 60 % maximales Sauerstoffaufnahme- (VO₂ max)] oder längeres (≥ 2 h) Training den gegenteiligen Effekt haben und akute gastrointestinale Störungen verursachen [45, 47, 48]. Erhöhter oxidativer Stress und Störungen der Darmbarrierefunktion, die gastrointestinale Symptome verursachen, beeinflussen auch die Darmmikrobiota [22, 45]. So zeigte z. B. eine Studie, welche die akuten Auswirkungen einer Trainingseinheit auf das Serum- und Stuhlmetabolom und die Darmmikrobiota untersuchte, dass eine einzelne Trainingseinheit die Stoffwechselwege der Skelettmuskelsubstratverwertung und der Kohlenhydratmetabolite im Serum hochregulierte, fäkales Ammoniak und Aminosäuremetaboliten sowie die Häufigkeit von Clostridien erhöhte [52].

Mikronährstoffe & Kaffee

Mikronährstoff-Supplementierung unter erhöhtem Stress oder Mikronährstoffmangel kann mikrobiotavermittelte Vorteile auf Immunität und Entzündung haben. Eine Studie an Mäusen untersuchte die Auswirkungen von Kaffee oder Kaffeekomponenten (d. h. Koffein oder Chlorogensäure) auf die Darm­mikrobiota und zeigte, dass Koffein Butyrat und Propionat erhöhte [249].

Zusammenfassung

Darmmikrobiota können durch die Produktion von Metaboliten (z. B. SCFAs, sekundäre Gallensäuren) Einfluss auf die Magen-Darm-Physiologie (z. B. Nährstoffaufnahme, Barriereinte­grität, Motilität, Gasproduktion) und Immunmodulation (z. B. Erregerhemmung, GALT) nehmen.

Fazit des Autors

Bisher war der Fokus bei der Ernährung die „Fütterung“ der Körperzellen. Im physiologischen Ablauf füttern wir durch die Nahrung jedoch zunächst unsere Mitbewohner, die Darmmikrobiota. Deren Stoffwechselprodukte wirken sich synergistisch (z. B. Butyrat) oder antagonistisch (TMA/TAMO, Ammoniak etc.) auf die Leistungsperformance von Sportlern aus (1). Wird die eenzymatische Verdauungskapazität des Mund-­Magen-Darm-Trackts überfordert, kommt es zur Fehlverdauung (Maldigestion). Diese erhöht die Produktion der hier diskutierten Darm­mikrobiota-Metabolite (2). Proteolytische Metabolite reduzieren die mito­c­hondriale Energiebereitstellung (3). Die Verdauungsqualität spielt also eine zunehmend wahrgenommene, mitentscheidende Rolle für die Top-Performance im Sport.

Eine weitere interessante Studie zu dieser Thematik (Age and the aging process significantly alter the small bowel microbiome): https://sportaerztezeitung.com/studien-archiv/

Autoren

Dr. med. Henning Sartor

ist Facharzt für Anästhesie und Facharzt für Allgemeinmedizin. Er ist Dozent in der Lanserhof-­Akademie, im Institut für Salutologie, Wien und an der BIOVIS-Akademie.