Sport und Metabolom

Aktuelle Studienergebnisse zeigen eine vice versa – Wirkung des intestinalen Mikrobioms und dessen Stoffwechsels mit der Leistungsfähigkeit der Muskulatur [19]. Als ein wesentlicher Verursacher von Leistungseinschränkung wurde die Fehlverdauung (= Dyspepsie = Maldigestion) und deren Toxine (Intestinale Autointoxikation) identifiziert. 

Günstige Verhältnisse im Darm begünstigen optimale sportliche Performance. Angemessenes Training verbessert die Darmflora und deren Stoffwechsel. Einer der wesentlichen Gründe für die gesundheitsfördernde Wirkung der Bewegung wurde nun in dem günstigen Einfluss des Sports auf die Darm-Microbiota gefunden.

„Silent Intoxication“ als 1. Performance-Killer

Vielfältige Wechselwirkungen des Darmes auf die Muskulatur und der Muskulatur auf den Darm erforschen derzeit eine zunehmende Anzahl von Medizinern, Ernährungs- und Sportwissenschaftlern. Dabei ging es bisher weit überwiegend um Nährstoffe. Eine Konto­führung funktioniert jedoch nur mit beiden Seiten: Haben und Soll. Enzyme in der Zelle wie auch die Atmungskette der Mitochondrien unterliegen fördernden Stoffen und Einflüssen (Synergisten oder Agonisten) und hemmenden (Antagonisten). Auch die sportliche Performance – jedoch ebenso die Zusam­me­nsetzung der Darmmikrobiota – hängen von beiden Arten von Einflüssen ab. Die medizinische Forschung fokussiert derzeit u. a. den Metabolismus der Bakterien und Pilze im Darm. Hier wurden synergistische Metabolite (z. B. Butyrat) und antagonistische (z. B. Ammoniak, Indoxylsulfat) als für die sportliche Leistung relevant gefunden. Stoffe aus (komplexen) Kohlenhydrate verwertenden Actinobacteria stehen Metaboliten der proteolytischen Flora gegenüber – erkennbar in aktuellen molekulargenetischen Stuhlanalysen. 

Eine neue Ratio macht von sich reden: Actinobacteria/Proteobacter

Mindestwerte werden in der Literatur mit > 0,5 angegeben. Dies reicht für die Note 4– für die Gesundheit aus. Für optimale sportliche und mentale Performance, auch die Bestnote für die Gesundheit, sollten Zielwerte deutlich über 2 erreicht werden. Die Anzahl der nachweisbaren Actinobacteria (Säurebildner) sollte folglich mindestens doppelt so hoch sein, wie die der Proteobacteria. Die Ernährung und deren Verdau­ungsqualität bestimmen, welche der beiden Gruppen die Oberhand im Darm hat und wer unter dem hemmenden Einfluss der jeweils anderen Gruppe zurückgedrängt wird [1-5].

Nahrungskonkurrenz im Bauch

Die meisten Nährstoffe sind ausschließlich vollständig verdaut resorbierbar (z. B. Aminosäuren aus Proteinen). Daher kann die Nahrung im Darm grundsätzlich zwei Wege gehen: 

• Über optimale Verdauung und Resorption durch die Darmwand in den Körper
• Über unvollständige Verdauung zu den intestinalen Mikrobiota

Sportler, die sich kohlenhydratbetont ernähren und sich nicht viel Zeit zum Vorverdauen nehmen (kauen und einspeicheln), füttern im Darm die Gruppen der Firmicutes und Pilze mit bis zu diesem Zeitpunkt nicht verdauten und damit nicht resorbierbaren Kohlenhy­draten. Optimale Menge und Verdauung von Kohlenhydraten führt intestinal zur Bildung nützlicher SCFAs (Short Chain Fatty Acids) also kurzkettigen Fettsäuren wie Propionat und Butyrat durch Actinobacteria. Aus Butyrat als C4-Körper wird nach Zufügen einer OH-Gruppe das β-Hydroxybutyrat, besser bekannt als Ketonkörper bei der danach benannten „ketogenen“ Ernährung. Diese SCFAs werden daher von Darm-Mucosazellen überwiegend zur mitochondrialen Energiegewinnung herangezogen. Diese Zellen können dann mit mehr ATP mehr Nährstoffe in den Körper pumpen und fördern damit schlussendlich die sportliche Performance. Um diese Actinobacteria in ihrer Funktion zu unterstützen, ist ein saures Milieu im Darmlumen erforderlich. Dies wird durch einen hohen Anteil fermentierter Nahrungsmittel in den Mahlzeiten gefördert [1 – 5].

Bei Eiweißüberschuss im Essen ohne ausreichende Vorbereitung im Mund, werden die Proteine im Darm ebenfalls unvollständig und verzögert verdaut und resorbiert. Bevor die Proteasen Eiweiß zu Aminosäuren hydrolysieren können, beginnen die schon im oberen Dünndarm vorhandenen Proteobacteria, das Eiweiß zu metabolisieren. Anders gesagt: Werden Proteine nur inkomplett enzymatisch in Aminosäuren zerlegt, gelangen nun unverdaute Rest-Proteine oder Peptide in den tieferen Dünndarm oder gar ins Kolon. Dort werden sie von proteolytischen Bakterien (Proteobacteria, H2S-Bildner, bestimmte Clostridien etc.) weiterzersetzt [4]. Diese Proteobacteria verwenden die Proteine als Nahrung und metabolisieren sie zu zelltoxischen, insbesondere Mitochondrien schädigenden Endprodukten [5]. Es herrscht also prinzipiell eine besondere Art von Konkurrenz um die Nährstoffe zwischen unseren Körperzellen und den intestinalen Mikrobiota [6].

Intestinale Toxine

Ergebnis jeder Eiweiß-Fehlverdauung ist die Produktion von mittlerweile zunehmend gut erforschten Toxinen (siehe Tabellen 1 & 2). Die Quantität dieser Toxine ist umgekehrt proportional zu der Qualität der Verdauung. Je schlechter die Verdauung, desto mehr intestinale Toxine entstehen.

Wie so oft in der Forschungshistorie finden Nephrologen relevante Toxine zuerst. Da viele dieser Metabolite über den Harn ausgeschieden werden müssen, kumulieren sie bei Niereninsuffizienz. In weiteren Untersuchungen wurde gezeigt, dass die klinische Relevanz der Toxine jedoch nicht nur auf die Personen mit eingeschränkter Filtrationsrate beschränkt ist. Diese Toxine werden aktuell und generell nicht nur mit chronisch entzündlichen und kardiovaskulären Erkrankungen assoziiert, sondern schränken auch die Leistungsfähigkeit des Sportlers ein [8 – 11, 15 – 20, 28]. 

Zu den Zielen jeder Sportler-Ernährungs- und Trainingsberatung kommt somit ein weiteres hinzu: Die intestinale Toxinbildung bestmöglich verhindern! Die sportärztliche Praxis zeigt, dass hierzu die optimale, vitalstofferhaltende Zubereitung der Mahlzeiten wie auch die zielführende, zeitliche und mengenmäßige Planung von relevanter Bedeutung ist.

Dyspepsis als Performance-Killer?

Optimale Versorgung des Körpers mit Nährstoffen (Makro-, Mikronährstoffe und Ballaststoffe) gelingt also nur durch bestmögliche Auswahl, Menge und Zubereitung von Lebensmitteln. Ausschließlich im Mund optimal zerkleinerter und mit Speichel 1:1 versetzter Speisebrei kann im weiteren Verlauf des Magens und Dünndarmes optimal verdaut werden. Wird der nach der Resorption übrig gebliebene, aus Ballaststoffen entstandene Darminhalt zeitgerecht ausgeschieden, werden Nährstoffe auch optimal verwertet (= Eupepsis, Digestion).

Die Nahrungsmenge pro Zeit

Fehlt die Zeit für die mechanische Zerkleinerung, die adäquate Menge des Speichels, die Temperatur oder das (saure) Milieu für die Verdauung auch nur in geringer Dimension, kommt es unweigerlich zur Fehlverdauung, bei Überschreitung der aktuell verfügbaren Verdauungsenzym-Kapazität ebenso. Das heißt, wenn man mehr isst als man gerade 100 %-ig verdauen kann, kommt es konsequenterweise zu unverdauten Resten im Darm (= Dyspesis, Maldi­gestion) [12]. Zur Versorgung der Muskulatur und deren Aufbau werden bei Sportlern oft größere Mengen von Proteinen in der Nahrung gebraucht. Dabei überschreitet entsprechend häufiger die Menge der Proteine die Menge der aktuell verfügbaren Verdauungsenzyme. Schnell heruntergeschlungene, eiweißhaltige Mahlzeiten oder Shakes mit hohem Proteingehalt führen also häufiger und stärker zur Fäulnis-Dyspepsie als langsam und sehr gut gekaute und eingespeichelte. Hier steckt eine sehr wesentliche, jedoch bisher unterschätzte Bremse für die sportliche Performance [9]. Eine rezente, wegweisende Arbeit aus China fokussiert eines der Urpro­bleme für die Leistungsfähigkeit der Muskultur und des Nervensystems: Die Fehlverdauung der Proteine: „Als Reaktion auf Veränderungen in den Nahrungsproteinkomponenten gibt es signifikante Veränderungen in den mikrobiellen Metaboliten, einschließlich kurzkettiger Fettsäuren (SCFAs), Ammoniak, Amine, Gase wie Wasserstoff, Sulfid und Methan, die Zytotoxine, Genotoxine und Karzinogene sind, die mit der Entwicklung von Darmkrebs und entzündlichen Darmerkrankungen verbunden sind [6].“

Darmpassage

Auch die Förderung der Darmpassage [13] bei Sportlern gelingt über die Förderung der Actinobakterien, deren Energiestoff Butyrat und damit über die Ansäuerung des Milieus im Stuhl. Hierzu eignen sich insbesondere die Verwendung fermentierter Gemüse, (Bitter-) Kräuter und Gewürze. Ziele bei der Darmpflege des Sportlers sind: 

• ein- bis zweimal tägliche Entleerung sehr weichen Stuhls
• Bristol Stool Scale Typ 4 und 5 [14]
• Wassergehalt im Stuhl 80 – 87 %
• pH-Wert des Stuhls 6,0 ± 0,2 (Einfache, orientierende Messung mittels pH-Messstreifen ist pro­blemlos möglich und sinnvoll)

Es gilt also das Prinzip der optimalen Verdauungsqualität mit zeitgerechter Stuhlentleerung. Schon eine geringe Verzögerung der Darmpassage begünstigt deutlich die Toxin-Bildung und derer Konzentration durch die Wasser-Rückresorption im Kolon.

„Silent Inflammation“ als 2. Performance-Killer

Der Nachweis für die Richtung der Kausalität wurde mittlerweile wiederholt bestätigt: Silent Intoxication verursacht zum großen Teil die Silent Inflammation [7]. Sport wirkt entzündungsfördernd und entzündungshemmend. Regelmäßige körperliche Akti­vität senkt langfristig die Entzündungsaktivität im Organismus. Die zunächst pro-, dann anti-inflammatorische Wirkung des Sports ist wesentlich auf IL-6 [21] und IL-8 zurückzuführen [22]. Nach intensiver Muskelarbeit ist der messbare und kurzzeitige Anstieg des IL-6 und 8 im Blut überwiegend auf die Freisetzung aus der Muskulatur zurückzuführen [21, 22]. 

IL-6 und 8 wirken partiell pro-inflammatorisch (Stimulation der Akut-Phase-­Reaktion, Anstieg von CRP), hemmt aber die Bildung von TNF-alpha und fördert die Sekretion von entzündungshemmenden Zytokinen wie IL-10 und IL-1ra [21, 23]. Interleukin-10 besitzt eine potente entzündungshemmende Wirkung [24] und wird verstärkt sezerniert in Phasen körperlicher Aktivität [25]. „Muskuläre Zytokine scheinen eine wichtige Rolle im Stoffwechsel zu spielen und Bewegung spielt eine Rolle bei der Orchestrierung des Zusammenspiels zwischen Zytokinen und Stoffwechsel. Ein weiteres Myokin, das Interleukin-15 (IL-15), ist wegen seiner potenziellen Rolle beim Wachstum der Skelettmuskulatur auf großes Interesse gestoßen. In menschlichen Skelettmuskelzell-Kulturen induziert IL-15 die Akkumulation von Myosin (schwere Ketten) in differenzierten Muskelzellen, was darauf hindeutet, dass IL-15 als anaboler Faktor beim Muskelwachstum wirkt [26].“

Darm und Sport

Neue Arbeiten zeigen, dass Training (wie z. B. Schwimmen) offensichtlich eine Reduktion der Inflammation und gleichzeitig eine Aktivierung natürlicher Killerzellen (Makrophagen) bewirkt [27]. Nur ein optimal gepflegter Bauch kann optimale sportliche Performance gewährleisten. Schon die geringste Imbalance im Verdauungssystem schränkt deutlich die muskuläre und neurolo­gische Leistungsfähigkeit ein. Umgekehrt kann passend dosiertes Training die Qualität der Darmflora günstig beeinflussen [28].

Wir konnten zwar in einer eigenen (noch nicht publizierten) Kader-Studie mit dem Österreichischen Radsportverband die hier dargestellten Befunde weitgehend reproduzieren, weitere Forschung ist jedoch notwendig, um z. B. die unterschiedlichen Intensitäten bzw. Dauer und deren Wirkung auf den Darm weiter zu differenzieren. Die Evidenz für die Relevanz der Verdauungsqualität beim Sportler erscheint derzeit schon gut fundiert, bedarf jedoch ebenso noch vieler weiterer Forschungsarbeit.

Literatur

[1] A. Rezaie, M. Buresi, A. Lembo, H. Lin, R. McCallum, S. Rao, M. Schmulson, M. Valdovinos, S. Zakko, M. Pimentel. Hydrogen amd Methane-Based Breath Testing in Gastrointestinal Disorders: The North American Consensus. The American Journal of GASTROENTEROLOGY. 112:775 – 784, 2017. 

[2] M. Pimentel, R.J. Saad, M. D. Long, Satish S. C. Rao. ACG Clinical Guideline: Small Intestinal Bacterial Overgrowth. The American Journal of GASTROENTEROLOGY. 2020, 115:165 – 178. 

[3] G. Losurdo, F. S. D’Abramo, G. Indellicati, C. Lillo, E. Ierardi, A. Di Leo. The Influence of Small Intestinal Bacterial Overgrowth in Digestive and ExtraIntestinal Disorders. International Journal of Molecular Sciences. 2020, 21, 3531. 

[4] S. Rao, J. Bhagatwala. Small Intestinal Bacterial Overgrowth: Clinical Features and Therapeutic Management. Clinical and Translational Gastroenterology. 2019, 10:e00078.

[5] Wang Q, Zhang SX, Chang MJ, Qiao J, Wang CH, Li XF, Yu Q, He PF. Characteristics of the Gut Microbiome and Its Relationship With Peripheral CD4+ T Cell Subpopulations and Cytokines in Rheumatoid Arthritis. Front Microbiol. 2022 Feb 3;13:799602. doi: 10.3389/fmicb.2022.799602. PMID: 35185845; PMCID: PMC8851473.

[6] Ma et al., Contributions of the Interaction Between Dietary Protein and Gut Microbiota to Intestinal Health,
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[7] Hung et al, Indoxyl Sulfate and CVD in CKD, J Am Heart Assoc. 2017;6:e005022. DOI: 10.1161/JAHA.116.005022.

[8] Ninan J, Feldman L. Ammonia Levels and Hepatic Encephalopathy in Patients with Known Chronic Liver Disease. J Hosp Med. 2017 Aug;12(8):659-661. doi: 10.12788/jhm.2794. PMID: 28786433.

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[12] Lehrbuch der F.X. Mayr-Medizin, Springer-Verlag, https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-662-58111-7

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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.