Biochemie für Sportler XV

Hormone: Insulin gegen das katabole Quartett

Nachdem wir uns im Rahmen dieser Artikelreihe ausführlich mit den Energieträgern und der Energieversorgung unseres Körpers auseinandergesetzt hatten, wollen wir mit diesem Artikel einen neuen Themenblock starten: Hormone.

Was sind Hormone?

Bereits in den bisherigen Teilen wurde das Thema Hormone immer wieder einmal angesprochen und einzelne Hormone wie Insulin auch bereits zum Teil thematisiert.

Hormone dienen dem Körper als Botenstoffe, die ähnlich wie ► Enzyme das Schlüssel-Schloss-Prinzip funktionieren, das wir bereits kennenlernten.


Während Enzyme jedoch wie Katalysatoren funktionieren, und die Geschwindigkeit chemischer Abläufe reguliert, sind Hormone eher wie ein Schalter, der Prozesse startet. Generell müssen wir dabei zwischen
  1. hydrophilen: regulieren die Aktivität von Enzymen
  2. lipophilen: regulieren die Menge von Enzymen
Hormonen unterscheiden.

Während der erste Prozess noch innerhalb von Sekunden und Minuten geschieht, kann der zweite Prozess Stunden oder sogar Tage in Anspruch nehmen. Das ist auch der Grund, warum man Testosteron (lipophil) nicht einfach exogen Spritzen kann und am nächsten Tag bereits mit einem 50er Oberarm überrascht wird.

Hydrophile und Lipophile Hormone am Beispiel Stress

Die beiden Hormone Adrenalin und Kortisol stehen beide im Zusammenhang mit Stress und steigen (sofort bzw. etwas zeitversetzt) bei (anhaltendem) Stress an. Beide Hormone sorgen für eine verstärkte Energiebereitstellung, indem sie die Lipolyse (Fettabbau) erhöhen und den Blutzuckerspiegel ansteigen lassen. Vereinfacht betrachtet also dieselbe Wirkung.

Während wir jedoch vom Achterbahnfahren nicht stundenlang dem Adrenalinrausch verfallen, sorgt ein stressiger Alltag für einen längeren konstant hohen Kortisolspiegel, der auch langsamer wieder absinkt.

Adrenalin ist somit ein Beispiel für ein hydrophiles Hormon, während Kortisol zu lipophilen Hormonen zählt.
Egal jedoch, um welche Art Hormon es sich handelt: Wichtig ist immer, dass entsprechende "Schlösser" an den Zellen vorhanden sind, da ansonsten das Hormon ungenutzt im Blut verbleibt.

Hormonarten

Wir haben Hormone nun bereits nach der Art und Weise, wie sie in den Zellen wirken, unterschieden. Eine zweite Unterscheidung betrifft das chemische Gerüst. Dabei wird zwischen
  1. (hydrophilen) Peptidhormonen
  2. (lipophilen) Steroidhormonen
  3. Aminosäuren-Derivaten (bis auf Thyroxin hydrophil)
sowie (hyrodphilen) Eikosanoiden (aus der Fettsäure Arachidonsäure) und (lipophiler) Rentinsäure (aus Vitamin A) unterschieden. Wer in ► Teil 6 und ► Teil 7 aufgepasst hat, wird sich zu Struktur und Eigenschaften der jeweiligen Hormongruppen bereits vieles denken können.

Stoffwechsel und Hormone

Nicht nur im Rahmen einer Diät dreht sich für viele Trainierenden ein Großteil der Gedanken um den eigenen Stoffwechsel. Dieser wird in erster Linie durch fünf Hormone reguliert:
  1. Insulin
  2. Glukagon
  3. Adrenalin
  4. (die Gruppe der) Glukokortikoide
  5. Schilddrüsenhormone
Während Insulin den Blutzucker senkt, erhöhen alle anderen vier Hormone den Blutzuckerspiegel! Es dreht sich also alles, wenn man so möchte, um die Glukose.

Insulin: Der anabole Einzelkämpfer

Die Wirkungsweise ist generell sicherlich bekannt und soll an dieser Stelle nur kurz eingeführt werden: Wenn wir Kohlenhydrate über die Nahrung zu uns nehmen, hat der Körper einen Überfluss an Nährstoffen, der dafür genutzt wird, die Speicher zu füllen. Hierbei übernimmt Insulin die dominante Rolle, um den ► Blutzuckerspiegel konstant zwischen 70 und 110 mg / dl zu halten.

Insulin aus der Spritze im Bodybuilding

Die Wirkungsweise des Insulins wird seit geraumer Zeit auch im Bodybuilding missbraucht. Normalerweise wird Insulin als Peptidhormon aus 51 Aminosäuren in der Bauchspeicherdrüse (Pankreas) produziert. Der Vorrat dort entspricht ca. 10 mg oder anders ausgedrückt: 250 Insulineinheiten (IE).

Täglich nutzt der Körper davon ca. 50 IE, also ein Fünftel. Wenn man nun bedenkt, dass im Bodybuilding der Einstieg oftmals bereits mit 10 exogen zugeführten IE beginnt, wundert vermutlich niemanden mehr die weit verbreitete Diabetes im Profi-Zirkus.

Zuviel Insulin führt zu einer verschlechterten Insulinsensivität (die Schlösser stumpfen ab und benötigen mehr Schlüssel), so dass die Bauchspeicheldrüse gezwungen ist, mehr zu produzieren. Dies führt zu einer ständig wachsenden Spirale, die über die Zeit zu Diabetes führt.
Wie genau Insulin in den Zellen schließlich wirkt, ist komplex und wird, anders als es manchmal dargestellt wird, bis heute nicht vollständig verstanden.

Als ein wichtiger Mechanismus ist zunächst jedoch, wie bereits angeführt, die Glucose-Aufnahme in der Zelle zu nennen, wofür Muskel- und Fettzellen auf Insulin angewiesen sind (GLUT-4). Leber und Bauchspeicheldrüse können Kohlenhydrate dagegen auch ohne Insulin aufnehmen (GLUT-2).
Die GLUT-Typen wurden ausführlich in ► Teil 9 thematisiert.
Die überschüssigen Kohlenhydrate werden dann unter der Anwesenheit von Insulin in der Leber zu Triglycerinen (also Fett) verbaut, über das Blut im Körper verteilt und in den Fettspeichern angedockt.

Insulin ist das einzige Hormon, das unsere Fettspeicher zurückhält und einen Abbau verhindert. Aber auch auf den Proteinstoffwechsel hat Insulin natürlich einen Einfluss: Insulin fördert (ist also nicht essentiell!) die Aufnahme von Aminosäuren in den Zellen und wirkt langfristig stimulierend auf den gesamten Proteinstoffwechsel.
Heißt das alles also, dass man zwangsläufig Kohlenhydrate benötigt, um die Zellen mit Nährstoffen zu füllen? Nein!
Auch hohe Fettsäure-, Aminosäure- oder Ketonkörper-Spiegel im Blut sorgen für eine Insulinausschüttung. Da solch an Anstieg oftmals mit Nahrungsaufnahme verbunden ist, erhöht auch das im Dünndarm gebildete Hormon GIP die Menge an Insulin. GIP steigt wiederum an, sobald Nahrung den Dünndarm erreicht.
Essen bedeutet also zwangsläufig einen Insulinanstieg.
Dieser fällt bei der Abwesenheit von Kohlenhydraten nur entsprechend geringer aus. Aus diesem Grund entwickelten amerikanische Forscher vor einigen Jahren den sogenannten Insulin Index. Dieser kategorisiert Lebensmittel nicht nur nach der Wirkung der enthaltenden Kohlenhydrate, wie es GI und GL machen, sondern nach der tatsächlichen Wirkung auf den Insulinspiegel. Entsprechend enthält die Liste auch Nahrungsmittel wie Käse, Fleisch oder Erdnüsse, die man in geläufigen Listen zum Glykämischen Index vergeblich suchen wird.

Der Abbau von (natürlich generiertem) Insulin erfolgt schließlich in Leber, Niere und Muskulatur mit einer Halbwertzeit von etwa 5 bis 15 Minuten. Man findet in der Literatur dahingehend unterschiedliche Zeitspannen. Nichtsdestotrotz bedeutet dies, dass bereits nach kürzester Zeit 50 % des ausgeschütteten Insulins wieder verschwunden sind. Diabetiker erhalten modifiziertes Insulin, das 12 bis 24 Stunden wirksam bleiben kann.

Aus diesem Grund ist der Blutzuckerspiegel unabhängig von der Art der Kohlenhydrate nach 90 bis 120 Minuten auch wieder normalisiert, wenn keine erneute Nahrungsaufnahme erfolgt.

Bild: Ströhle 2009: 47

Die Diskussion um "Komplexität der Kohlenhydrate" hält sich in den Köpfen der meisten Trainierenden bis heute, ist aber für die Praxis weniger bedeutend als etliche andere Faktoren, die dagegen zu wenig beachtet werden.

Während die Wirkungen auf den Kohlenhydrathaushalt innerhalb von Sekunden ablaufen, sind die Einflüsse von Insulin auf die Proteinbiosynthese (also den Muskelaufbau) eher langfristig zu betrachten. Auch wenn der Effekt an isoliertem Gewebe und Zellen nachgewiesen werden konnte, tritt dieser in der Praxis mit einer gewissen Latenzzeit in Kraft.

Glukagon, Adrenalin, Glukokortikoide und Schilddrüsenhormone: Das katabole Quartett

Nach der Nahrungsaufnahme beginnt die Postresorptionsphase, in der der Blutzuckerspiegel auch ohne ständige Nahrungsaufnahme stabil gehalten werden muss, da wir sonst aufgrund von Hypoglykämie zu hirntoten Zombies werden würden.

Hier kommt in erster Linie Glukagon ins Spiel, das die Leber dazu bringt, Glukose abzugeben. Die Energie für den eigenen Stoffwechsel holt sich die Leber wiederum mit Hilfe der Lipolyse aus Fettsäuren. Wie dies gelingt, hatten wir uns in ► Teil 10 bereits ausführlich angeschaut.

Wie wir bereits lernten, ist Insulin nicht zwangsläufig auf Kohlenhydrate angewiesen, sondern steigt auch dann an, wenn wir nur Protein zu uns nehmen. Bei kohlenhydratarmen, aber proteinreichen Mahlzeiten setzt der Körper ebenfalls Glukagon frei und fördert somit die Verzuckerung der Aminosäuren. Aus diesem Grund sind kohlenhydratarme Diäten mit weniger als 150 Gramm Kohlenhydraten in der Regel für sportlich aktive Menschen auch unsinnig, wie ich in einem ► früheren Artikel bereits praxisorientiert aufschlüsselte.

Adrenalin: fight or flight

Bei (kurzzeitigem) Stress übernimmt Adrenalin die Rolle von Glukagon, sorgt im Zusammenhang mit Glukose aber für die gleichen Stoffwechselprozesse. Der Blutzuckerspiegel steigt also an. Darüber hinaus wird das Enzym Lipase angeregt, so dass mehr Fettsäuren zur Energiegewinnung für den Körper zur Verfügung stehen.

Doch Adrenalin wirkt sich nicht nur auf den Kohlenhydratstoffwechsel aus: Das Herz erhöht seine Schlagzahl, was zu einer verstärkten Geschwindigkeit des Blutes führt. Dies wiederum kann als schnellere Versorgung des gesamten Körpers verstanden werden, da das Blut als die Transportmatrix in unserem Körper dient. Dabei werden jedoch nicht alle Teile des Körpers gleichermaßen versorgt, sondern in erster Linie diese, die für die Gefahrensituation (oder eben auch die maximale Anstrengung im Training) benötigt werden.

Diese Wirkung ist für viele Trainierende (vor allem im Zusammenhang mit Maximalversuchen) beim Krafttraining interessant. Gesteigerter Puls, verbesserte Energieversorgung der Muskulatur: All das sind Faktoren, die sich viele Sportler im zeitlichen Zusammenhang mit sportlicher Anstrengung wünschen.
Mehr Kraft, mehr Energie, mehr Fokus: Das Ganze hat eine vollständige Parallel-Welt innerhalb der Supplement-Industrie erschaffen. Die Rede ist natürlich von Boostern.
Wenn die Wirkung im Rahmen des Trainings zu stark oder zu lang abläuft, kennen viele Trainierende sicherlich den anschließenden Erschöpfungszustand.
Dieses Phänomen wurde bereits in den 1930ern von dem Psychologen Hans Selye grundlegend erforscht und im Rahmen seines Stressmodells visualisiert, das wir hier auf die Trainingseinheit anwenden wollen.

Stresskurve nach Selye

Nachdem der stressauslösende Moment zunächst die fight oder flight Situation auslöste, schießt Adrenalin das Leistungslevel vom Normalzustand auf eine höhere Ebene. Dass dieser Zustand nicht dauerhaft gehalten werden kann, sollte klar sein, so dass auf ein Hoch auch hier ein Tief folgt: Der Erschöpfungszustand, der benötigt wird, um wieder auf ein Normalniveau zu gelangen.
Ist Phase 3 nun bezogen auf das Training aufgrund von Boostern ein über das Training gesehen dauerhafter Zustand, verlängert und verstärkt dies zwangsläufig die Erschöpfungsphase im Anschluss.
Man fällt in das berühmte Boosterloch.

Wir setzen unseren Körper also anhaltendem Stress aus, der auch in den Satzpausen nicht abnimmt und sorgen damit für eine anhaltende Alarmsituation. Da Adrenalin jedoch nur als kurzfristiger Kickstarter gedacht ist, bringt dies nach knapp einer halben Stunde anhaltendem Stress Cortisol als weiteres Hormon auf den Plan. Richtig gelesen: Entsprechend starke Booster lassen den Cortisolspiegel ansteigen.

Dabei geht es vor allem um DMAA, DMBA und Booster, die ähnliche Rezeptoren (Schlösser) ansteuern, wie die Droge Amphetamin (Schlüssel), deren coritisolsteigernde Wirkung schon viele Jahre bekannt ist. Dies führt uns zur nächsten Hormongruppe.

Glukokortikoide: Cortisol und Co

Glukokortikoide dienen, wie schon angesprochen, bei Dauerstress der Umstellung des Stoffwechsels. Am bekanntesten dürfte für Bodybuilder und Kraftsport das (gefürchtete) Cortisol sein.

Diese Hormon-Gruppe hat vielfältige Einflüsse auf unseren Körper, die wir uns etwas genauer anschauen wollen: Neben der Förderung der Glukoneogenese in der Leber wird dieser Effekt noch einmal verstärkt, indem es zu einem Anstieg der Aminosäuren im Blut kommt. Diese stammen vor allem aus der Muskulatur und werden in der Leber zur Kohlenhydratgenerierung genutzt. Gleichzeitig wird die Proteinsynthese gehemmt.

Aber auch Fett bleibt nicht verschont: Fettsäuren werden freigesetzt und von der Leber verstoffwechselt. Zum Teil für die eigene Energieversorgung und zum Teil zur Herstellung von Ketonkörpern, die wir auch bereits kennenlernten.
Der Körper ist also vollkommen auf Energiebereitstellung eingestellt, was evolutionsbiologisch sinnvoll ist, in der heutigen Zeit jedoch eher ein Problem darstellt, wenn diese Energie nicht verbraucht wird.
Die gehemmte Proteinsynthese ist ein weiterer Aspekt, der einen Cortisol-Anstieg während bzw. unmittelbar nach dem Training nicht wünschenswert macht.

In der Konsequenz bedeutet das, dass man versuchen sollte, im Training gezielte Adrenalin-Peaks bei intensiven Einheiten lediglich auf die schweren Sätze zu legen. Hierbei kann ► mentales Training unterstützend wirken und scheint etliche Male sinnvoller als der Griff zum (Hardcore-)Booster.

Die Satzpausen dienen dagegen dem bewussten Erholen. Die Erschöpfungsphase darf frei genutzt werden, so dass auch der inzwischen verpönte Griff zum Smartphone kein Problem darstellt. Im Gegenteil: Wer Probleme hat, den Fokus wellenförmig gezielt auf die schweren Sätze zu legen und aktiv zu generieren, sollte an seiner ► Konzentration arbeiten.

Darüber hinaus verstehen einige Leser nun vielleicht den Sinn eines Cooldowns und einer kleinen Dehnungsphase nach dem Training: Dieser erste Schritt zur aktiven, bewussten Verarbeitung der Erschöpfungsphase dient dazu das Stresshormonlevel absinken zu lassen und damit den Körper ganzheitlich auf die Regeneration vorzubereiten.

Schilddrüsenhormone: T3 und T4

Die bekannten Schilddrüsenhormone Trijodthyronin (T3) und Tetrajodthyronin (T4 – besser bekannt als Thyroxin) sind lipophile Hormone, deren Bildung auf der Aminosäure Tyrosin, wie man aufgrund des Namens bereits erahnen kann, Jod bedarf.
Deutschland ist im Gegensatz zu Österreich und der Schweiz ein generelles Jodmangelgebiet. Daran ändert auch iodiertes Salz wenig: Die empfohlene Mindestmenge von 200 µg erreichen die wenigsten Menschen täglich!
Manche Quellen setzen den Mindestbedarf sogar bei 300 µg an.

Da wir Jod nicht ständig zu uns nehmen, allerdings ständig Schilddrüsenhormone benötigt werden, werden diese mittels des Glykoproteins Thyreoglobulin gespeichert und bei Bedarf ausgeschüttet. Im Blut ist diese schließlich an Transportproteine gebunden, vor allem TBG, so dass die Konzentration dieser Transportproteine einen Einfluss auf die Wirksamkeit der Schilddrüsenhormone ausübt.
Nur freie Schilddrüsenhormone können in den Zellen wirksam werden, so dass entsprechend die fT3- und fT4-Werte entscheidend für eine Aussage über den Schilddrüsenhormonhaushalt sind.
Wenn die Schilddrüsenhormone im Blut wiederum absinken, signalisiert der Körper der Schilddrüse mittels des Hormons TSH, dass diese weitere Schilddrüsenhormone produzieren soll. Aus diesem Grund wird dieser Wert gerne zur Beurteilung der Schilddrüsenarbeit in Untersuchungen hinzugenommen.

Schilddrüsenüber- und -unterfunktion

Im Erwachsenenalter gibt es eine Reihe an Symptomen, die auf eine nicht optimale Arbeit der Schilddrüse hinweisen. Die folgenden Punkte sind dabei in erster Linie als Hinweise, nicht als Diagnose zu verstehen!

Anzeichen einer Schilddrüsenüberfunktion können
  • erhöhter Grundumsatz
  • geistige und körperliche Lebhaftigkeit
  • Unruhe
  • häufiges Schwitzen
  • feuchte, warme, gerötete Haut
  • hervortretende Augäpfel
  • erhöhter Blutdruck
  • starkes Herzklopfen
  • erhöhter Appetit
  • Durchfall
  • Gewichtsabnahme
sein.

Bei einer Unterfunktion können dagegen
  • verringerter Grundumsatz
  • geistige und körperliche Trägheit
  • Schläfrigkeit
  • Frösteln
  • trockene, blasse, kalte Haut
  • teigige Haut
  • niedriger Blutdruck
  • schwacher Puls
  • geringer Appetit
  • Verstopfungen
  • Gewichtszunahme
auftreten.
Interessant ist in diesem Zusammenhang auch, dass die Schilddrüse in erster Linie T4 produziert, T3 jedoch wirksamer ist, da dieses aufgrund des fehlenden Jod-Atoms leichter in die Zellen gelangt.

Spielt uns der Körper also einen Streich? Nein. T4 ist deutlich stabiler (Halbwertzeit von einer Woche) als T3 (HWZ 1 Tag), so dass die Leber die Umwandlung von T4 zu T3 übernimmt und für gut 80 % des im Plasma messbaren T3s verantwortlich ist.

Foto: Yimg.com - Thyroid: Englisch für Schilddrüse / CC BY SA

Anders, als oftmals dargestellt, sind die Stoffwechseleffekte von Schilddrüsenhormonen noch nicht gänzlich verstanden. Bekannt ist, dass diese den Grundumsatz sowie die Thermogenese erhöhen und gleichzeitig die Glykoneogenese, den Glykogenabbau und die Lipolyse verstärken. Klingt irgendwie widersprüchlich? Nur auf den ersten Blick:

Die katabolen Reaktionen sorgen dafür, dass jede Menge Energie zur Verfügung steht. Diese wird mit Hilfe der anabolen Prozesse in die Energiespeicher gespült, so dass es dort zu keinem Mangel kommt.

Vielmehr gibt es zu Schilddrüsenhormonen an dieser Stelle auch nicht zu sagen. Auch wenn das Thema sicherlich wichtig ist, wird die Bedeutung im Zusammenhang mit dem Kampf gegen das Körperfett aktuell zum Teil deutlich überschätzt. (Vermeintlich) niedrige Schilddrüsenwerte, die sich jedoch deutlich im normalen Rahmen bewegen, sollten nicht als Ursache eines zu hohen KFA missverstanden werden.

Das wäre so, als ob man den Mitbewohner bezichtigt, dass er die Diät sabotieren will, weil die Raumtemperatur im Winter mittels Heizung auf normalen Level gehalten wird. Bei 18 statt molligen 21 Grad würde unser Grundumsatz auch ansteigen. Dennoch haben die Leute nur angebliche Schilddrüsenprobleme, aber keiner eine zu warme Heizung..

Zusammenfassung

Damit haben wir nicht nur eine grundlegende Einführung zu den Hormonen bekommen, sondern auch bereits die ersten wichtigen, am Stoffwechsel beteiligten Hormone kennengelernt.

Was sollten wir aus diesem Teil mitnehmen?
  1. Hormone sind Signalgeber für die Enzymaktivität. Während hydrophile Hormone unmittelbar wirken, entfalten lipophile Hormone ihre Wirkung erst mittelfristig.
  2. Insulin ist das einzige anabole Hormon und hat als Gegenspieler Glukagon, Adrenalin, Glukokortikoide wie Cortisol und die Schilddrüsenhormone.
  3. Die Jagd nach dem neusten, besten und stärksten Booster ist dämlich. Den Grund für den eigenen Speckbauch in einem nicht-pathologischen Schildrüsenhormon-Spiegel zu suchen ebenfalls. Sorry für diese ungewöhnlich direkte Ansage.
Alles weitere kann vertiefend in den im Text verlinkten Artikeln nachgelesen werden.
Nach diesem kleinen Einstieg soll es im folgenden Teil mit den Sexualhormonen weitergehen.

Hinweis: Der Autor dieses Artikels bietet individuelle Trainings- und Ernährungsberatung und -betreuung an. Weiteres erfahrt ihr unter ► become-fit.de oder schaut einfach auf seinem ► Instragram-Account vorbei.

Quellen

  • Bartels, Rut / Bartels, Heinz (2004): Physiologie. Lehrbuch der Funktionen des menschlichen Körpers. München: Urban & Fischer Verlag.
  • Horn, Florian (2012): Biochemie des Menschen. Das Lehrbuch für das Medizinstudium. Stuttgart: Thieme Verlag.
  • Kirchner, Hanni / Mühlhäußer, Julia (2009): Biochemie. München: Urban & Fischer Verlag.
  • Laakmann, Gregor (1987): Psychopharmakoendokrinologie und Depressionsforschung. Springer Verlag: Berin.
  • Löffler, Gerog / Heinrich, Peter / Petrides, Petro (2007): Biochemie & Pathobiochemie. Heidelberg: Springer.
  • Rassow, Joachim / Hauser, Karin / Netzker, Roland / Deutzmann, Rainer (2012): Biochemie. Stuttgart: Thieme Verlag.
  • Ströhle, Alexander (2009): Rück- und Seitenblicke im Zeitalter der Ernährungsver(w)irrung. Köln: Ralf Reglin Verlag.

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