Die Rolle der Energieverfügbarkeit

Autor: Johannes Joßberger

Radikale Diäten mit wenigen hundert Kalorien, die deutlich unterhalb des Grundumsatzes liegen, sowie exzessive körperliche Aktivität sind häufig fester Bestandteil von Wettkampfvorbereitungen mit Frauen. Viele Athletinnen sind oftmals nicht darüber aufgeklärt, zu welchen gesundheitlichen Auswirkungen radikale Maßnahmen dieser Art führen können. Dieser Artikel soll sich kritisch mit den potentiellen Risiken einer unverhältnismäßigen Kalorienrestriktion in Hinblick auf den sogenannten Energieverfügbarkeitsquotienten auseinandersetzen und die gesundheitlichen Auswirkungen beleuchten, die durch Störungen des Hormonhaushaltes auftreten können.

Energy Availability (EA) – Energieverfügbarkeit

Die Energieverfügbarkeit (EA) bezeichnet die Energiemenge, die benötigt wird, um essentielle physiologische Prozesse im menschlichen Körper aufrecht zu erhalten. 

Zu den den wesentlichen Funktionen zählen eine intakte Tätigkeit des Herz-Kreislaufsystems, der Organe, des Gehirns, des Immunsystems und die Produktion von Hormonen. Die Energieverfügbarkeit wird über die Nahrungsaufnahme abzüglich des Energieumsatzes bei körperlicher Aktivität definiert. Im Grunde genommen steht die EA für die Energiemenge, die eine Person benötigt, um sämtliche Vorgänge im Organismus am Laufen zu halten. 

Bewegt sich der Energieverfügbarkeit für einen längeren Zeitraum unterhalb einer kritischen Schwelle, können diverse negative physiologische Auswirkungen resultieren. Dazu zählen Störungen des Hormonhaushaltes, die das reguläre Muster des weiblichen Zyklus beeinträchtigen können. Eine zu geringe Energieverfügbarkeit scheint der primäre Faktor für Störungen im Menstruationszyklus einer Frau zu sein (Loucks & Thuma, 2003). Hormonelle Anpassungen dieser Art zielen darauf ab, die lebenswichtigen Funktionen des Organismus wie Herz, Organ und Hirntätigkeit aufrechtzuerhalten, indem der Energieverbrauch für weniger wichtige Prozesse wie Knochenwachstum, Fortpflanzung oder das Immunsystem verringert wird. Dadurch kann das Überleben des Organismus gesichert werden.

Eine tragende Rolle nimmt dabei die Reduktion des Luteinisierenden Hormons (LH) ein (vgl. Karl und Kollegen, 1989; Loucks, Verdun & Heath, 1998). Das Luteinisierende Hormon fördert den Eisprung, indem die Freisetzung einer reifen Eizelle aus dem Eierstock stimuliert wird. Neben der verringerten Ausschüttung von LH erfolgen meist weitere hormonelle Anpassungen wie die Reduktion von Leptin, Insulin, Schilddrüsenhormonen (T3) sowie ein Anstieg von Cortisol (Loucks, 2003). Das Hormon Leptin wird wie Östrogen größtenteils in den Fettzellen hergestellt und besitzt seine Wirkung vorrangig in der Beeinflussung der Energiezufuhr. Hohe Konzentrationen an Leptin im Blut erhöhen die Sättigung und die Fettmobilisation. Frauen weisen verglichen mit Männern einen 1,5-3x höheren Leptinspiegel auf als Männer (Saad und Kollegen, 1997).

Eine geringe Konzentration an Leptin hingegen steigert den Appetit und verringert nachhaltig den Energieumsatz. Die Leptinkonzentration von weiblichen Athleten korreliert zudem stark mit den reproduktiven Prozessen und einem normal funktionierenden Hormonhaushalt. Die Konzentration an Leptin ist eng gebunden an den Körperfettanteil einer Person. Weibliche Athleten mit einem höheren Körperfettanteil sind in der Regel weniger anfällig für Störungen im Menstruationszyklus, wenn eine geringe Energieverfügbarkeit vorliegt, aufgrund der höheren Ausgangskonzentration an Leptin. Unabhängig vom Körperfettanteil erhöht eine geringe Energieverfügbarkeit unterhalb eines gewissen Schwellenwerts bereits nach wenigen Tagen das Risiko für eine drastische Reduktion der Leptinkonzentration. Eine chronisch tief liegende Energieverfügbarkeit scheint deutlich stärkere Auswirkungen auf das Hormon Leptin zu besitzen als der Körperfettanteil per se. Eine geringe Konzentration an Leptin korreliert darüber hinaus stark mit dem Verlust des Menstruationszyklus, da Leptin die Ausschüttung des luteinisierenden Hormons beeinflusst (Chou & Mantzoros, 2014).

Die Energieverfügbarkeit setzt sich aus der Nahrungsaufnahme und dem Kalorienumsatz während körperlicher Aktivität zusammen. Um die EA einer Person zu bestimmen sollte auf folgende Formel zurückgegriffen werden:

Energieverfügbarkeit = (Nahrungsaufnahme – Energieumsatz bei körperlicher Aktivität) / Magermasse

Während die Kalorienbilanz die Differenz zwischen täglicher Nahrungsaufnahme und dem Energieverbrauch beschreibt, bezieht sich die Energieverfügbarkeit lediglich auf die Differenz zwischen der Nahrungsaufnahme und dem Energieumsatz bei körperlicher Aktivität. Um den Energieumsatz bei körperlicher Aktivität akkurat bestimmen zu können, muss die Kalorienmenge gegengerechnet werden, die unter Ruhebedingungen benötigt wird. 

Beispiel:

Eine Frau mit 60kg Körpergewicht und 20% Körperfett besitzt eine Magermasse von 48kg und 12kg Körperfett. Es werden 2000 kcal zugeführt und in einer Stunde Training 300 kcal verbrannt.

Berechnung Grundumsatz nach Katch-McArdle Formel:

Grundumsatz = 370 + (21,6 x Magermasse) = 370 + (21,6 x 48kg) = 1.407 kcal

1407 kcal / 24 Stunden = 59 kcal / Stunde

(Verbrauch in Ruhe ≙ Aufrechterhaltung der lebenswichtigen Funktionen)

Der Energieumsatz innerhalb einer Stunde Training wird über die Differenz des gesamten Energieumsatzes und des Energieumsatzes in Ruhe berechnet:

Energieumsatz bei körperlicher Aktivität: 300 kcal – 59 kcal = 241 kcal

Die Energieverfügbarkeit berechnet sich nun wie folgt:

EA = 2000 kcal – 241 kcal = 1759 kcal 

EA = 1759 kcal / 48 kg = 37 kcal / kg Magermasse

Wenn die Frau aus dem Beispiel keine Trainingseinheiten absolviert, berechnet sich die EA wie folgt:

EA = 2000 kcal / 48kg = 42 kcal / kg Magermasse

Wenn die Frau aus dem Beispiel zwei Stunden trainiert und ihren Energieumsatz verdoppelt, resultiert folgender EA:

EA = 2000kcal – 482 kcal = 1518 kcal 

EA = 1518 kcal / 48kg = 32 kcal / kg Magermasse

Der Grundumsatz liegt bei 1407 kcal.

Hinweis: Die Bestimmung des Energieumsatzes bei körperlicher Aktivität erweist sich in der Praxis als schwierig und besitzt daher seine Limitationen. Der Energieumsatz kann beispielsweise über indirekte Messmethoden wie einen Aktivitätstracker mit Pulsfunktion abgeschätzt werden. Hierbei sollte der Grundumsatz gegengerechnet werden, um den tatsächlichen Energieumsatz während der Trainingseinheit zu bestimmen. Der von einem gängigen Aktivitätstracker wie beispielsweise der Fitbit dargestellte Energieverbrauch berücksichtigt nicht, dass in Ruhe bzw. jeglicher anderer Aktivität ebenfalls Kalorien verbraucht werden. Hier sei jedoch anzumerken, dass die meisten Aktivitätstracker in der Regel keine verlässlichen Informationen über den tatsächlichen Energieumsatz einer Person liefern. Es kann daher nicht pauschal angenommen werden, dass der durch eine Pulsuhr bestimmte Energieumsatz dem reellen Kalorienverbrauch entspricht (Feehan und Kollegen, 2018).

Eine erst kürzlich erschienene Studie von Lytle und Kollegen (2019) untersuchte den Energieumsatz anhand von untrainierten Probanden innerhalb einer Ganzkörper-Einheit, bestehend aus 7 Geräteübungen á 2-3 Arbeitssätzen mit 70% des zuvor ermittelten 1RM. Dabei wurden alle Sätze ans Muskelversagen ausgeführt und 90 Sekunden zwischen den Sätzen pausiert. Abzüglich des Grundumsatzes verbrauchten die Männer der Probandengruppe 161.2 ± 65.9 kcal während des besagten Protokolls. Die Frauen der Probandengruppe zeigten einen Energieumsatz von 87.6 ± 39 kcal innerhalb der Trainingseinheit. Die Untersuchung veranschaulicht, dass der Energieumsatz beim Krafttraining meist sehr viel geringer einzuordnen ist, als von vielen Trainierenden angenommen. Im Wesentlichen ist der generierte Energieverbrauch in einer Trainingseinheit abhängig vom bewegten Gesamtvolumen in Tonnen (Volume Load). Je höher das Kraftniveau und dahingehend die Magermasse einer Person ist, desto mehr Energie wird potentiell in einem einzelnen Arbeitssatz verbraucht. Krafttraining weist verglichen mit intensivem Ausdauertraining einen verhältnismäßig geringen Energieumsatz auf. Aufgrund der schwierigen Bestimmung des Energieumsatzes bei Aktivität über indirekte Messmethoden und der potentiellen Messfehler empfehlen wir den Grundumsatz einer Person als Orientierungswert für eine ausreichend hohe Energieverfügbarkeit zu verwenden.

Ein EA unterhalb von 30 kcal pro kg Magermasse wird als kritische Schwelle angesehen, bei der hormonelle Anpassungen im Bereich LH, Leptin, Insulin, T3, Östrogen und Cortisol erstmals auftreten können. Ein EA von 30 kcal pro kg Magermasse liegt in der Regel im Bereich des Grundumsatzes einer Person (Loucks, 2003). Untersuchungen konnten bereits aufzeigen, dass sich nahezu jede Frau mit einem vollständigen Verlust des Menstruationszyklus (Amenorrhoe) unterhalb der kritischen Schwelle von 30 kcal pro kg Magermasse befindet (Reed und Kollegen, 2015). Andererseits ist die Reaktion einer weiblichen Athletin auf das Unterschreiten der kritischen Schwelle von 30 kcal pro kg Magermasse höchst individuell. Es existieren Individuen, die auch oberhalb dieser Schwelle Störungen im weiblichen Zyklus ausprägen können.

Frauen mit einem höheren reproduktiven Alter sind in der Regel weniger sensibel für eine geringere Energieverfügbarkeit über mehrere Tage in Folge. Hormonelle Anpassungen sind weniger schnell zu erwarten, da die reproduktiven Systeme, verglichen mit Frauen, die ein geringes gynäkologisches Alter (Zeitraum seit erster Menstruation) aufweisen, deutlich robuster sind (Loucks, 2006). Abgesehen von der individuellen Reaktion auf das Unterschreiten der kritischen Schwelle, steigt das Risiko mit jeder weiteren Reduktion der EA linear an (Liebermann und Kollegen, 2018). Bei einer Energieverfügbarkeit von unter 24 kcal pro kg Magermasse verstärken sich die potentiellen Auswirkungen auf den Hormonhaushalt deutlich und negative Anpassungen im Bereich der Knochendichte sind zu erwarten (Ihle & Loucks, 2004).

Bei weiblichen Bodybuildern/Physique Athletinnen die eine Wettkampfvorbereitung durchlaufen und extreme Körperfettlevel anstreben, ist ein zeitweises Unterschreiten der kritischen Schwelle nahezu unumgänglich. Hierbei setzt sich die Athletin bewusst einem gewissen Risiko aus, Störungen im Menstruationszyklus davonzutragen. Hierbei sollte der Coach besonders akribisch die EA im Auge behalten und achtsam mit drastischen Kalorienreduktionen umgehen. Störungen im weiblichen Zyklus sollten so lange wie möglich hinausgezögert werden, um hormonell bestmöglich aufgestellt zu sein und potentielle gesundheitliche Auswirkungen abzuwenden. Einzelne Tage oder Wochen im Bereich der Erhaltungskalorien sollten prinzipiell integriert werden, um hormonelle Anpassungen zu minimieren. Frauen sind äußerst sensibel für starke Schwankungen in der Energieverfügbarkeit und können bereits innerhalb von wenigen Tagen unterhalb der kritischen Schwelle mit negativen Anpassungen reagieren. Neben einer chronisch zu geringer Energieverfügbarkeit kann eine dauerhaft zu geringe Zufuhr von Nahrungsfetten ebenfalls einen kleinen statistischen Effekt auf die Reproduktion von Hormonen wie Testosteron und Progesteron besitzen (Mumford und Kollegen, 2016).

Frauen mit Störungen im Menstruationszyklus präferieren erfahrungsgemäß eine Ernährungsform mit geringem Fettanteil. Um etwaige hormonelle Auswirkungen durch eine zu geringe Fettzufuhr auszuschließen, empfehlen wir den Fettanteil bei Frauen im Kaloriendefizit bei mindestens 20% der Gesamtmenge an Kalorien zu halten.

Auswirkungen von Störungen des Menstruationszyklus

Störungen im Menstruationszyklus gehen in der Regel mit einer messbaren Reduktion der weiblichen Sexualhormone einher. Durch eine verringerte Östrogenkonzentration geht die stimulierende Wirkung auf das Immunsystem und die Knochendichte verloren (De Souza & Williams, 2005). Haarausfall, depressive Verstimmungen und eine Appetitzunahme können als Begleiterscheinungen auftreten. Die Abnahme von Progesteron kann dazu führen, dass sich der Grundumsatz nicht wie im regulären Menstruationszyklus natürlich in der Lutealen Phase erhöht. Dies verringert wiederum den monatlichen Energieumsatz bedeutend. Weitere hormonelle Anpassungen, wie verringerte T3 und Leptinlevel, zeigen ebenfalls eine regulierende Wirkung auf den Energiehaushalt. Lethargie und ein hohes Ausmaß an Erschöpfung können zudem die Aktivität im Alltag (NEAT) verringern. Auch Schlafstörungen können beobachtet werden. 

Die gesundheitlich wohl bedeutendste Auswirkung liegt in der möglichen Abnahme der Knochendichte. Verhältnismäßig besitzen Frauen bereits eine geringere Knochendichte als Männer. Frauen erreichen in der Regel bis zu ihrem 18. Lebensjahr 90% der maximalen Knochendichte. Bis zum 30. Lebensjahr wird in der Regel die maximale Knochendichte erreicht (Teegarden und Kollegen, 1995). Von da an kommt es zu einem altersbedingten Abbau an Knochendichte. Frauen, die ihren weiblichen Zyklus über mehrere Monate oder sogar Jahre zu einem frühen Zeitpunkt verloren haben, limitieren ihre maximal erreichbare Knochendichte und erreichen dadurch ein erhöhtes Risiko für Osteoporose (Knochenschwund) (Goolsby & Boniquit, 2017). Osteoporose führt zu porösen und weniger elastischen Knochen, dadurch steigt die Anfälligkeit gegenüber Knochenbrüchen. Je länger der Hormonhaushalt gestört ist, desto höher ist das Risiko im späteren Leben an Osteoporose zu erkranken. Frauen mit ausbleibendem Menstruationszyklus zeigen eine um durchschnittlich 15% verringerte Knochendichte als die Kontrollgruppe in vergleichbarem Alter (Davies, Hall & Jacobs, 1999). Die Auswirkungen auf die Knochendichte sind dabei in erster Linie von der Länge und des Zeitpunktes der hormonellen Störungen abhängig. Demnach sind die Auswirkungen besonders hoch, wenn in jungen Jahren über lange Zeiträume der weibliche Zyklus gestört wurde. 

Ein chronisch geringer Energieverfügbarkeitsquotient innerhalb eines lang anhaltenden Kaloriendefizits kann negative hormonelle Anpassungen verursachen. Wie bereits dargestellt, können die Auswirkungen so weitreichend sein, dass die eigene Gesundheit nachhaltig geschädigt werden kann. Frauen, die Störungen im weiblichen Zyklus aufweisen sollten, wenn möglich, unmittelbar die Nahrungsaufnahme erhöhen und/oder die Aktivität verringern, um weitere negative Anpassungen des Hormonhaushaltes und mögliche gesundheitliche Komplikationen abzuwenden. Eine ärztliche Konsultation ist bei Störungen der Menstruation dringend zu empfehlen. Strategien wie Refeeds und Diet Breaks können helfen, metabolische und hormonelle Anpassungen zu minimieren, indem die Energieverfügbarkeit zeitweise erhöht wird. 

Schlussendlich ist der Energieverfügbarkeitsquotient keine strikt berechenbare Grenze, sondern vielmehr ein Konzept. Dieses soll veranschaulichen, dass eine abnehmende Energieverfügbarkeit ein kontinuierlich ansteigendes Risiko für hormonelle Veränderungen birgt, die mitunter eine menstruelle Dysfunktion auslösen können. In der Praxis eignet sich der Grundumsatz einer Frau am ehesten als Richtwert hinsichtlich der Mindestmenge an Kalorien. 

Quellen

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