Mareike Großhauser

Untersuchungen zur Ernährungssituation von jungen Leistungssportlern verschiedener Disziplinen unter der besonderen Berücksichtigung von Zink und seiner Bedeutung für das Immunsystem

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Ernährungswissenschaften (Dr. troph.) vorgelegt an der Landwirtschaftlichen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 09.12.2002

Abstract
Die Grundlagen für einen professionellen Leistungssport werden bereits in jungen Jahren geschaf-fen. Nicht nur altersbedingte, physiologische Entwicklungen wie z. B. schnelles Wachstum, hormo-nelle Veränderungen in der Pubertät u. s. w., sondern auch regelmäßige und intensive Trainings-belastungen erfordern eine vollwertige Ernährung, die den individuellen Bedürfnissen der jungen Athleten gerecht werden muss. Die vorliegende Arbeit soll einen Beitrag zur Ermittlung der Ernährungssituation von jungen Leistungssportlern verschiedener Disziplinen leisten.
Es wurde die Versorgung wichtiger Nährstoffe mittels einer computergestützten Auswertung (Prodi 4.5/03 expert) von 7-Tage-Ernährungsprotokollen von 99 jungen Leistungssportlern (11 - 22 Jahre) untersucht. Die Auswertung der Ernährungsprotokolle ergab, dass einige Nährstoffe unzureichend von den Athleten zugeführt wurden. Deshalb wurden einige kritische Nährstoffe in anschließenden Blutprobenanalysen näher betrachtet. Es wurden die Plasmakonzentrationen der Vitamine Vitamine A, E, B12 und Folsäure bestimmt. Zusätzlich wurde der Fettsäurestatus der Athleten über die Fettsäurezusammensetzung in den Membranphospholipiden der Erythrozyten bestimmt. Weitere klinisch-relevante Parameter wie die Hämoglobin- und Kreatininkonzentration, die Enzymaktivität der Glutathionperoxidase sowie die Konzentrationen der Schilddrüsenhormone T4, fT4 und T3 im Plasma wurden ermittelt. Die Auswertung der Ernährungsprotokolle und Blutanalysen ergab folgende Ergebnisse:
Die Energiezufuhr der Athleten war im Vergleich zum geschätzten Energiebedarf deutlich niedriger. Dies machte sich u.a. auch in einer zu geringen Aufnahme von Kohlenhydraten [g] und teilweise auch von Fett [g] bemerkbar. Insbesondere die Aufnahme von n-3-Fettsäuren schien in der Ernährung der Athleten unzureichend zu sein. 55 % der Athleten konnten auch unter der Berücksichtigung von ß-Karotin nicht die Zufuhrempfehlung der DGE für Vitamin A erreichen, was sich auch für 68 % der Athleten, insbesondere von den Technisch-kompositorischen Disziplinen, in einer unzureichenden Konzentration für Vitamin A im Plasma zeigte und auf eine nicht optimale Vitamin-A-Versorgung einiger Athleten deutete. Die Auswertung der Ernährungsprotokolle ergab weiterhin, dass 38 % zu wenig Vitamin E, 14 % der Sportler zu wenig Vitamin-B12- und fast alle Athleten zu wenig Folsäure aufnahmen. Aufgrund der dennoch im Normbereich befindlichen Vitamin-E-, Vitamin-B12- und Folsäure-Konzentrationen im Plasma wurden dennoch ausreichende Versorgungszustände der Athleten angenommen. Zusammenfassend konnte festgestellt werden, dass sowohl die Versorgung mit Vitamin A als auch mit n-3-Fettsäuren für die Mehrheit der jungen Nachwuchssportler unzureichend schien. Diesem Ergebnis muss neben einer zu geringen Energie- und Kohlenhydratzufuhr in zukünftigen Studien mehr Beachtung geschenkt werden.
In dem zweiten Teil der vorliegenden Arbeit waren 36 Athleten verschiedener Ausdauer- und Kraftsportarten im Alter von 13 bis 23 Jahren an einer sechswöchigen Zinksupplementierung be-teiligt. Es wurden sowohl die Wirkung eines unterschiedlichen Zinkstatus als auch die Wirkung einer sechswöchigen Zinksupplementierung bei Sportlern mit unterschiedlichem Zinkstatus auf ausgewählte hämatologische Parameter (Hämatokrit, Hämoglobin, MCHC, CRP, Haptoglobin als Hämolysemarker und die Hämolyseresistenz der Erythrozyten in hypotonen NaCl-Lösungen), auf den Zinkstatus (Zinkkonzentration, Zink-Bindungskapazität und Enzymaktivität der Alkalischen Phosphatase im Plasma) sowie auf den Immunstatus der Athleten (IgG, IgM, Leukozyten und deren Subpopulationen, Anteil der T-Lymphozyten zur Produktion der Zytokinen INF-, TNF- und IL-2) untersucht. Bezüglich des Einflusses von Zink ließ sich folgendes feststellen:
Gruppe 1 mit der anfangs niedrigsten Zinkkonzentration im Plasma (< 80 g/dl), konnte im Vergleich zu den beiden anderen Gruppen, die eine ausreichende Zinkkonzentration im Plasma aufwiesen, ihre Plasmakonzentration nach der Zink-Einnahme um 34 % erhöhen, was eine suboptimale Zinkversorgung von Gruppe 1 bestätigte. Zudem bestand eine negative Korrelation zur Zink-Bindungskapazität (P < 0,05). Gruppe 1 wies erwartungsgemäß zu Beginn der Studie die niedrigste Enzymaktivität der Alkalischen Phosphatase auf. Doch nach der Zinksupplementierung wurde auch bei Gruppe 1 keine gesteigerte Aktivität der Alkalischen Phosphatase gemessen. Vor der Zink-Einnahme gab es bezüglich der spezifischen Immunabwehr signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen, wobei für Gruppe 1 signifikant höhere Lymphozytensubpopulationen festgestellt werden konnten. Nach der Zinkgabe kam es für alle drei Gruppen zu einem signifikanten Absinken der Leukozytenzahlen, welches durch ein signifikantes Absinken der Lymphozytenzahlen und deren Subpopulationen zustande kam. Die T-Zellen verringerten sich für alle drei Gruppen aufgrund ebenfalls abgesunkener CD4+- und CD8+-Zellen. Dagegen kam es zu einem signifikanten Anstieg der relativen und absoluten Monozytenzahlen für die Athleten der drei Gruppen. Weder vor noch nach der Zink-Einnahme gab es signifikante Unterschiede bezüglich der Fähigkeit der T-Zellen, die Zytokine INF-, TNF- und IL-2) in vitro zu bilden. Nach der Zinksupplementierung wurde unabhängig von dem anfänglichen Zinkstatus ein signifikantes Absinken der IFN-- und IL-2-produzierenden sowie ein signifikantes Ansteigen der TNF--produzierenden T-Lymphozyten für alle drei Gruppen festgestellt. Aufgrund der Tatsache, dass sich für alle drei Gruppen größtenteils die gleichen signifikanten Veränderungen nach der Zink-Einnahme ergeben haben und nicht wie vermutet hauptsächlich bei Gruppe 1, kann in der vorliegenden Studie von keinem eindeutigen Behandlungseffekt durch Zink gesprochen werden. Es bedarf in Zukunft noch weiterer Untersuchungen, um den Zusammenhang zwischen Zinkstatus und Immunstatus besser verstehen zu können.

The basis for professional high-performance sports is provided at an early age. Not only age- related physiological developments, like for example rapid growth, hormonal changes in puberty and so on, but also regular and intensiv sportive activities require an adequate nutrition that suits the individual requirements of the young athletes. This paper is supposed to contribute to the determination of the nutritional situation of young high-performance athletes of various disciplines. As a part of this thesis in the first part of the survey the nutritional status of 99 athletes between the age of 11 and 22 years were examined with the help of a computer-based evaluation (Prodi 4.5/03 expert) of 7-day-diet-records. Subsequently the concentration of insufficiently provided vitamins and minerals in the blood plasma was analysed in order to acquire more information on the current supply status of the athletes. Additionally the status of fatty acids was specified by the composition of fatty acids in the phosphorlipids of erythrocyte membrane. More clinically-relevant parameters like the concentration of hemoglobin und creatinin, the enzymic activity of the glutathione peroxidase as well as the concentrations of the thyroid gland-hormons T4, fT4 und T3 in the blood plasma were determined. The results of the diet-records and the blood- analyses were the following:
The athlet's energy intake was in comparison to the extimated energy consumption clearly lower. As for the absolute amount of needed carbohydrates that was determined for each athlete on the basis of the estimated energy demand, the male and female athletes took up to less carbohydrates and some athletes to less fat in their nutrition. Particulary the intake of n-3-fatty-acids seemed to be to low. 55 % of the athletes were - even considering ß-carotin - not able to obtain the DGE's recommendation of intake of retinol, which resulted in 68 % of the athletes, especially those of technically-compository-disciplines showing an insufficient concentration of retinol in the blood plasma, which indicates that several athletes are supplied with retinol below the optimal level. 38% of the athletes were not able to cover their demand of -tocopherole, 14% showed an insufficient intake of Vitamin B12 almost all athletes an insufficient intake of folic acid. Nevertheless a sufficient supply of the athletes was presumed due to the normal concentrations of -tocopherole, Vitamin B12 and folic acid in the blood plasma of the athletes. Summing up, it may be said that for the majority of young athletes the supply of retinol as well as of n-3-fatty-acids seems insufficient. Besides an insufficient intake of energy and carbohydrates, in future, studies will have to pay more attention to these results.
In the second part of this paper 36 athletes of different endurance- and power-sport-disciplines bet-ween the age of 13 and 23 took part in a zinc supplementation that lasted six weeks. The effect of a different zinc status as well as the effect of a zinc supplementation lasting six weeks of athletes with different zinc status on selected hematological parameters (hematokrit, hemoglobin, MCHC, CRP, haptoglobin and the resistance of hemolysis of the erythrocytes to hypotonic NaCl-solutions), on the zinc status (concentration of zinc, zinc-binding-capacity and enzyme activity of the alkaline phosphatase) in the blood plasma as well as the effect on the immunological status of the athletes (IgG, IgM, leucocytes and their subpopulations, T-lymphocytes, which produced in vitro the cytokines INF-, TNF- and IL-2) was examined. As for the effect of zinc, the following results were found:
Group 1, beginning with the lowest concentration of zinc in the blood plasma (< 80 g/dl) , was able to increase the concentration of plasma after the intake of zinc by 34 % in comparison to the other groups that had a sufficient supply in the blood plasma at the beginning. This confirms a suboptimal supply of zinc of group 1. Further, there was a negative correlation to the zinc-binding-capacity (P < 0,05). As expected, at the beginning of the survey group 1 showed the lowest enzymic activity of the alkaline phosphatase. But also after the zinc supplementation no increased activity of the alkaline phosphatase was measured. Before the intake of zinc there were significant differences between the groups regarding the specific immune system, whereby significantly higher lymphocyte subpopulations could be determined for group 1. After the intake of zinc all groups showed a significant decline of leukocytes which is a result of the significant decline of lymphocytes and their subpopulations. The amount of T-cells diminished in all three groups because of the decline of CD4+- and CD8+-cells. However, there was a significant increase of the absolute and relative numbers of monocytes for the athletes of all three groups. Neither before nor after the intake of zinc there were any significant differences as to the ability of the T-cells, to produce cytokines INF-, TNF- and IL-2 in vitro. After the zinc supplementation a significant decline of the IFN-- und IL-2- producing, as well as a significant increase of the TNF-- producing T-lymphocytes independent of the status of zinc at the beginning, could be determined for all three groups. Because of the fact that not only group 1, but all three groups showed mostly the same significant changes after the intake of zinc, no definite effect due to the intake of zinc can be stated. It needs further surveys in future in order to understand the connection between the status of zinc and the immunological status better.

Keywords:
Leistungssportler, Ernährungsprotokoll, n-3-Fettsäuren, Vitamine, Zink, Immunsystem, Zytokine

top athletes, diet protocoll, n-3-fatty-acids, vitamins, zinc, immune system, cytokines

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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis, Abbildungs-, Tabellen-, Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung (1-5)
2 Material und Methoden (6-32)
3 Ergebnisse (33-60)
4 Diskussion (61-133)
5. Zusammenfassung (134-141)
6. Literaturverzeichnis (142-157)
Anhang (1-63)