sporters en hun entourage zijn natuurlijk voortdurend op zoek naar manieren om de best mogelijke prestaties neer te zetten. wat een atleet eet, drinkt of anderszins tot zich neemt, kan een grote impact hebben op diens prestatievermogen. vroeger geloofde men bijvoorbeeld in de heilzame kracht van biefstuk, alcohol of tabak. sinds de jaren 1960 laten nieuwe technieken ons toe om echt te zien wat er met de menselijke spier gebeurt tijdens het sporten. zo blijkt de hoeveelheid glycogeen in de spier van groot belang te zijn voor wie een duursport beoefent. daarom volgen heel wat atleten in de aanloop naar belangrijke wedstrijden een koolhydraatrijk dieet, terwijl anderen juist opteren voor een koolhydraatarm maar vetrijk voedingspatroon.

Ketonen en ketogeen dieet in de sport

Chiel Poffé

De ene wielrenner trekt aan een sigaret terwijl een andere nog snel een slok alcohol drinkt. Niet echt een beeld dat je verwacht te zien tijdens de grootste wielerwedstrijd ter wereld – de Ronde van Frankrijk. Toch was dit bij de eerste edities van de Tour de France aan het begin van de 20ste eeuw schering en inslag. Het contrast met het huidige wielerpeloton, waarin de hoeveelheid isotone sportdrank die een renner op kilometerpaal 120 moet drinken tot op de milligram wordt afgewogen en er gegoocheld wordt met zogeheten wonderdranken, met als meest recente voorbeeld ketonen, lijkt niet groter te kunnen zijn. Toch hebben beide tijdperken één ding gemeen: de zoektocht naar hoe we door wat we eten en drinken ons prestatievermogen kunnen maximaliseren.

Bij de eerste edities van de Tour de France was het voedingspatroon van renners veelal intuïtief. Zo aten renners voornamelijk zaken waarvan ze dachten dat ze hen zo veel mogelijk energie zouden geven. Met een excessieve inname van rood vlees als meest gekende gevolg, zoals duidelijk blijkt uit de volgende quote van Eddy Merckx: ‘Het was verschrikkelijk, maar je moest biefstuk eten om sterk te blijven’. Door de grote inname van rood vlees en andere merkwaardigheden zoals de Binda Zabaione (twintig losgeklopte eidooiers vermengd met suiker), kunnen we het dieet van renners uit deze periode nog het best omschrijven als een proteïnerijk dieet. Hoewel voeding zeker niet als een prioriteit werd beschouwd, was er wel reeds veel aandacht voor prestatiebevorderende ‘supplementen’. Zo was het zeer gebruikelijk dat renners een sigaret opstaken in de eerste helft van een etappe om hun longinhoud te vergroten en hun hart op te warmen, terwijl er lustig alcohol werd gedronken om de pijn en de inspanning van het fietsen te verzachten.

Kennis over welke voeding het meeste garantie biedt voor een optimale sportprestatie kwam pas voor het eerst echt tot ontwikkeling in de jaren ’60 van de vorige eeuw. Aan de basis hiervan lag de uitvinding van de spierbiopsietechniek door Jonas Bergström en Eric Hultman. Deze techniek stelde wetenschappers voor het eerst in staat om het metabolisme in de menselijke spier te bekijken tijdens inspanning. Zo bleek spierglycogeen de primaire energiebron te zijn tijdens duurinspanningen aan hoge intensiteit. Bijgevolg speelt spierglycogeen dus een cruciale rol bij de meest gangbare duursporten. Daarnaast bleek de hoeveelheid glycogeen ook gelimiteerd te zijn. Zo zorgt een intensieve inspanning voor een drastische daling van de hoeveelheid glycogeen in de spier. En nog belangrijker: de resterende hoeveelheid glycogeen in de spier blijkt nauw gerelateerd te zijn aan hoe lang een inspanning nog kan worden voortgezet. Deze kennis legde dan ook de basis voor talloze studies waarin men probeerde de uitputting van de glycogeenvoorraad in de spier zo lang mogelijk uit te stellen om zo de prestatie te verhogen.

De resterende hoeveelheid glycogeen in de spier bepaalt hoe lang een inspanning nog kan worden voortgezet

De meest voor de hand liggende manier om dit te bekomen is door de glycogeenvoorraden in de spier te verhogen. Reeds in 1967 werd, opnieuw door onder andere Bergström en Hultman, aangetoond dat de hoeveelheid glycogeen in de spier kan worden gemanipuleerd door de hoeveelheid koolhydraten in het dieet aan te passen. Zo bleek het volgen van een koolhydraatrijk dieet in de dagen na afloop van een maximale inspanning te zorgen voor hogere glycogeenvoorraden in de spier dan het volgen van een normaal of koolhydraatarm dieet. Daarnaast blijkt dat het volgen van een dergelijk regime in de dagen voorafgaand aan een uithoudingswedstrijd gepaard gaat met een prestatieverbetering van maar liefst 2 à 3 procent. Dit principe van een toename of ‘supercompensatie’ van glycogeen door het volgen van een koolhydraatrijk dieet in de aanloop naar een belangrijke wedstrijd wordt vandaag de dag dan ook nog steeds veelvuldig toegepast door atleten met het oog op een maximale prestatie, met als meest gekende voorbeeld de pasta’s en bananen die gegeten worden voor een wedstrijd.

Later bleek dat, naast de inname van koolhydraten voorafgaand aan inspanning, ook de inname van koolhydraten tijdens inspanning leidt tot een verbeterde duurprestatie. Hierdoor is het innemen van koolhydraten tijdens een wedstrijd ook gemeengoed geworden in tal van duursporten. En als je kijkt naar de huidige wielerwedstrijden waarbij renners lustig gelletjes, bars en koolhydraatrijke sportdranken innemen, heeft dit de sportvoedingsindustrie duidelijk geen windeieren gelegd.

Een andere, meer radicale insteek om spierglycogeen te sparen is door niet meer maar net minder koolhydraten te eten. De idee hierachter is dat, door minder koolhydraten maar meer vet te eten, de bijdrage van vet als energiesubstraat voor de spieren verhoogt, waardoor er minder spierglycogeen nodig is. Zo’n vetrijk dieet slaagt er inderdaad in om het gebruik van vetten tijdens inspanning op indrukwekkende wijze te verhogen. Zo wordt er typisch een verdubbeling tot zelfs een verdrievoudiging in de vetoxidatie geobserveerd, met een gelijkaardige daling in het gebruik van spierglycogeen tot gevolg. Desondanks slaagt deze benadering er niet in om de prestatie te verbeteren ten opzichte van het volgen van een koolhydraatrijk dieet. Meer nog, het volgen van een vetrijk dieet leidt zelfs tot een prestatiedaling tijdens de meest gangbare sportdisciplines.

In de meest gangbare sportdisciplines leidt een vetrijk dieet juist tot een prestatiedaling

Hoe kan het nu dat vetten koolhydraten afdoende kunnen vervangen als brandstof voor de spieren, maar dat dit toch leidt tot een verminderde prestatie? Om dit te begrijpen moeten we kijken naar hoe vetten en koolhydraten door ons lichaam worden gebruikt om de energie te genereren die noodzakelijk is om te kunnen sporten. Energie in ons lichaam wordt voornamelijk geproduceerd uit de afbraak van de molecule adenosinetrifosfaat (atp). Deze molecule bevindt zich in de spier en wanneer ze wordt afgebroken komt hierbij ~31 kilojoule energie vrij. Dit is het equivalent van de energie die nodig is om een spaarlamp ongeveer één uur te laten branden. Deze energie kan vervolgens gebruikt worden om beweging mogelijk te maken. De hoeveelheid atp in onze spieren is echter zeer beperkt (~5 mmol atp per kg spier). Zo wordt tijdens een 100 meter sprint in de atletiek atp afgebroken aan een snelheid van bijna 4 mmol per kg spier per seconde. Desondanks daalt de atp-concentratie in onze spieren nauwelijks tijdens inspanning.

Om de atp-voorraad op peil te houden wordt atp continu opnieuw aangemaakt in ons lichaam. Tijdens duurinspanning gebeurt dit voornamelijk door vetten en koolhydraten af te breken. Hierbij kunnen vetten een veel grotere hoeveelheid atp genereren dan koolhydraten. Zelfs de magerste atleet ter wereld heeft immers nog steeds een enorme vetreserve ter beschikking, terwijl onze koolhydraatreserves zeer beperkt zijn. Hierdoor zal tijdens een extreme duurinspanning zoals bijvoorbeeld een ultramarathon de meeste energie aangeleverd worden door vetten. Ondanks de grotere beschikbare energie die vetten kunnen aanleveren zijn ze wel minder efficiënt dan koolhydraten. Zo hebben vetten ongeveer 7 % meer zuurstof nodig per molecule atp die wordt aangemaakt in vergelijking met koolhydraten. Door dit verschil in efficiëntie heeft  ons lichaam er dus alle baat bij om bij een inspanning aan hoge intensiteit voornamelijk koolhydraten te gebruiken. Dit verklaart meer dan waarschijnlijk dan ook waarom een koolhydraatrijk dieet voordeliger is dan een vetrijk dieet bij typische uithoudingssporten, aangezien deze steeds voor een groot deel worden uitgevoerd aan hoge intensiteit.

Ondanks de suprematie van koolhydraten is er recent ontzettend veel aandacht voor een specifieke vorm van het vetrijke dieet, met name het gebruik van een ‘ketogeen dieet’. Dit dieet vereist een extreem lage koolhydraatinname (minder dan 50 g per dag) in combinatie met een ontzettend hoge inname van vetten. Naast het verhogen van de bijdrage van vetten zoals bij een standaard vetrijk dieet heeft dit dieet nog een tweede doel. Door de lage inname van koolhydraten zal ons lichaam namelijk ketonen gaan aanmaken.

Bij verminderde koolhydraatreserves maken we ketonen aan: een evolutionaire aanpassing

Ketonen zijn moleculen die aangemaakt worden door de lever uit de afbraak van vetten. Hoewel ketonen continu geproduceerd worden, wordt de productie danig opgedreven onder omstandigheden waarbij de koolhydraatreserves verminderd zijn, zoals bij het volgen van een ketogeen dieet of een periode van vasten. De aanmaak van ketonen onder deze omstandigheden is een evolutionaire aanpassing om te overleven op de energiereserves in ons lichaam tijdens perioden van hongersnood. Dit belang van ketonen werd voor het eerst aangetoond in de jaren ’60. In een reeks van experimenten liet men zwaar obese patiënten vasten met als doel hen op een gezond gewicht te krijgen. De limiterende factor om zulke periodes zonder calorie-inname als mens te overleven werd geacht de energievoorziening van de hersenen te zijn. Onze hersenen zijn immers nagenoeg volledig afhankelijk van glucose als energiesubstraat. Glucose is echter maar zeer beperkt aanwezig in ons lichaam. Hierdoor zal ons lichaam al vrij snel proteïnen, glycerol en lactaat omzetten in glucose om in leven te kunnen blijven. Maar ook dit zou slechts volstaan om hoogstens enkele weken te overleven, dacht men. Fascinerend genoeg bleken zulke patiënten in staat om veel langer te overleven, tot wel 9 maanden, zonder ook maar één calorie te eten. De verklaring voor deze discrepantie bleek te maken te hebben met ketonen. Zo gaan ketonen tijdens langdurig vasten het merendeel van de energie aanleveren voor onze hersenen en zo glucose vervangen als belangrijkste energiebron. Hierdoor worden de koolhydraten en proteïnereserve gespaard en de overlevingsduur drastisch verlengd. Naast de mogelijkheid van ketonen om een alternatieve energiebron te zijn voor onze hersenen, blijken ze ook gebruikt te kunnen worden door onze spieren. Daarnaast zijn ketonen niet louter een alternatieve energiebron, maar blijken ze mogelijk ook de metabole efficiëntie te kunnen verhogen. Zo produceert het toedienen van ketonen, zowel aan zaadcellen als aan een geïsoleerd rattenhart, meer energie voor eenzelfde zuurstofverbruik in vergelijking met glucose.

Tijdens langdurig vasten vervangen ketonen glucose als belangrijkste energiebron

Deze twee eigenschappen van ketonen liggen dan ook aan de basis van het geloof dat een ketogeen dieet de prestatie beduidend kan verhogen. Enerzijds is er, door hun functie als alternatieve energiebron voor glucose, minder nood aan spierglycogeen, waardoor spierglycogeen minder snel wordt uitgeput. Anderzijds zijn ketonen, door hun verhoogde metabole efficiëntie , mogelijk een meer efficiënte brandstof voor onze spieren. Toch kunnen ketonen deze hoge verwachtingen helaas niet waarmaken doordat de voordelen van ketonen niet opwegen tegen de negatieve effecten van een vetrijk dieet. Hierdoor is ook het gebruik van een ketogeen dieet nog steeds nadelig voor de prestatie in typische duursporten. Bijgevolg blijft het gebruik van een koolhydraatrijk dieet de beste garantie voor een optimale prestatie.

Voor zo’n optimale prestatie zouden we in een ideaal scenario dus moeten kunnen genieten van én verhoogde ketonenconcentraties in ons lichaam én een koolhydraatrijk dieet waardoor er zo veel mogelijk spierglycogeen aanwezig is en we door ketonen nog een bijkomende energiebron ter beschikking hebben. Vrij recent werd dit voor het eerst mogelijk door de ontwikkeling van een ketonester. Inname van 25 g van deze ketonester verhoogt de ketonenconcentratie in het bloed immers binnen de 30 minuten tot waardes vergelijkbaar met enkele dagen vasten. Hierdoor is het voor het eerst mogelijk om de voordelen van ketonen te combineren met een hoge koolhydraatinname voor en tijdens inspanning. Ondanks veelbelovende eerste resultaten van de bedenkers van dit drankje blijkt dat het bijkomend innemen van deze ketonendrank echter geen voordeel oplevert ten opzichte van de inname van voldoende koolhydraten alleen. De verklaring hierachter is dat onze spieren koolhydraten verkiezen boven ketonen onder normale fysiologische omstandigheden, waardoor de beschikbare ketonen nauwelijks gebruikt worden als energiebron tijdens inspanning.

Waarschijnlijk ligt het grote voordeel van ketonen in hun rol net ná inspanning

De rol van ketonen in de sport leek dus uitgespeeld. Tot recente studies aantoonden dat het grote voordeel van ketonen waarschijnlijk niet ligt in hun rol tijdens inspanning, maar net erna. Zo blijkt het innemen van ketonen na inspanning tijdens een intensieve trainingsperiode de metabole en fysiologische respons op inspanning danig te veranderen, waardoor uiteindelijk de prestatie verbetert. Daarnaast hebben ketonen ook een directe impact op tal van fysiologische processen in de spier, waaronder de aanmaak van bloedvaten en de regulatie van stamcellen. Hierdoor is er momenteel steeds meer evidentie dat we ketonen niet langer louter als een energiesubstraat moeten beschouwen. Integendeel, de mogelijkheid van ketonen om tal van fysiologische en metabole processen te veranderen is waarschijnlijk veel belangrijker dan hun marginale rol als energiesubstraat. Voorts zijn deze effecten van ketonen zeker niet uitsluitend voordelig in het kader van sport. Zo komt er steeds meer voorzichtig bewijs dat ketonen een positief effect hebben op tal van aandoeningen, waaronder de ziekte van Parkinson, Alzheimer en specifieke kankertypes. Hierdoor zal het onderzoek rond ketonen in de toekomst ongetwijfeld veel meer verschuiven in de richting van deze klinische condities.

Om optimaal te presteren in duursporten blijft de grootste kans op succes dus nog steeds het volgen van een gezond en evenwichtig dieet, aangevuld met voldoende koolhydraten voor, tijdens en na het sporten. Recent onderzoek toont aan dat indien hieraan voldaan is, en enkel dan – als ze juist gebruikt worden, met name als hersteldrank tijdens intensieve trainingsperiodes – de inname van ketonen mogelijk nog net dat tikkeltje extra kan geven: het tikkeltje dat het verschil kan maken tussen zilver of goud. Toch blijft een sportprestatie vooral het resultaat van talent en toewijding. Heel veel toewijding.

Chiel Poffé werkt als postdoctoraal onderzoeker met een FWO-mandaat aan de onderzoeksgroep Inspanningsfysiologie van de KU Leuven. Zijn onderzoek focust op de effecten van ketonen tijdens inspanning en training en meer specifiek op de impact van ketonen op herstel, trainingsadaptaties en het prestatievermogen.