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Nitrat-Supplementierung erhöht Bildung von Stickstoffmonoxid (NO)
Stickstoffmonoxid (NO) ist ein kurzlebiges, im Körper produziertes, gasförmiges Signalmolekül. Es ist einzigartig bezüglich seiner Eigenschaft in einer Zelle gebildet zu werden, danach Zellmembranen zu durchdringen und in anderen Zellen deren Funktionen zu regulieren. Stickstoff wird aus der Aminosäure L-Arginin durch das enzymatische System NOS (nitric oxide synthase) gebildet.
NO besitzt viele Funktionen in den Körpergeweben und –Systemen, u.a. eine Rolle im vaskulären Tonus, Blutdruckregulierung, Muskelkontraktion, Muskelwachstum und Zellkinetik (Reaktion auf kontraktile Aktivität). NO ist einer der zentralen vasoaktiven Mediatoren im endothelialen Gewebe, wo eine erhöhte NO-Bildung eine Blutgefässerweiterung (Vasodilatation, auch Vasorelaxation) bewirkt, was den Blutfluss verbessert und auch den Blutkreislauf in die Mikrogefässe vergrössert. Endothelzellen sind flach geformt und kleiden die Innenseite der Blutgefässe aus. Ihre wichtigste Funktion ist die Bildung einer regulierbaren Barriere zwischen dem Blutgefäss und dem extravaskulären Raum. Sie spielen so eine entscheidende Rolle in der Regulierung des Gefässdrucks (vaskulärer Tonus). Je mehr ein Blutgefäss sich entspannt, desto mehr erweitert sich der Gefässdurchmesser, was wiederum einen erhöhten Blutdurchfluss ermöglicht. Innerhalb der interessierten Sportszene, speziell im Bodybuilding, wird ein verbesserter Blutfluss als gleichwertig mit erhöhtem «Pump» betrachtet. Das Anschwellen der Muskulatur durch physische Aktivität wird hauptsächlich durch die Bildung von NO in der aktiven Muskulatur verursacht. Die Wirksamkeit von NO als Stimulans ist bereits innert weniger Tage bemerkbar, aufgrund einer aussergewöhnlichen Reaktivität des Anschwellens («Pump») der Muskulatur auf muskuläre Beanspruchung. Dieses Anschwellen ist nicht nur während der Aktivität bemerkbar, sondern dauert auch einige Stunden danach an. Der erhöhte Blutfluss nach der Aktivität durch NO bewirkt auch eine schnellere Erholung.
Es ist daher nicht erstaunlich, dass viele Athleten an Supplementen mit vasorelaxierenden Substanzen interessiert sind, um ihre Leistung durch verbesserten Blutfluss und damit einhergehende Sauerstoffversorgung in der Muskulatur zu erhöhen. Dass dieses Interesse berechtigt ist, zeigt sich in einigen Studien. So fand man zum Beispiel sehr klare Leistungssteigerungen bei Sportlern durch die Einnahme von nitrat-reichem Rote Beete Saft, was auf eine erhöhte NO-Bildung zurückgeführt wird, und zwar sowohl bei Ausdauer- also auch hoch-intensiven Läufen (1). Die Einnahme von 500 ml Rote Beete Saft (mit umgerechnet 694 mg NO3-) während sechs Tagen erhöhte die Nitratgehalte im Blut ab Tag vier und reduzierte gleichzeitig den systolischen Blutdruck signifikant (124 vs. 132 mmHg, p<0.01). Der belastungsinduzierte Sauerstoffbedarf der Lungen während moderater Ausdauerleistung wurde um 19% reduziert (p<0.05). Dies bedeutet, dass mit weniger Sauerstoff dieselbe Leistung erbracht werden kann, oder mit derselben Sauerstoffmenge eine höhere Leistung ermöglicht wird. Dieses Resultat wird dem gefässerweiternden Effekt des aus dem Nitrat im Körper gebildeten NO zugeschrieben, bzw. der daraus resultierenden verbesserten Mikrozirkulation und Sauerstoffversorgung in der Muskulatur. An Tag 6 derselben Studie wurde mittels eines hoch-intensiven Laufs die Zeit bis zur Erschöpfung getestet. Diese Dauer konnte im Schnitt um massive 16% von 9 min 43 sec auf 11 min 15 sec (p<0.05) ausgedehnt werden!
Solch beeindruckende Leistungsverbesserungen sind noch bemerkenswerter, wenn man bedenkt, dass dieser durch die Supplementierung von nitratreichem Rote Beete Saft erreichte, reduzierte Sauerstoffbedarf nicht in gleichem Masse durch Langzeitausdauertraining möglich ist (2, 3). Folgestudien bestätigten die Leistungsverbesserungen durch eine Supplementierung mit Roter Beete (4, 5, 6, 7, 8, 9). Zusammengenommen deuten diese Resultate an, dass NO eine erhöhte Belastungstoleranz sowohl während Ausdauer- als auch hoch-intensiven, anaerob-laktaziden Belastungen bewirkt! Die potentiellen Leistungsvorteile werden auch von renommierten Instituten wie dem Australian Institute of Sports anerkannt, welches sogenannte Fact Sheets von vielversprechenden Supplementen publiziert (Beetroot juice/Nitrate)
Erhöhung der NO-Bildung durch Nitrat-Supplementierung
Die NO-Bildung in unserem Körper wird durch verschiedene Faktoren gefördert. Einer ist die erhöhte Substratzufuhr, also die Einnahme von Nitrat. Nitrat hat das Potential die Mitochondrien-Funktion zu verbessern und so die sportliche Leistungsfähigkeit zu erhöhen. Mitochondrien spielen eine Schlüsselrolle im zellulären Stoffwechsel. Eine verbesserte Mitochondrinenfunktion hat viele positive Wirkungen im Körper und kann einige der gesundheitlichen Vorteile von Gemüse erklären. Diese Resultate, publiziert in Cell Metabolism, sind insofern von sportphysiologischem Interesse als dass sie zeigen, wie Nitrat den Sauerstoffverbrauch unter physischer Belastung reduziert. Die Forscher zeigten ebenfalls, dass Nitrat den Blutdruck von gesunden Individuen reduziert. Heutzutage werden auch Medikamente auf Basis von Nitrat (NO3-) oder Nitrit (NO2-) verschrieben, weil diese als Substrate in unserem Körper enzymatisch zu NO verstoffwechselt werden, welches wie oben ausgeführt durch seine vasorelaxierende Wirkung den Blutdruck senkt. Nitrit ist auch in Erforschung für einen Einsatz bei verschiedenen Konditionen, wie insuffiziente Blutversorgung in Geweben, Blutdruck, Schlaganfall, Sichelzellenkrankheit, und Magenerkrankungen (10) .
Nitrat ist ein Nährstoff für Pflanzen und kommt darum natürlicherweise in ihnen vor. Rote Beete, Spinat, Grünblattsalate und Kohlarten enthalten speziell hohe Gehalte davon. Dieses natürliche NO3- wird hauptsächlich durch Bakterien des Mundraums zu NO abgebaut, welches dann seine Wirkung in unserem System entfalten kann. Entsprechend scheint auf den ersten Blick der Konsum von nitratreichen Nahrungsmitteln ein einfacher und günstiger Weg zu sein, die NO-Bildung in unserem Körper zu erhöhen. Leider ist dies weder effektiv noch effizient, da der Nitratgehalt in Gemüse aufgrund von saisonalen und anbaubedingten Unterschieden grosse biologische Schwankungen aufweist. Bei einem angenommenen maximalen Nitratgehalt von 3000 mg/kg Frischgemüse wären etwa 230 g an Roter Beete nötig, um die in Studien üblichen Nitratmengen zu erreichen! Diese Mengen an Frischgemüse würden auch die tägliche Nahrungszusammensetzung stark beeinflussen und können Verdauungsprobleme verursachen. Dagegen sind solche Gemüse sehr geeignet um daraus konzentrierte, nitratreiche Nahrungsergänzungsmittel herzustellen. Es ist dabei unerlässlich, den natürlichen Nitratgehalt von jeder Charge zu analysieren und den gewünschten Gehalt durch Verdünnen oder Aufkonzentrieren im Endprodukt einzustellen. Nur so können die natürlichen biologischen Schwankungen ausgeglichen und ein Supplement mit konstantem Nitratgehalt hergestellt werden. Ähnlich wie Nitrat dienen auch die beiden Aminosäuren Arginin und Ornithin als Substrate und Vorläufersubstanzen für die Bildung von NO in unserem Körper. Dieser Stoffwechselpfad ist gut etabliert, aber seine Relevanz im lebenden Organismus ist sehr fraglich. Nichtsdestotrotz sind viele Supplemente, welche eine erhöhte NO-Bildung für sich behaupten, primär auf diesen beiden Aminosäuren konzipiert.
Verbesserung des NOS-Enzymsystems
Ein vielversprechender Mechanismus einer Optimierung der NO-Bildung ist der Einsatz von Enzymen und/oder die Effizienzsteigerung beteiligter Enzymsysteme. In diesem Wirkfeld ist die Zutat Vinitrox einzuordnen, deren Wirkung auf der Förderung der endothelialen NO-Synthase (eNOS) beruht. Diese Zutat besteht aus einer Mischung von Apfel- und Traubenpolyphenolen in einem bestimmten Verhältnis, was einen synergistischen Effekt bewirkt. Das heisst die Kombination der beiden Wirkstoffe in Vinitrox ist wirksamer als die beiden isolierten Effekte addiert (1+1 = 3).
Eine erste in vitro Studie mit Vinitrox zeigte diesen synergistischen Effekt anhand einer um 43% erhöhten Aktivierung des eNOS Systems, was in eine um 24% höhere NO-Bildung und um 50% erhöhte Vasodilatation (Blutgefässerweiterung) in einer ex vivo Folgestudie resultierte. Besonders beeindruckend ist die Tatsache, dass die Gabe von Vinitrox ähnlich wirksam war wie ein blutgefässerweiterndes Medikament (Leucocyanidol), welches eine Kontrollgruppe erhielt. Bemerkenswert ist auch, dass eine Dosis zwischen 200-500 mg Vinitrox ausreichend scheint und eine weitere Dosiserhöhung keine weitere Verbesserung mehr bewirkte.
Eine weitere natürliche Zutat mit dem Ziel die intravaskuläre NO Bildung zu fördern ist CFM Nitro, ein fraktioniertes Molkeprotein mit bioaktiven Peptiden und Proteinen. Diese binden sich an das endotheliale Gewebe und schützen die nativen Stimulatoren der NO-Produktion. CFM Nitro unterstützt so ebenfalls das eNOS System, was in eine entsprechend gesteigerte NO-Bildung und folglich eine Gefässerweiterung resultiert.
CFM Nitro wurde entwickelt, indem man das Molkeprotein mittels der Molekülgrösse fraktionierte, und die verschiedenen Fraktionen auf ihre modulierende Funktion in der NO-Bildung testete. Man wusste bereits vorher, dass zwei Milchpeptidfraktionen unterschiedlicher Molekülgrösse eine Förderung der NO-Bildung bewirken. Um das Potential dieser Wirkung und die Rolle sowohl der nieder- als auch der hochmolekularen Peptidfraktionen zu validieren, untersuchte man deren unabhängige als auch die kombinierte Wirkung auf menschliche Endothel-Zellen der Lungenarterie (ex vivo). Beide Fraktionen erhöhten die NO-Bildung in den Endothel-Zellen bis um einen Faktor 9 in der untersuchten Dosierung. CFM Nitro, welches sowohl die nieder- als auch die hochmolekularen Fraktionen enthält, bewirkte eine Steigerung der NO-Produktion um den Faktor 9.5 bis 12.7!
Verbesserter Blutfluss durch Aufrechterhaltung der normalen Blutplättchen-Aggregation
Eine verbesserte Blutzirkulation, Sauerstoff- und Nährstoffversorgung reduziert sich nicht einzig auf die Förderung der NO-Produktion. Aufgrund verschiedener Faktoren im täglichen Leben wie Stress, Sport oder hohem Cholesterinspiegel können die Blutplättchen aber aktiviert werden und bilden sogenannte „spikes“, wissenschaftlich Pseudopodien genannt. In diesem Zustand können sich die Blutplättchen zusammenlagern, auch an der Gefässwand verhaken und einen Klumpen bilden, den sogenannten Thrombus. Im Normalzustand dagegen sind die Blutplättchen weich und mit glatter Oberfläche, das Blut fliesst geschmeidig durch die Adern. Bei Sportlern ist eine erhöhte Blutplättchen-Aggregation aufgrund von Dehydrierung speziell erwähnenswert. Fruitflow hält die Blutplättchenoberfläche glatt und geschmeidig und verhindert so eine übermässige Aggregation in den Blutgefässen. Gleichzeitig wird aber die normale Blutgerinnung nicht beeinträchtigt, was bei einer Verletzung wichtig ist. Fruitflow wird aus Tomatenextrakt gewonnen und konnte in 10 Humanstudien nachweislich die normale Blutplättchen-Zusammenlagerung aufrechterhalten und den Blutfluss verbessern. Eine diesbezügliche gesundheitliche Anpreisung wurde durch die Europäische Gesundheitsbehörde autorisiert. Die Wirkung tritt innerhalb von 1.5 h nach der Einnahme ein und hält 12-18 h an. Der maximale «blutverdünnende» Effekt wird ca. 3-6 h nach der Einnahme erreicht. Bei täglicher Einnahme kann von einer durchgängigen Wirkung ausgegangen werden.
Vergleich zwischen Vinitrox Pepto und Red Beet Vinitrox
Sponser Sport Food bietet zwei Produkte zur Förderung der NO-Bildung an. Vinitrox Pepto sind Kapseln mit einer synergistischen Kombination von bioaktiven Molkepeptiden (CFM Nitro) und Fruchtenzymen (Vinitrox) mit den oben ausgeführten Wirkmechanismen. Zusätzlich sind die Kapseln mit L-Arginin und L-Ornithin sowie Nucleotiden, den primären Bausteinen aller Zellen, angereichert. Dieses Supplement enthält also kein Nitrat oder Nitrit als Substrat zur NO-Bildung, sondern unterstützt diese mittels optimierter Stoffwechselfunktionen.
Das Red Beet Vinitrox ist eine Trinkampulle mit Rote Beete Konzentrat, welches 400 mg natürlicherweise enthaltenes Nitrat liefert, was etwa dem Gehalt in 500 ml Frischsaft entspricht. Es enthält ausserdem eine ähnliche Kombination von NO-fördernden Zutaten wie in Vinitrox Pepto. Ausserdem ist hier noch der patentierte Tomatenextrakt Fruitflow in der erforderlichen Dosierung beigegeben, um einen geschmeidigen Blutfluss zu erhalten und eine erhöhte Blutplättchen-Zusammenlagerung zu verhindern. Der Erhalt eines normalen Blutflusses, kombiniert mit maximierter NO-Bildung durch mehrere, synergistische Mechanismen, bietet eine weltweit bisher einzigartige diätetische Leistungsunterstützung für ambitionierte Athleten.
In der praktischen Anwendung bietet es sich für Sportler an die Vinitrox Pepto Kapseln als tägliche Trainigsunterstützung direkt vor und nach der Belastung einzusetzen. Dagegen empfiehlt es sich Red Beet Vinitrox hauptsächlich als Wettkampfvorbereitung mehrere Tage vorher einzunehmen, während intensiver Trainingsphasen oder als Einmalgabe vor oder nach Schwerpunkttrainings zur Erholungsförderung.
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(1) Bailey et al, 2009: Dietary nitrate supplementation reduces the O2 cost of low-intensity exercise and
enhances tolerance to high-intensity exercise in humans. J Appl Physiol
(2) Burnley et al, 2000: Effects of prior heavy exercise on phase II pulmonary oxygen uptake kinetics during heavy exercise. J Appl Physiol
(3) Wilkerson et al, 2006: Influence of initial metabolic rate on pulmonary O2 uptake on kinetics during severe intensity exercise. Respir Physiol Neurobiol
(4) Lansley et al, 2011: Dietary nitrate supplementation reduces the O2 cost of walking and running. J Appl Physiol
(5) Cermak et al, 2012: Nitrate supplementation’s improvement of 10-km time-trial performance in trained cyclists.Int J Sport Nutr Exerc Metab
(6) Fulford et al, 2013: Influence of dietary nitrate supplementation on human skeletal muscle metabolism and force production during maximum voluntary contractions. Muscle Physiol
(7) Wylie et al, 2013: Dietary nitrate supplementation improves team sport-specific intense interemittent exercise performance. J Appl Physiol
(8) Muggeridge et al, 2013: A single dose of beetroot juice enhances cycling performance in simulated altitude. Med Sci Sports Exerc
(9) Haider et al, 2014: Nitrate supplementation enhances the contractile properties of human skeletal muscle. Med Sci Sports Exerc
(10) Presley et al, 2010: Acute effect of a high nitrate diet on brain perfusion in older adults. Nitric Oxide.