189 1 Sportdranken door Arthur van Zuylen, wetenschapsjournalist Deze Chemische Feitelijkheid is geschreven in samenwerking met dr. Luc J. C. van Loon, afdeling Humane Biologie, Universiteit Maastricht, Postbus 616, 6200 MD Maastricht. tel. (043) 388 16 35, e-mail: L.vanLoon@HB.Unimaas.nl 1. Inleiding 189 3 2. Fysiologie 189 3 2.1 Energievoorraad 189 4 2.2 Stofwisseling 189 5 2.3 Vochtbalans 189 6 3. Samenstelling sportdranken 189 7 3.1 Osmotische waarde 189 8 3.2 Suikersamenstelling 189 9 3.3 Mineralen 189 10 3.4 Extra toevoegingen 189 11 4. Recepten 189 11 5. Energiedrank in de disco 189 12 6. Nieuwe ontwikkelingen 189 13 7. Literatuur en referenties 189 14
189 3 1. Inleiding Vroeger wonnen sportlieden hun wedstrijden op een boterham met pindakaas, zo wil het verhaal. Dat klopt echter niet helemaal, want al in het oude Griekenland geloofden atleten dat een speciaal voedingspatroon hen aan de overwinning kon helpen. Die lijn is doorgetrokken: om optimaal te presteren volgen tegenwoordig bijna alle topsporters een uitgekiend dieet met voedingssupplementen. Van veel van dit sportvoedsel is het nut wetenschappelijk (nog) niet bewezen. Een uitzondering daarop vormen de sportdranken die vóór, tijdens en/of na de inspanning worden genuttigd. Dergelijke dranken vullen het brandstof- en vochttekort aan dat gedurende het sporten ontstaat, waardoor ze vermoeidheid tegengaan en het herstel van het lichaam bevorderen. Tenminste, als ze de juiste samenstelling hebben. Sportdranken zijn al lang niet meer alleen aan topsporters voorbehouden, want sinds 1984 zijn ze in Nederland gewoon kant-en-klaar te koop. Het aanbod in de supermarkten is inmiddels overweldigend. Een opvallende trend is dat steeds meer niet-sporters hun dorst lessen met energiedranken. Niet zo verwonderlijk dus dat die dranken sinds een paar jaar ook in disco s en cafés opduiken. In de eerste helft van de jaren negentig groeide de afzet van sportdranken in Nederland van 8 miljoen naar 20 miljoen liter per jaar een groei van liefst 150 procent. Recentere cijfers zijn niet bekend, doordat de Nederlandse frisdrankenkoepel NFI door de bomen het bos niet meer ziet: allerlei fabrikanten brengen producten aan de man met het label sport- of energydrink, waardoor de termen nogal verwaterd zijn. 2. Fysiologie De belangrijkste functies van sportdranken zijn het aanvullen van energie die ons lichaam tijdens inspanning verbruikt en het bijvullen van vocht en zouten die door zweten verloren gaan. Voor een beter begrip daarvan is enige fysiologische kennis onontbeerlijk.
189 4 Sportdranken 2.1 Energievoorraad Fysieke inspanning kost energie. De normale dagelijkse energiebehoefte van een volwassene ligt rond de 8500 kilojoule (bij vrouwen) en 11.500 kilojoule (bij mannen), maar afhankelijk van de geleverde inspanning tijdens het sporten kan die energiebehoefte tot wel drie keer zo groot worden. Het lichaam haalt de energie voornamelijk uit de verbranding van vetten en koolhydraten (suikers) die op verschillende plekken liggen opgeslagen (zie tabel 1). Eiwitten worden in een normale, gevoede toestand niet noemenswaardig als brandstof gebruikt; zij fungeren als bouwstof en worden pas aangesproken als de vetten en koolhydraten op zijn. Dat gebeurt niet snel, want alleen al de vetvoorraad is bij een gemiddeld persoon groot genoeg om in theorie meerdere dagen onafgebroken te rennen met een laag tempo. Tabel 1. Energievoorraad bij een gemiddeld persoon (man, +/- 70 kg) Soort Gewicht (gram) Energie (kj) vet vrije vetzuren in bloed 0,4 16 triglyceriden in bloed 4,0 156 triglyceriden in spieren 300 11.700 vetweefsel 12.000 468.000 suikers glucose in bloed 20 360 glycogeen in lever 100 1.800 glycogeen in spieren 350 6.300 uit: L. J. C. van Loon, The effects of exercise and nutrition on muscle fuel selection, proefschrift Universiteit Maastricht, 2001. De grootste energievoorraad zit als zogeheten triglyceriden opgeslagen in vetcellen. Deze cellen bevinden zich voornamelijk in het onderhuidse vetweefsel en tussen de organen in de buik. Daarnaast zit er een relatief kleine hoeveelheid triglyceriden als een soort vetdruppeltjes in de spieren zelf. Een veel geringere energievoorraad bestaat uit koolhydraten, die grotendeels als glycogeen (een keten van glucose-moleculen) opge-
189 5 slagen liggen in de spieren en de lever, en die zich verder als vrij glucose in het bloed bevinden. In theorie leveren deze suikers voldoende energie voor een intensieve inspanning van 60 tot 90 minuten; in de praktijk is dit een stuk minder omdat de betrokken spiervezels na zo n 30 tot 40 minuten door hun glycogeenvoorraad heen zijn. 2.2 Stofwisseling De stofwisseling van suikers en vetten verloopt grotendeels via dezelfde biochemische reacties (zie figuur 1): in beide gevallen wordt via de zogeheten citroenzuurcyclus en de gekoppelde oxidatieve fosforylering de universele energiedonor ATP (Adenosine Tri Phosfaat) geproduceerd. vetten suikers 0886-0311 vrije vetzuren glucose/glycoceen Acetyl-Coenzym-A ATP ADP Coenzym-A O 2 elektronen oxidatieve fosforylering citroenzuurcyclus CO 2 Figuur 1. Biochemie van de stofwisseling.
189 6 Sportdranken Toch bestaat er wel degelijk verschil in de stofwisseling van koolhydraten en vetten. Suikers zijn een snelle energiebron: per seconde kan er veel méér energie uit vrijgemaakt worden dan uit de langzame vetten. Bij inspanningen met een middelmatige tot hoge intensiteit vormen suikers dan ook de belangrijkste brandstof om aan de hoge energiebehoefte van het lichaam te voldoen. Bij inspanningen met een lage intensiteit legt de vetverbranding meer gewicht in de schaal. Hoewel een sporter door training en voeding de glycogeenvoorraad in het lichaam kan vergroten, blijft de hoeveelheid suikers die kan worden opgeslagen relatief beperkt. Bij intensieve inspanning van één uur of langer zullen daarom suikers ingenomen moeten worden om te voorkomen dat het prestatievermogen daalt door een te lage glucosespiegel van het bloed. Ziedaar het nut van sportdranken: ze voorkomen dat het lichaam te diep in de eigen glycogeenreserves moet tasten. 2.3 Vochtbalans Tijdens het sporten (of beter: lichamelijke inspanning) gaat het lichaam zweten om warmte kwijt te raken. Zweet komt via de poriën op de huid, waar het verdampt en op die manier warmte aan het lichaam onttrekt. Vochtverlies leidt tot een verminderde capaciteit om deze warmte af te voeren, waardoor de lichaamstemperatuur oploopt en het prestatievermogen daalt. Een vochtverlies van twee procent van het lichaamsgewicht veroorzaakt al een prestatiedaling van twintig procent. Wanneer het vochtverlies méér van vijf procent bedraagt (bij een volwassene van 70 kilo betekent dit dus ruim drie liter zweet) neemt de prestatiecurve dramatisch af en komt het lichaam zelfs in een gevarenzone: het bloed wordt té stroperig en door de hoge lichaamstemperatuur raken essentiële enzymsystemen ontregeld. Met name duursporters die op warme dagen te weinig drinken lopen dit risico op oververhitting; zij krijgen dan een zogeheten heatstroke en kunnen zelfs flauwvallen. Het belang van een goede vochtbalans is dui-
189 7 0886-0312 Figuur 2. Prestatiecurve bij vochtverlies (bron: Universiteit van Gent). delijk bij wielrenners, die s zomers tijdens een zware bergetappe soms wel zeven liter vocht (of meer) drinken. 3. Samenstelling sportdranken Sportdranken zijn er in vele soorten en maten, met ieder een eigen samenstelling. De smaak van een sportdrank is van groot belang, omdat bij mensen pas een dorstprikkel ontstaat als een bepaalde uitdroging is bereikt. Strikt genomen is het dan al te laat. Bij duursporten bedraagt de vrijwillige vochtinname zelden een halve liter per uur. Aangezien de transpiratieverliezen hoger zijn zelfs in koele omstandigheden is vochtverlies dan onvermijdelijk. Om dit verlies zoveel mogelijk tegen te gaan moet een sportdrank een aangename smaak hebben, want het is gebleken dat toevoeging van smaakstoffen aan water de vrijwillige inname door duursporters verhoogt. Afhankelijk van hun functie wordt er onderscheid gemaakt tussen sportdranken (ook wel rehydratatiedranken en energiedranken genoemd) en hersteldranken. De eerste groep is bedoeld om tijdens het sporten snel watertekorten op te heffen en bevat bovendien meestal extra mineralen (zouten) om het verlies aan elektrolyten door transpiratie te compenseren. De tweede groep bevat méér koolhydraten
189 8 Sportdranken en is specifiek voor het aanvullen van de energiereserves na het sporten. 3.1 Osmotische waarde Een veelgebruikte term bij sportdranken is hun osmotische waarde : het aantal deeltjes dat erin opgelost zit. Men spreekt van isotone, hypotone en hypertone dranken. 0886-0313 Figuur 3. Osmotische waarde van sportdranken. Een isotone drank heeft dezelfde osmotische druk als het lichaamsvocht, wat inhoudt dat hij per volume-eenheid ongeveer hetzelfde aantal deeltjes (suikers en elektrolyten) bevat als lichaamsvocht en daardoor even snel of sneller wordt opgenomen dan water. Een isotone oplossing kan daardoor snel de maag verlaten zonder dat hij door het lichaam verdund hoeft te worden. De meeste commerciële isotone dranken bevatten tussen de 4 en 8 gram koolhydraten per 100 ml. Een hypotone drank heeft een relatief lage osmotische druk, wat betekent dat hij per volume-eenheid minder deeltjes bezit dan het lichaamsvocht. Doordat de drank meer verdund is, wordt hij sneller opgenomen dan water. Gemiddeld genomen bevat een hypotone drank minder dan 4 gram suikers per 100 ml. Een hypertone drank heeft een grotere osmotische druk dan het lichaamsvocht, aangezien hij per volume-eenheid méér deeltjes bevat. Hij is dus geconcentreerder en wordt langzamer opgenomen dan gewoon water.
189 9 Een hypertone drank bevat doorgaans meer dan 8 gram suikers per 100 ml. Sportdranken met een te hoge osmotische waarde (specifiek: meer dan 400 mosmol/kg) hebben een averechts effect, omdat ze het ledigen van de van maag vertragen en tot maag- en darmklachten kunnen leiden doordat ze vocht aantrekken. Tabel 2. Wanneer is welk soort (sport)drank het geschiktst? Omstandigheid inspanning < 0,5 uur matige/gemiddelde inspanning < 1 uur zware inspanning 1-2 uur zware inspanning > 1uur (onder koele omstandigheden Soort drank niets, water water, hypotone of isotone sportdrank hypotone of isotone sportdrank hypotone of isotone sportdrank 3.2 Suikersamenstelling Behalve de hoeveelheid koolhydraten wisselt ook de soort suikers per energiedrank. Meestal gaat het om monosacchariden (zoals glucose en fructose), disacchariden (bijvoorbeeld saccharose en maltose), of polysacchariden (lange gekoppelde suikermoleculen zoals maltodextrine) en/of oplosbaar zetmeel. Onderzoek heeft aangetoond dat vrijwel alle wateroplosbare suikers even snel door het lichaam worden verbrand. Dit geldt voor glucose en glucosepolymeren, maltose, sucrose en zetmeel. De verbranding van fructose en galactose loopt daarentegen langzamer, en bovendien kunnen te hoge fructoseconcentraties darmproblemen veroorzaken. Uit ander onderzoek blijkt overigens dat zowel getrainde als ongetrainde sporters evenveel baat hebben bij de orale inname van suikers: beide groepen halen er een kwart van hun energiebehoefte uit tijdens inspanning met een middelmatige intensiteit. De verbranding van de suikers uit sportdranken heeft een plafondwaarde: getrainde én ongetrainde mensen kunnen maximaal circa 1 à 1,1 gram oraal ingenomen glucose verbranden. Zelfs bij extreme inname van suikers zal er per uur dus niet meer dan zo n 60 tot 70
189 10 Sportdranken 0886-0314 Figuur 4. Energieverbruik bij ongetrainde en getrainde sporters die lichte tot middelzware fietsinspanning (±150Watt) deden. gram van worden geoxideerd door het lichaam. Kortom, in de praktijk dienen sportdranken niet meer dan 8-12% koolhydraten te bevatten. Bij de energierijke hersteldranken voor na de inspanning is een hogere concentratie geen probleem. 3.3 Mineralen De snelheid waarmee een sportdrank de darmwand passeert is afhankelijk van de aanwezigheid van natrium en glucose. Natrium stimuleert de absorptie van koolhydraten en water in de dunne darm: er is een zogeheten co-transport van natriumionen en glucosemoleculen door het darmmembraan, waarbij de watermoleculen als het ware worden meegetrokken. Daarnaast is natrium van belang voor het op peil houden van het extracellulaire vochtvolume. Vandaar dat de toevoeging van natrium aan sportdranken zinvol is.
189 11 Vergeleken met gewone frisdranken zit in sportdranken dan ook tien keer zoveel natrium (tussen de 0,4 en 1,1 gram per liter), meestal in de vorm van keukenzout NaCl. Alleen bij inspanningen die langer dan vier uur duren bestaat het gevaar van hyponatremie een te laag natriumgehalte in het lichaam. In sportdranken hoeven eigenlijk geen andere zouten dan natriumzouten te zitten. Tijdens zware inspanning verliest een sporter weliswaar veel mineralen door het zweten, maar normaal gesproken is de inname daarvan via het voedsel voldoende om deze verliezen te compenseren. Met uitzondering van de natriumzouten is het dus onnodig om mineralentekorten al tijdens het sporten aan te vullen via rehydratatiedranken. 3.4 Extra toevoegingen Om zich van de concurrentie te onderscheiden stoppen fabrikanten naast suikers en mineralen ook allerlei andere ingrediënten in hun sportdranken. Veel van die toevoegingen hebben echter geen prestatieverbeterend effect althans, het wetenschappelijke bewijs daarvoor ontbreekt. Een voorbeeld zijn vitamines. Hoewel sporters een verhoogde vitaminebehoefte hebben, is er geen enkel voordeel te halen uit de aanvulling van vitamines via een sportdank. Een vitaminetekort ontstaat namelijk niet binnen een tijdsduur van een paar uur, maar van enkele weken. Een goed uitgebalanceerd en normaal voedingspatroon is voldoende om de dagelijkse hoeveelheid vitamines aan te vullen. Andere onbewezen toevoegingen in energiedranken zijn plantaardige extracten zoals ginseng of guarana en stoffen als taurine (zie verderop onder Energiedrank in de disco ) en aspartaat. 4. Recepten Hoewel het gemak van de kant-en-klare sportdranken uit de winkel groot is, hebben ze als nadeel dat ze nogal prijzig zijn. Terwijl het helemaal niet zo moeilijk is om zélf aan de keukentafel een goed-
189 12 Sportdranken kope sportdrank te maken die de optimale hoeveelheid suikers (circa acht procent) bevat. Enkele voorbeeld-recepten voor de bereiding van zo n huisgemaakte drank: 60-80 gram kristalsuiker oplossen in 1 liter water 60-80 gram glucose oplossen in 1 liter water 60-80 gram maltodextrine (te koop bij de apotheek) oplossen in 1 liter water 100 ml roosvicee oplossen in liter water Desgewenst kan aan deze mengsels een flinke theelepel keukenzout worden toegevoegd om ook extra elektrolyten binnen te krijgen. 5. Energiedrank in de disco De afgelopen jaren zijn sport- en energiedranken opvallend populair geworden onder jongeren die uitgaan. Het bekendste voorbeeld is Red Bull, de drank waarvan de reclame claimt dat hij vleugels geeft en die een boel navolgers heeft gekregen. Het idee voor deze energiedrank deed de Oostenrijkse zakenman Dietrich Mateschitz midden jaren tachtig op in Azië; hij kocht daar de rechten op het brouwsel en bracht het vervolgens in Europa en de VS op de markt. Met succes, want in 2001 werden er wereldwijd meer dan 1 miljard blikjes van verkocht. Dat Red Bull oppeppend werkt is niet zo vreemd, want één blikje van 250 ml bevat net zoveel caffeïne als een kop sterke koffie. Caffeïne heeft een stimulerend effect op het centraal zenuwstelsel en op de bloedcirculatie. Red Bull bevat verder een grote hoeveelheid suikers (voornamelijk sucrose en glucose); één blikje levert 480 kilojoule energie (zie tabel 3). Van de overige ingrediënten (zoals vitaminen, glucuronolacton en taurine) is het werkzame effect echter nog nooit wetenschappelijk bewezen.
189 13 Tabel 3. Merk Energieinhoud van enkele bekende merken (sport)drank Energie (kilojoule/100 ml) Spa blauw 0 Extran hypotone dorstlesser 69 Gatorade 120 Isostar 122 Extran isotone dorstlesser 125 AA after activity drank 147 Red Bull 192 AA high energy drank 315 Extran energy drank 669 Als échte sportdrank is Red Bull overigens niet bepaald geschikt: gezien de hoeveelheid suikers is het meer een hersteldrank voor ná de inspanning. Bovendien vormt de caffeïne een bottleneck. Niet zozeer omdat het op de dopinglijst van het IOC staat (sporters zijn positief als hun urine meer dan 12 milligram cafeïne per liter bevat, maar daarvoor moet je binnen één uur zes blikjes Red Bull drinken), maar vanwege de nadelige effecten. Cafeïne kan hoofdpijn, slapeloosheid en darmklachten veroorzaken en heeft een diuretisch effect: het zet het lichaam aan om vocht af te drijven via de urine. Zeker voor duursporters is dat een ongewenste bijwerking. In 2001 raakte Red Bull in opspraak nadat er in Zweden en Ierland in korte tijd een aantal jongeren overleden die de drank hadden gebruikt tijdens het uitgaan of sporten. Of de energiedrank ook écht de doodsoorzaak was is onduidelijk. Wel waarschuwen medici voor het gecombineerde gebruik van alcohol en energiedranken het zogeheten mixen. Want zeker bij grote hoeveelheden kan dit risico s opleveren voor de gezondheid. 6. Nieuwe ontwikkelingen De klassieke sportdranken zijn voornamelijk gebaseerd op suikers. Uit onderzoek aan de Universiteit Maastricht blijkt echter dat aminozuren en eiwitten eveneens nuttig kunnen zijn in een sportdrank: ze versnellen het herstel na een inspanning. Door de toevoeging van aminozuren/eiwitten gaat het lichaam meer insuline produceren, en
189 14 Sportdranken dit hormoon stimuleert op zijn beurt de omzetting van glucose in glycogeen. Vergeleken met een gewone sportdrank kan met zo n gemengde suiker-eiwitdrank tot twee keer zoveel glycogeen in de spieren worden opgeslagen. Omdat losse aminozuren bitter zijn en de sportdrank dus een vieze smaak zouden geven, is in Maastricht geëxperimenteerd met een zogeheten eiwithydrolysaat: een mengsel van deels afgebroken eiwitten die nog niet gesplitst zijn in aminozuren. Het hydrolysaat bleek effectief te werken en de smaak van de drank niet nadelig te beïnvloeden. Naar verwachting komt dan ook binnenkort in Nederland een hersteldrank op de markt die naast suikers een glutenhydrolysaat bevat. De nieuwste ontwikkeling zou het toevoegen van vetten aan sportdrank kunnen worden. Vet en sportvoeding werden lange tijd gezien als water en vuur, maar dat inzicht begint te veranderen. Bij langdurige inspanning verbrandt het lichaam zoals eerder gezegd veel vet, onder andere de intramusculaire triglyceriden-vetdruppels in het spierweefsel. Voor het lichaam lijkt het zinvol wanneer juist deze vetvoorraad zo snel mogelijk na de inspanning wordt aangevuld. Daarom lopen nu experimenten die de rol van vet bepalen in de (herstel)voeding na intensieve inspanning. 7. Literatuur en referenties H. C. Koops, Een oppepper in de strijd, Chemisch Magazine, 91, 1995, 3, 117-120. R. J. Maughan, The sports drink as a functional food: formulations for successful performance, Proceedings of the Nutrition Society, 57, 1998, 15-23. L. J. C. van Loon, Drinken we water, of sportdrank?, Chemisch Magazine, 94, 1998, 10, 367-369. L. J. C. van Loon, Wat zijn de criteria voor een goede sportdrank?, Voeding, 59, 1998, 10, 18-21. M. Verschuren, Honger!, Op Pad, 16, 1999, 3, 40-44. A. J. Edwards van Muijen, Drinken, met eiwit, Fiets, 18, 1999, 6, 76-78.
189 15 J. Blom, ExpertVisie Functionele Voedingsmiddelen: zin en onzin, Stichting Communicatie Centrum Chemie, Leidschendam, 1999. L. J. C. van Loon en W. H. M. Saris. Voeding en Sport, in Het sport-medisch formularium, Een praktische leidraad, W. L. Mosterd e.a. (red.), Bohn Stafleu Van Loghum, Houten, 2000, 2e editie, ISBN 90 313 2990 8. L. J. C. van Loon, The effects of exercise and nutrition on muscle fuel selection, proefschrift Universiteit Maastricht, 2001, Academic Press, ISBN 90 5278 302 0. www.blutech.com/laser/bardrink.html, site met doe-het-zelf recepten voor sportdranken en sportrepen.