Sportdranken - Chemische Feitelijkheden

Inhoud
Startpagina
Sportdranken
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: [email protected]
1.
2.
2.1
2.2
2.3
3.
3.1
3.2
3.3
3.4
4.
5.
6.
7.
Inleiding
Fysiologie
Energievoorraad
Stofwisseling
Vochtbalans
Samenstelling sportdranken
Osmotische waarde
Suikersamenstelling
Mineralen
Extra toevoegingen
Recepten
Energiedrank in de disco
Nieuwe ontwikkelingen
Literatuur en referenties
38 Chemische Feitelijkheden
mei 2002
189– 3
189– 3
189– 4
189– 5
189– 6
189– 7
189– 8
189– 9
189–10
189–11
189–11
189–12
189–13
189–14
tekst_141/189
Inhoud
Startpagina
Sportdranken
1.
189–3
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.
38 Chemische Feitelijkheden
mei 2002
tekst_141/189
Inhoud
Startpagina
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
triglyceriden in bloed
triglyceriden in spieren
vetweefsel
0,4
4,0
300
12.000
16
156
11.700
468.000
suikers
glucose in bloed
glycogeen in lever
glycogeen in spieren
20
100
350
360
1.800
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) opge38 Chemische Feitelijkheden
mei 2002
tekst_141/189
Inhoud
Startpagina
Sportdranken
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.
0886-0311
vetten
suikers
vrije vetzuren
glucose/glycoceen
Acetyl-Coenzym-A
ATP
O2
ADP
elektronen
oxidatieve fosforylering
Coenzym-A
citroenzuurcyclus
CO2
Figuur 1.
38 Chemische Feitelijkheden
mei 2002
Biochemie van de stofwisseling.
tekst_141/189
Inhoud
Startpagina
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 dui38 Chemische Feitelijkheden
mei 2002
tekst_141/189
Inhoud
Startpagina
Sportdranken
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
38 Chemische Feitelijkheden
mei 2002
tekst_141/189
Inhoud
Startpagina
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.
38 Chemische Feitelijkheden
mei 2002
tekst_141/189
Inhoud
Startpagina
189–9
Sportdranken
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
Soort drank
inspanning < 0,5 uur
matige/gemiddelde inspanning < 1 uur
zware inspanning 1-2 uur
zware inspanning > 1 uur
(onder koele omstandigheden
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
38 Chemische Feitelijkheden
mei 2002
tekst_141/189
Inhoud
Startpagina
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.
38 Chemische Feitelijkheden
mei 2002
tekst_141/189
Inhoud
Startpagina
Sportdranken
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 goed38 Chemische Feitelijkheden
mei 2002
tekst_141/189
Inhoud
Startpagina
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.
38 Chemische Feitelijkheden
mei 2002
tekst_141/189
Inhoud
Startpagina
Sportdranken
Tabel 3.
189–13
Energieinhoud van enkele bekende merken (sport)drank
Merk
Energie (kilojoule/100 ml)
Spa blauw
Extran hypotone dorstlesser
Gatorade
Isostar
Extran isotone dorstlesser
AA after activity drank
Red Bull
AA high energy drank
Extran energy drank
0
69
120
122
125
147
192
315
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
38 Chemische Feitelijkheden
mei 2002
tekst_141/189
Inhoud
Startpagina
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.
–
–
–
–
–
38 Chemische Feitelijkheden
mei 2002
tekst_141/189
Inhoud
Startpagina
Sportdranken
–
–
–
–
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.
38 Chemische Feitelijkheden
mei 2002
tekst_141/189
Inhoud
Startpagina