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The German Journal of Sports Medicine is directed to translational science and clinical practice of Sports Medicine and its adjacent fields, which investigate the influence of physical activity, exercise, training and sports, as well as a lack of exercise affecting healthy people and patients of all age-groups. It addresses implications for prevention, diagnosis, therapy, rehabilitation and physical training as well as the entire Sports Medicine and research in sports science, physiology and biomechanics.

The Journal is the leading and most widely read German journal in the field of Sports Medicine. Readers are physicians, physiologists and sports scientists as well as physiotherapists, coaches, sport managers, and athletes. The journal offers to the scientific community online open access to its scientific content and online communication platform.

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Sportmedizin
FALLBERICHT
AKKUMULATION VON KÖRPERWASSER

Ein Mehretappenlauf ueber 1.200 Kilometer faehrt zu einer kontinuierlichen Akkumulation von Koerperwasser

A Multi-Stage Run over 1.200 Kilometers leads to a continous Accumulation of Body Water

ZUSAMMENFASSUNG

Wir beschreiben den kontinuierlichen Anstieg des Körperwassers bei einer Läuferin am Deutschlandlauf 2007 über 1,200 km innerhalb von 17 Tagesetappen von Kap Arkona nach Lörrach. Von 42 Startern kamen 21 im Ziel an, von den sechs gestarteten Frauen erreichten vier das Ziel. Unsere Läuferin belegte im Gesamtfeld Rang 18 und kam nach 181 h 26 min 10 s ins Ziel, während die schnellste Frau 124 h 40 min 33 s benötigte. Das Körpergewicht nahm fortlaufend von 59,3 kg am Start auf 56,7 kg im Ziel ab. Anhand der bioelektrischen Impedanzanalyse konnte ein Anstieg des Körperwassers mit einem Maximum am 13. Tag nachgewiesen werden. Im Ziel war der prozentuale Anteil an Körperwasser um 9,3 % höher. Mit der anthropometrischen Methode wurden der prozentuale Anteil an Fett und die Muskelmasse bestimmt. Die Muskelmasse zeigte über den Rennverlauf keinen Trend, im Ziel war sie um 1,2 kg reduziert. Der prozentuale Anteil an Fett zeigte keine Veränderungen. Wir vermuten, dass die Wasserretention aufgrund einer Einschränkung der Nierenfunktion zustande kam. Wir gehen auch davon aus, dass sich das Wasser in Muskelmasse und Subkutanfett verteilt, so dass die anthropometrische Methode zur Bestimmung von Muskel- und Fettmasse in dieser Situation limitiert ist.

Schlüsselwörter: Extremausdauer, Frau, Körperfett, Muskelmasse, Körperwasser

SUMMARY

We describe the continuous accumulation of total body water in one female ultrarunner at the Deutschlandlauf 2007, where athletes had to run 1,200 km within 17 consecutive days from the north of Germany to the south. Twenty-one runners out of all the 42 starters finished the race and four out of the six participating women. Our athlete finished in 18th position in 181 h 26 min 10 s, whereas the first women finished in 124 h 40 min 33 s. Body mass decreased from 59.3 kg to 56.7 kg. Total body water was increased by 9.3%. Skeletal muscle mass calculated with the anthropometric method showed no change during the race but was decreased by 1.2 kg at the finish. In addition, percent body fat showed no changes with this method. We presume a fluid retention due to continuous skeletal muscle damage with impairment of renal function. We also assume that body water accumulated in skeletal muscle mass and adipose subcutaneous tissue, so that the anthropometric method for the determination of muscle and fat mass in this situation is limited.

Key Words: Ultra-endurance, women, body fat, skeletal muscle mass, body water

PROBLEM- UND ZIELSTELLUNG

Ultraveranstaltungen liegen immer mehr im Trend. Rennen wie „Race Across AMerica (RAAM)“ oder „Run across America“ haben eine lange Tradition. Mittlerweile gibt es auch ähnliche Veranstaltungen in Europa. Solche Veranstaltungen sind eine ideale Möglichkeit, die Veränderungen der Körperzusammensetzung bei ultralangen Belastungen zu untersuchen. Es ist bekannt, dass lange bis sehr lange Ausdauerbelastungen zu einem Energiedefizit (2, 16) und dabei zu einer Abnahme der Körpermasse führen (29).
Bei mehrtägigen Belastungen mit definierten Pausen während der Nacht bleibt das Körpergewicht oft konstant (5, 23) oder nimmt gar zu (28), während die Fettmasse abgebaut wird (28, 29) und die Muskelmasse in der Regel unverändert bleibt (8). Eine allfällige Zunahme an Gewicht dürfte durch eine Zunahme des Körperwassers erklärt werden (17).
Wir hatten am Deutschlandlauf 2007 die Möglichkeit, die Veränderung der Körpermasse bei einer Läuferin während eines Mehretappenlaufes verfolgen zu können. Bis jetzt sind Veränderungen der Körpermasse erst bei männlichen Ultraläufern beschrieben worden (17). Das Ziel unserer Untersuchung war, bei einer Frau die Veränderung von Fett- und Muskelmasse sowie Körperwasser bei einer extrem langen Ausdauerbelastung zu beobachten.

ATHLETIN UND METHODEN

Athletin
Unsere Läuferin (45 Jahre, 59,3 kg, 160 cm) ist eine erfahrene Marathon- und Ultramarathonläuferin. Sie hat vor 10 Jahren mit dem Laufen begonnen und seither 46 Marathons und 15 Ultramarathons absolviert. Ihre Marathonbestzeit liegt bei 3 h 57 min. Pro Woche absolviert sie ein Trainingspensum von 5 bis 10 Stunden Laufen mit 50 bis 100 Laufkilometer. Sie hat einen regelmäßigen Menstruationszyklus von 24 bis 28 Tagen Dauer mit einer Menstruation von 4 Tagen.

Methoden
Am Tag vor dem Start zum Lauf und nach jeder Etappe wurden folgende Messungen durch die gleiche Person durchgeführt: Das Körpergewicht und der prozentuale Anteil an Körperwasser wurden mit bioelektrischer Impedanzanalyse (BIA) mit Tanita BC-545 (Tanita Corporation of America, Arlington Heights, IL 60005, USA) bestimmt. Mit der anthropometrischen Methode wurden der prozentuale Anteil an Körperfett (1) sowie die Muskelmasse (18) bestimmt. Das spezifische Gewicht des Urins wurde mit dem Combur10Test® (Roche Diagnostics, Mannheim, Deutschland) bestimmt.

Das Rennen
Die dritte Austragung des Deutschlandlaufes fand vom 10. bis 27. September 2007 statt. In diesem Mehretappenlauf traten insgesamt 42 Starter (36 Männer, 6 Frauen) an. Sie mussten die 1’200 km lange Strecke von Kap Arkona auf der Insel Rügen nach Lörrach in 17 Tagesetappen von durchschnittlich 70,9 km zurücklegen. Der Veranstalter organisierte die Unterkunft in größeren Hallen an den einzelnen Etappenorten und offerierte die Verpflegung in Form von Frühstück vor den Etappen, Verpflegungsposten ungefähr alle 10 km während den Etappen und einem Abendessen im jeweiligen Zielort. Unsere Läuferin hatte ab dem 7. Tag mit Shin Splints zu kämpfen, die sie zwangen, langsamer als gewohnt zu laufen. Nach 4 bis 5 Tagen hatte sie die Shin Splints weggelaufen, die Schmerzen liessen nach und es ging wieder besser. Im Laufe des Rennens bemerkte sie Wassereinlagerungen mit Schwellungen der Hände und im Gesicht. Waren die Schwellungen der Hände am Anfang über Nacht rückläufig, blieb die Schwellung des Gesichts nach 5 Tagen bestehen. Erst ab dem 10. Tag ging die Schwellung des Gesichts zurück. Die Regelblutung am 24. August setzte vor dem Lauf vom 10. bis 27. September ein, während des Laufes am 20. September und nach dem Lauf wieder am 17. Oktober. Während des Laufes setzte die Blutung pünktlich ein, war aber nur während zwei Tagen und stark reduziert vorhanden.

RESULTATE

Von allen Startern kamen 21 Teilnehmer im Ziel an. Unter den 6 Frauen erreichten deren 4 das Ziel. Unsere Läuferin belegte im Gesamtfeld Rang 18 und kam nach 181 h 26 min 10 s ins Ziel, während die schnellste Frau 124 h 40 min 33 s benötigte. Das Körpergewicht unserer Läuferin nahm langsam von 59,3 kg am Start auf 56,7 kg im Ziel ab (Tab. 1). Mit der BIA zeigte sich ein Anstieg des Körperwassers mit einem Maximum am 13. Tag. Im Ziel war der prozentuale Anteil an Körperwasser war um 9.3% höher als vor dem Start. Die mit der anthropometrischen Methode bestimmte Muskelmasse zeigte über den Rennverlauf keinen Trend, im Ziel war sie um 1,2 kg reduziert. Der prozentuale Anteil an Fett zeigte praktisch keine Veränderungen.

DISKUSSION

Bei sehr langen Ausdauerbelastungen wird in der Regel beschrieben, dass es aufgrund einer Abnahme der Fettmasse (28, 29) zu einer Reduktion des Körpergewichts (2, 16) kommt. Auffallend an dieser Fallbeschreibung ist die Tatsache, dass bei diesem Lauf das Körpergewicht der Läuferin erst nach rund zwei Wochen Laufbelastung abnahm. Zudem stieg das totale Körperwasser kontinuierlich an während der prozentuale Anteil an Körperfett unverändert blieb.

Wieso nimmt das Körperwasser zu?
Das Körpergewicht blieb bis Tag 12 praktisch konstant und begann erst dann langsam abzunehmen, während der prozentuale Anteil an Fett mit geringen Schwankungen praktisch unverändert blieb. Die offensichtliche Retention von Wasser kann durch verschiedene Mechanismen erklärt werden: Zunahme des Plasmavolumens (7, 8, 9), Proteinkatabolismus mit Entwicklung von hypoproteinämischen Ödemen (19), eine Zunahme der Plasmaproteine (20) durch erhöhte Proteinsynthese (22) mit einer Zunahme des Plasmavolumens, eine Natriumretention (21) durch eine erhöhte Reabsorption von Natrium in der Niere aufgrund einer erhöhten Aldosteronaktivität (11, 21), eine erhöhte Aktivität des Vasopressins (7, 14) oder eine Einschränkung der Nierenfunktion durch Dehydratation und Rhabdomyolyse (30, 32) aufgrund der exzentrisch bedingten Muskelschädigung. Auf die Bedeutung dieser möglichen Mechanismen kann nicht näher eingegangen werden, da sie nicht gemessen wurden. Zumindest eine Dehydratation kann in unserem Fall aufgrund des spezifischen Gewichts (15) während des ganzen Laufes nachgewiesen werden, wobei die Läuferin allerdings chronisch dehydriert war. Schwere Fälle der belastungsbedingten Einschränkung der Nierenfunktion werden als Resultat einer renalen Hypoperfusion aufgrund von Hämolyse und Rhabdomyolyse aufgrund der exzentrischen Belastung beim Laufen gesehen (25). Grundsätzlich wird aber die Pathophysiologie des Nierenversagens bei extremen Ausdauerbelastungen als multifaktorielles Zusammentreffen von Rhabodmyolyse, Dehydratation, Hypotonie und die Einnahme von NSAR betrachtet (32). Die Abnahme der Muskelmasse dürfte durch die Zunahme des Körperwassers maskiert sein. Präventiv könnte ein Krafttraining vor einer Ultrabelastung die Muskelmasse günstig beeinflussen (34).
Die Zunahme des Körperwassers könnte auch über die endokrine Situation bei der Athletin erklärt werden. Die Läuferin befand sich während des Laufes am Ende ihres Zyklus, kurz vor sowie während der Menstruation. Am Ende der Corpus-luteum-Phase sind das Progesteron wie das Östrogen erhöht. Der Anstieg des Progesterons ist direkt korreliert mit dem Aldosteron, das ebenfalls in der Lutealphase ansteigt (31) und die Rückresorption von Natrium- und Chloridionen in der Niere fördert. Obwohl die weiblichen Hormone einen Einfluss auf den Wasser- und Elektrolytumsatz haben, zeigt der Menstruationszyklus allerdings keinen wesentlichen Einfluss auf die Wasserbilanz und die Elektrolytkonzentration (3).

Limitierungen dieser Untersuchung
Im Allgemeinen ist die anthropometrische Methode mit Bestimmung der Hautfaltendicken und Berechung des prozentualen Anteils an Körperfett eine etablierte Methode (6) und die Bestimmung von Umfängen der Extremitäten und Hautfaltendicken ist sowohl zur Berechung der Muskelmasse (18) wie der Fettmasse (33) eine akzeptierte Methode. Gerade bei Frauen gibt die Methode mit der Bestimmung von Umfängen an den Stellen Hüfte und Oberschenkel eine gute Aussage über die Fettmasse (12). Im Vergleich mit DEXA (dual energy x-ray absorptiometry) als Standardmethode und der BIA gibt die Hautfaltenmethode unabhängig vom grossem apparativen Aufwand überall und jederzeit verlässliche Ergebnisse (4). Ein Problem der Hautfaltenmethode ist die Tatsache, dass unterschiedliche Untersucher an der gleichen Lokalisation unterschiedliche Hautfaltendicken messen (13). In der vorliegenden Untersuchung wurden sowohl die anthropometrischen Messungen sowie die Messungen mit der BIA immer durch die gleiche Person durchgeführt, so dass diese Fehlerquelle weitgehend ausgeschaltet werden konnte. Es ist davon auszugehen, dass sich das Körperwasser auch im Subkutanfett angesammelt hat und so die Berechung von Muskel- und Fettmasse beträchtlich beeinflusst haben muss. Wir gehen davon aus, dass einerseits die Umgebungstemperatur und die Länge der Etappen das Trinkverhalten beeinflussen. Um die Zunahme des Körperwassers und die Schwankungen der Hautfaltendicke besser beurteilen zu können, sollte die Flüssigkeitszufuhr protokolliert werden. Anstelle der verwendeten Methoden könnte mit einem portablen DEXA die fettfreie Masse besser bestimmt werden (26).
Um eine bessere Aussage über den Wasserhaushalt zu bekommen, müssten weitere Parameter bestimmt werden. Nach einer intensiven körperlichen Belastung ist neben dem Aldosteron auch das Vasopressin erhöht (10, 14) und beide Hormone steigen mit zunehmender Belastungsintensität an (11). Das Vasopressin führt zu einer Erhaltung des Körperwassers aufgrund einer erleichterten Reabsorption von freiem Wasser in der Niere (8) und einer verminderten Wasserexkretion (27). Die Aktivierung des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems (RAAS) sowie des Vasopressins führen beide zu einer erhöhten Natrium- und Wasserretention mit Anstieg des Plasmavolumens (24). Nicht-invasiv könnten die Konzentrationen von Natrium und Kalium im Urin sowie die Urinosmolalität gemessen werden, um eine Aussage über die Aktivität von Aldosteron und Vasopressin zu erhalten. Das Verhältnis von Kalium zu Natrium im Urin kann als Ausdruck der Stimulation des RAAS verwendet werden. Steigt der Quotient auf > 1.0 an, so dürfte Aldosteron aktiviert worden sein. Bei einer Zunahme der Aktivität des Vasopressins sollte die Urinosmolatität ansteigen, die Aktivität des Vasopressins kann aber nur über venöse Blutentnahmen bestimmt werden (7, 14).

SCHLUSSFOLGERUNGEN

Ein Mehretappenlauf über 1.200 km an 17 aufeinander folgenden Tagen mit täglichen Distanzen von rund 70 km führte bei einer Läuferin zu einer kumulativen Zunahme des Körperwassers. Um einen tatsächlichen Abbau von Fett- resp. Muskelmasse objektiveren zu können, muss der Ausgangswert des Körperwassers abgewartet werden, um keine Fehlinterpretation aufgrund der Methoden zu machen. Unklar bleibt, wieso es zu einer Einlagerung von Wasser kommt. In weiteren Untersuchungen könnten zusätzliche Methoden wie DEXA und Bestimmung von Blut- und Urinparametern (Elektrolyte, Eiweiss, Hormone) Auskunft geben, ob und wie viel Muskelmasse abgebaut wird, ob die Aktivierung von Hormonen wie Aldosteron und Vasopressin ursächlich für die Wasserzunahme ist oder ob die Abbauprodukte der Muskulatur die Nierenfunktion einschränken und somit zu einer Wasserretention führen.

DANKSAGUNG

Wir danken Prof. Dr. Hans G. Drexler, Braunschweig, für die kritischen Kommentare während des Laufes und die Durchsicht des Manuskripts sowie Matthias Knechtle, Lausanne, für seine Mithilfe am Manuskript.

Angaben zu finanziellen Interessen und Beziehungen, wie Patente, Honorare oder Unterstützung durch Firmen: Keine.

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