Tonizität: Was bedeutet hypotonisch, isotonisch und hypertonisch?

Tonizität: Was bedeutet hypotonisch, isotonisch und hypertonisch?

Was sind Elektrolyte? Du liest Tonizität: Was bedeutet hypotonisch, isotonisch und hypertonisch? 10 Minuten Weiter Was sind Elektrolyte?

Es klingt eigentlich ganz einfach: Wenn du Sport treibst, schwitzt du. Bei intensivem oder längerem Sport schwitzt du mehr¹. Soweit so klar! Schweiß besteht aus Wasser und Elektrolyten, wie z. B. Salz. Wenn du Sport treibst, verbraucht dein Körper allmählich seinen Vorrat an Elektrolyten. Daher bietet sich ein Sportgetränk aus Wasser und Elektrolyten an, das sowohl die Leistungsfähigkeit als auch schnelle Flüssigkeitsaufnahme unterstützt².

Bereits seit den 1980er Jahren werden Sportler:innen mit speziellen Getränkeformeln gegen Flüssigkeitsverlust beim Training gewappnet. Auch heute noch hat die Sportgetränkeindustrie viel zu bieten, aber es ist wichtig, drei Arten von Sportgetränken zu unterscheiden: Hypoton, Isoton und Hyperton.

Der Hauptunterschied zwischen hypotonischen, isotonischen und hypertonischen Getränken besteht darin, dass isotonische Getränke Lösungen mit gleichem osmotischen Druck sind, während hypotonische Getränke Lösungen mit einem niedrigeren osmotischen Druck und hypertonische Getränke Lösungen mit einem hohen osmotischen Druck sind.

Klingt kompliziert, aber ist eigentlich ganz logisch, sobald wir uns das Thema Tonizität³ also den osmotischen Druck von Flüssigkeiten etwas genauer ansehen: Die Tonizität eines Getränks ist die Konzentration von Zucker und Salzen im Vergleich zu der Konzentration, die im menschlichen Körper, vor allem im Blut, herrscht.

Was bedeutet hypotonisch?

Eine hypotone (oder auch hypotonische) Lösung hat einen geringen Tonus. Sie hat eine geringere Salz- und Zuckerkonzentration als das Blut und wird daher schneller absorbiert.

Wenn eine Flüssigkeit, in diesem Fall Wasser, eine geringere Salz- und Zuckerkonzentration hat als eine Zelle, z. B. eine rote Blutzelle, ist der osmotische Druck geringer – der osmotische Druck ist der Druck, der ausgeübt werden muss, um die Bewegung der gelösten Stoffe durch die Membran (eine biologische oder synthetische Membran, die Moleküle und Ionen durchlässt) zu verhindern. Diese Bewegung wird oft auch als osmotischer Fluss bezeichnet. 

Das Ergebnis ist eine "Nettobewegung" von Wasser in die Zelle, die sie anschwellen und schließlich platzen lässt (Plasmolyse). Durch diese Art von Explosion wird versucht, die Konzentration der Lösungen im Zellinneren und außerhalb der Zelle anzugleichen. In diesem Fall ist der osmotische Druck, der ausgeübt werden muss, um die Bewegung zu stoppen, geringer – eine leichtere Bewegung mit einer schnelleren Geschwindigkeit. 

Diese Nettobewegung ist notwendig, um einen Zustand des Gleichgewichts zu erreichen; jedes System, in diesem Fall der menschliche Körper, braucht ein Gleichgewicht, um optimal zu funktionieren.

Traditionell dienen Salz und Zucker der Konservierung von Lebensmitteln, indem sie die Mikroorganismen abtöten, die zum Verderben der Lebensmittel beitragen; eine hypotone Lösung mit ihrer geringeren Salz- und Zuckerkonzentration trägt jedoch nicht zur Konservierung von Lebensmitteln bei.

Fazit: Eine hypotone Lösung fördert den osmotischen Fluss in die Zelle mit niedrigem osmotischen Druck.

Was ist hypertonisch?

Eine hypertone (oder hypertonische) Lösung ist sehr tonisch. Sie hat eine höhere Konzentration an gelösten Salzen und Zucker als das menschliche Blut.

Im Vergleich zu einer hypotonen Lösung geht es bei einer hypertonen Lösung darum, die Konzentration einer Zelle mit ihrer Umgebung auszugleichen. In diesem Fall ist der osmotische Druck höher - wegen der höheren Konzentration an gelösten Stoffen - und ermöglicht es den gelösten Stoffen, sich entlang eines Konzentrationsgefälles zu bewegen (von einer hohen zu einer niedrigen Konzentration). Wenn eine Lösung hypertonisch ist, kann dies dazu führen, dass Zellen schrumpfen und zusammenschrumpfen -– das Ergebnis einer Nettobewegung aus der Zelle heraus über die semipermeable Membran. 

Hypertonische Lösungen werden zur Konservierung von Lebensmitteln verwendet, weil sie eine höhere Konzentration an Salz und Zucker enthalten. Fisch wird zum Beispiel oft in einer hypertonischen Lösung eingeweicht oder verpackt, um Mikroben abzutöten, die in der Umgebung, in der der Fisch aufbewahrt wird, vorkommen können. Das liegt daran, dass die Zellen der Mikroben im Vergleich zum Wassergehalt einer hypertonischen Lösung mehr Wasser als gelöste Stoffe enthalten. Der Wassermangel lässt die Zellen schrumpfen und tötet die Mikroben schließlich ab.    

Fazit: Eine hypertonische Lösung fördert den osmotischen Fluss aus der Zelle.

Was ist isotonisch? 

Isotonisch ist eine Lösung, die die gleiche Konzentration an Wasser und gelösten Stoffen, z. B. Salz, enthält. 

Wenn die Konzentrationen der gelösten Stoffe im Inneren der Zelle und in der Umgebung gleich sind, gibt es keinen Nettogewinn oder -verlust von Wasser aus der Zelle. Eine solche Situation wird als isotonisch bezeichnet. 

Und weil die Konzentration der gelösten Stoffe gleich ist, sind solche isotonischen Lösungen nicht für die Konservierung von Lebensmitteln geeignet. 

Fazit: Eine isotonische Lösung fördert keinen osmotischen Fluss (weil der osmotische Druck gleich ist).

Sportgetränke

Sportgetränke, auch bekannt als Elektrolytgetränke, unterstützen Sportler dabei, Wasser, Elektrolyte und Energie vor, während und nach dem Training wieder aufzufüllen. 

Die Hauptbestandteile von Sportgetränken sind Wasser, Kohlenhydrate und Elektrolyte. Jeder von ihnen spielt eine Rolle für die Leistung, die Erholung und die allgemeine Flüssigkeitszufuhr des Einzelnen. Während Wasser für kurze oder mäßige Anstrengungen geeignet ist, z. B. im Fitnessstudio, kann die Kombination aus Wasser und Elektrolyten in einem Sportgetränk den Menschen dabei helfen, das zu ersetzen und wieder aufzufüllen, was normalerweise durch Schwitzen verloren geht - Wasser und Elektrolyte - und sind daher besser für Menschen geeignet, die ein höheres Maß an Training, Fitness und Anstrengung betreiben. 

Schauen wir uns genauer an, was hypotone, isotone und hypertone Lösungen für Sportgetränke bedeuten.

Wie funktionieren hypotonische Sportgetränke?

Einfach ausgedrückt: Die Flüssigkeiten in hypotonen Sportgetränken werden in der Regel schneller in den Blutkreislauf aufgenommen, weil sie eine geringere Konzentration an gelösten Stoffen und keine Kohlenhydrate pro Volumeneinheit enthalten.

Die Wirkung eines hypotonen Sportgetränks besteht darin, dass das Wasser von einer niedrigeren Konzentration gelöster Stoffe, z. B. aus dem Darm, in einen Bereich mit höherer Konzentration, z. B. das Blut, fließt, wodurch die Osmose schneller und einfacher abläuft.

Hypotonische Getränke eignen sich daher am besten für eine schnelle Flüssigkeitszufuhr und nicht für die Zufuhr großer Mengen an Energie. 

Wie funktionieren hypertonische Sportgetränke?

Hypertone Sportgetränke enthalten viele Kohlenhydrate und sind konzentrierter als Blut – also die beste Wahl für Menschen, die ein Getränk für intensive ("high intensity") Aktivitäten suchen.

Wenn eine hypertonische Lösung in deinem Darm landet, muss der Körper Wasser aus dem Blutkreislauf ziehen, um die gelösten Stoffe zu verdünnen, damit die Nährstoffe wieder in die Darmwand aufgenommen werden können, um dir dann die nötige Energie zu liefern.

Hypertonische Getränke sind am besten geeignet, um dem Körper so schnell wie möglich Kalorien zuzuführen.

Wie funktionieren isotonische Sportgetränke?

Die meisten herkömmlichen Sportgetränke fallen unter die Kategorie isotonisch – sie liefern eine angemessene Menge an Energie und reinigen den Darm relativ schnell. Sie liefern in der Regel 1,5 bis 2 Mal mehr Kohlenhydrate als hypotonische Sportgetränke und können sich daher ähnlich verhalten wie hypertonische Getränke, werden aber oft als "verwässerte" Version bevorzugt.

Isotonische Getränke eignen sich am besten für ein kurzes Training, bei dem es vor allem um kurzfristige Energie geht. 

Wie du das beste Sportgetränk für dich findest.

Bei der Wahl eines geeigneten Sportgetränks gibt es viele Faktoren zu beachten, von den persönlichen Vorlieben bis hin zur Art der Übung oder Aktivität, die du ausübst.

Art der Aktivität
Die Art der Sportart oder des Trainings spielt eine Rolle dabei, welches Sportgetränk für dich geeignet ist. Wenn du zum Beispiel ein leichtes Lauftraining planst, kannst du dich für ein Getränk entscheiden, das sowohl vor, als auch nach dem Training getrunken werden kann, während bei einer Sportart mit höherer Intensität ein Getränk, das optimale Energie liefert, besser geeignet ist.

Persönliche Vorlieben
Der Geschmack ist genauso wichtig wie natürliche Inhaltsstoffe, Kohlensäure oder sogar zusätzliches Koffein. Bleib bei dem selben Workout oder Training, tausche nur die Getränke aus. Mach dir keine Gedanken darüber, wie du dein Getränk – und deine Flasche – an die Sportart deiner Wahl anpassen kannst.

Wetter
Wenn es warm oder sogar heiß ist, kommst du natürlich nochmal mehr ins Schwitzen. Tausche einfach ein energiereiches bzw kalorienreiches Getränk gegen ein elektrolytreiches Getränk aus, um den durch das Schwitzen entstandenen Flüssigkeitsverlust schnell wieder auszugleichen.

Fazit

Ein gut formulierter Sportdrink spielt eine wichtige Rolle beim Training und bei der Leistung¹⁰, aber bei der Wahl des richtigen Sportgetränks ist es wichtig, dass du dir darüber im Klaren bist, was du benötigst und willst. Ist es Energie, Flüssigkeitszufuhr oder beides? Die Definitionen von hypotonisch, isotonisch und hypertonisch können als Anhaltspunkte für Sportgetränke dienen, aber du solltest je nach Aktivität, Leistung, Trainingsdauer und Schweißmenge immer mal wieder experimentieren, um dein perfektes Getränk zu finden!


  


¹ David S. Rowlands, Brigitte Hani Kopetschny, and Claire E. Badenhorst (2002) ‘The Hydrating Effects of Hypertonic, Isotonic and Hypotonic Sports Drinks and Waters on Central Hydration During Continuous Exercise: A Systematic Meta-Analysis and Perspective.’, Sports Med, Volume 52, Seiten 349-375. 

²  R.J. Maughan (1998) ‘The sports drink as a functional food: formulations for successful performance’, Proceedings of the Nutrition Society, Volume 57, Seiten 15-23

³ Predrag VujovicMichael Chirillo, and Dee U. Silverthorn (2018) ‘Learning (by) osmosis: an approach to teaching osmolarity and tonicity’, Advances in Physiology EducationVolume 42, Issue 4, Seiten 626-635.

⁴ A.B. Lemmey, R.G. Eston, S.C. Moloney, and J.W. Yeomans (2000) ‘Effects of hydration state and rehydration method on bioelectrical impedance analysis’, South African Journal of Sports Medicine, Volume 7, Issue 1, Seiten 8-12. 

⁵ Prixit Guleria, Parveen Chand, Amit Kaushik and Sapna Dhawan (2018) ‘Role of nutrients and sports drinks on sports performance: A review’, International Journal of Physiology, Nutrition and Physical Education, Volume 3, Issue 1, Seiten: 184-189. 

⁶ Nadia Bashir, Monika Sood and Julie D. Bandral (2020) ‘Food Preservation by Osmotic Dehydration - A Review’, Chemical Science Review and Letters, Volume 9, Issue 34, Seiten 337-341. 

⁷ Prixit Guleria, Parveen Chand, Amit Kaushik and Sapna Dhawan (2018) ‘Role of nutrients and sports drinks on sports performance: A review’, International Journal of Physiology, Nutrition and Physical Education, Volume 3, Issue 1, Seiten: 184-189. 

⁸ Prixit Guleria, Parveen Chand, Amit Kaushik and Sapna Dhawan (2018) ‘Role of nutrients and sports drinks on sports performance: A review’, International Journal of Physiology, Nutrition and Physical Education, Volume 3, Issue 1, Seiten: 184-189. 

⁹ Darrell L. Bonetti, Will G. Hopkins, Matthew R. Wood, Jennifer Doyle, and Elizabeth Fox (2007), ‘The Effect of Consumption of Four Drinks on Endurance Performance and Physiology’, 12th Annual Congress of the European College of Sports Science, Finland, 11-14th July 2007. https://www.researchgate.net/profile/Matthew-Wood-17/publication/237785829_The_Effect_of_Consumption_of_Four_Drinks_on_Endurance_Performance_and_Physiology/links/02e7e53276ad09575b000000/The-Effect-of-Consumption-of-Four-Drinks-on-Endurance-Performance-and-Physiology.pdf (Abgerufen am 21. Oktober 2022)

¹⁰ Susan M Shirreffs (2009) ‘Hydration in sport and exercise: water, sports drinks and other drinks’, British Nutrition Foundation, Volume 34, Issue 4, Seiten 374-379.

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