|
WORTERKLÄRUNGEN
>
ATP und KP
Durch die Abspaltung eines Phosphatrestes von ATP entsteht Adenosin-Di-Phosphat (ADP) sowie die Energie, die der Körper für sportliche Aktivitäten benötigt. Die Energiebereitstellung durch ATP reicht nur wenige Sekunden aus. Mit Hilfe eines Enzyms (Kreatinkinase) wird vom energiereicheren Kreatinphosphat ein Phosphatrest abgespalten, welcher dazu dient, das ADP erneut zu ATP umzuwandeln. Die beiden Energiespeicher ATP und KP liefern, je nach Belastung, zwischen 5 und 20 Sekunden Energie. Diese Art der Energiegewinnung reicht also gerade für einen Kurzstreckenläufer (100/200m) aus. Bei länger andauernder Muskelarbeit erfolgt die Regenerierung des ATP durch den Abbau von Glucose.
Glykolyse
Glucose (Traubenzucker) wird im menschlichen Körper in Form von Glykogen in Leber und Muskulatur gespeichert. Während das Leberglykogen hauptsächlich für die Aufrechterhaltung des Blutzuckerspiegels verantwortlich ist, kann das Muskelglykogen für die Energiebereitstellung genutzt werden. Hierfür wird es in die stoffwechselaktive Form der Glucose umgewandelt (Glucose-6-Phosphat) und über mehrere Stoffwechselvorgänge (Glykolyse) zu Brenztraubensäure (Pyruvat) abgebaut. Nun unterscheidet man zwei Vorgänge:
Ø anaerobe Glykolyse
Darunter versteht man den Glucoseabbau ohne Sauerstoff (=anaerob) im Zytoplasma. Bei einer Muskelanspannung von etwa 20-90 sec erfolgt die ATP-Gewinnung hauptsächlich aus der anaeroben Glykolyse. Die Glucose wird zu Milchsäure (Laktat) abgebaut. Bei dieser Reaktion entsteht ein Energiegewinn von 2 Mol ATP. Die steigende Milchsäurekonzentration im Blut (Laktazidose) schränkt jedoch diesen Stoffwechselweg ein, da hierdurch bestimmte, für Muskelkontraktion wichtige Enzyme gehemmt werden. Der Muskel ermüdet.
Ø aerobe Glykolyse
Jetzt setzt in den Mitochondrien die sogenannte aerobe Glykolyse ein, d.h. für die Verstoffwechselung der Glucose wird nun Sauerstoff benötigt. Der Zucker wird umgewandelt in Acetyl-CoA, welches im sogenannten Citratzyklus vollständig oxidiert wird. Diese Reaktion liefert 38 Mol ATP und ist somit sehr effektiv. Sie setzt allerdings erst nach etwa einer Minute ein und wird hauptsächlich von Mittel- und Langstreckenläufern genutzt.
Lipolys
Sind die Glykogenreserven des Körpers erschöpft (nach etwa 30-60 Minuten), setzt die Fettverbrennung (Lipolyse) ein. Die Oxidation von Fettsäuren liefert 148 Mol ATP, also fast viermal soviel wie die Verbrennung von Kohlenhydraten. Da Fett ebenfalls im Citratzyklus verstoffwechselt wird, ist für diese Reaktion ebenfalls Sauerstoff notwendig.
Jedoch ist für die Oxidation von Fettsäuren mehr Sauerstoff notwendig als bei Kohlenhydraten. Da die Sauerstoffaufnahme durch die Lunge begrenzt ist, ist die Fettoxidation weniger effektiv als die Kohlenhydratoxidation. Das bedeutet, dass sowohl die Sauerstoffaufnahme als auch die Größe der Glykogenspeicher für die Leistungsfähigkeit von großer Bedeutung sind.
Energiebereitstellung (mod. nach Breuer 1981)
- ATP,- KP,- anaerobe Glykolyse,
- aerobe Glykolyse
Da in der Muskelzelle nur eine sehr geringe Menge an ATP gespeichert ist, muss diese chemische Energie ständig im Muskelstoffwechsel erzeugt werden, damit sie in mechanische Energie umgewandelt werden kann.
Neben der mechanischen Energie, die z.B. der Fortbewegung dient, wird bei Muskelarbeit auch noch Energie in Form von Wärme erzeugt:
Bei körperlicher Aktivität wird uns warm. Interessant dabei, dass nur ein Viertel bis maximal ein Drittel der umgesetzten Energie als mechanische Energie für die Muskelarbeit zur Verfügung gestellt wird und der Großteil des Energieumsatzes in Form von Wärme \"verloren\" geht. Betrachtet man den Muskel als Maschine, so ist sein Wirkungsgrad somit relativ gering.
Bei Muskelarbeit wird chemische Energie (ATP) in mechanische Energie und Wärme umgewandelt!
Welche Energiequellen stehen zur ATP-Bildung zur Verfügung ?
Wie schon erwähnt, ist in der Muskulatur nur eine sehr kleine Menge ATP gespeichert. Daneben gibt es noch ein zweites \"energiereiches Phosphat\", das Kreatinphosphat, welches durch Spaltung sofort ATP aus ADP regenerieren kann, aber auch nur in einem kleinen Ausmaß vorhanden ist. Die energiereichen Phosphate als direkt verfügbare chemische Energie ermöglichen durch eine maximal mögliche Energieflussrate (ATP-Bildung pro Zeit) zwar eine sofortige körperliche Höchstleistung, jedoch nur für einige Sekunden.
Daraus folgt, dass es Energiequellen mit größerer Kapazität zur ATP-Gewinnung geben muss.
Die eigentlichen Energieträger sind die Nährstoffe Kohlenhydrate und Fette!
Kohlenhydrate sind als Glykogen (Speicherform von Glucose=Traubenzucker) in der Muskulatur und zu einem kleinen Teil auch in der Leber gespeichert. In Abhängigkeit von Trainingszustand und Ernährung können bis zu 500 Gramm Glykogen in die Muskelzellen eingelagert werden. Diese Energiequelle ermöglicht intensive Ausdauerbelastungen bis zu etwa eineinhalb Stunden.
Den weitaus größten Energiespeicher stellen die Fette dar, die vor allem unter der Haut gespeichert sind (Unterhautfettgewebe), aber auch im Bauchraum um die inneren Organe. Bei schlanken Menschen beträgt die in den Fettdepots enthaltene Energie - sogar in der Muskulatur selbst ist etwas Fett gespeichert - ca. das 50-fache der in Form von Glykogen gespeicherten Energie (bei dicken Personen entsprechend mehr). Damit sind stundenlange, ja sogar tagelange Ausdauerleistungen (mit allerdings geringerer Intensität) möglich. Auch in Ruhe verbrennen wir in unseren Muskeln so gut wie ausschließlich Fett bzw. Fettsäuren (\"Schlank im Schlaf\").
In welchem Ausmaß die Energiequellen \"angezapft\" werden, hängt davon ab, wie schnell, wie viel und wie lange im Muskel Energie bereitgestellt werden soll bzw. kann - mit anderen Worten, wie intensiv und wie lange die körperliche Belastung erfolgt.
Je höher die Energieflussrate (ATP-Gewinnung pro Zeit), also je schneller dem Muskel Energie (ATP) geliefert werden kann, desto höher ist die Leistung (Leistung ist Arbeit pro Zeit) (siehe unten) Man unterscheidet zwei Hauptmechanismen der Energiebereitstellung:
1.Die aerobe (=oxidative) Energiebereitstellung: Bildung von ATP unter Verbrauch von Sauerstoff
2.Die anaerobe Energiebereitstellung: Bildung von ATP ohne Verbrauch von Sauerstoff.
zu 1: Die aerobe Energiegewinnung erfolgt durch vollständige Verbrennung (=Oxidation)
von a) Kohlenhydraten (genauer: Glucose = Traubenzucker)
und b) Fetten (genauer: Fettsäuren)
jeweils zu Kohlendioxid und Wasser (CO2 + H2O), wobei die Glucose durch Glykogenabbau (Glykolyse) und die Fettsäuren durch Fettspaltung (Lipolyse) zur Verfügung gestellt werden.
zu 2: Die anaerobe Energiegewinnung erfolgt durch
ü Spaltung der gespeicherten energiereichen Phosphate ATP und Kreatinphosphat = anaerob -
alaktazide Energiebereitstellung
ü unvollständige Verbrennung von Glucose unter Bildung von Lactat (\"Milchsäure\"): anaerobe Glykolyse = anaerob - laktazide Energiebereitstellung
Somit stehen dem Muskelstoffwechsel 4 Mechanismen der Energiegewinnung zur Verfügung, die je nach Intensität und Dauer der körperlichen Belastung beansprucht werden.
ü Primär bestimmt das Ausmaß der Belastungsintensität, nicht die Belastungsdauer die entsprechende Energiebereitstellung.
Beispiel Joggen: niedrige Belastungsintensität, das bedeutet aerobe Energiebereitstellung durch vornehmlich Fettverbrennung, egal, ob nur für 5 Minuten oder 2 Stunden. Dies vorweg für alle, die dem weitverbreiteten Irrglauben unterliegen, die Fettverbrennung würde erst nach einer halben Stunde einsetzen!
Es besteht prinzipiell immer ein \"Nebeneinander\" der einzelnen Mechanismen der Energiebereitstellung mit fließenden Übergängen in Abhängigkeit von der Belastungsintensität und kein \"Nacheinander\", wie vielfach geglaubt wird!
1. Anaerob - alaktazide Energiebereitstellung:
Wie bereits festgestellt, kann die mittels der \"energiereichen Phosphate\" (ATP, Kreatinphosphat) direkt verfügbare chemische Energie am schnellsten umgesetzt werden und ermöglicht damit die höchstmögliche Leistung. Jedoch ist diese Energiequelle sehr klein und reicht nur für kurze Zeit, nämlich 6 bis maximal 15 Sekunden. Sie ist entscheidend für Maximal- und Schnellkraft sowie Schnelligkeit (Beispiele: 100m-Sprint, Gewichtheben, Kugelstoßen, Hochsprung usw.)
2. Anaerob-laktazide Energiebereitstellung (Anaerobe Glykolyse):
Dieser für Kraftausdauer und vor allem Schnelligkeitsausdauer entscheidende Mechanismus stellt die nötige Energie für eine sehr intensive, maximal mögliche Leistung zwischen 15 und 45 (max. 60) Sekunden zur Verfügung. Für eine rein alaktazide Energiegewinnung ist in diesem Fall die Belastungsdauer bereits zu lang, für eine Mitbeteiligung der aeroben Glucoseverbrennung zu kurz und die Belastungsintensität zu hoch.
Dabei wird die aus dem Muskelglykogen stammende Glucose unvollständig verbrannt, wobei Lactat (\"Milchsäure\", genauer: das Anion der Milchsäure) entsteht, das sich in der beanspruchten Muskulatur anhäuft. Es kommt zu einer metabolischen Azidose (\"Übersäuerung\"), die nicht nur schmerzhaft, sondern letztendlich leistungslimitierend ist, da im sauren Milieu (die Grenze liegt bei einem pH von 7) durch eine Enzymhemmung die Muskelkontraktion gehemmt wird - man ist \"blau\", wie es im Fachjargon heißt.
3. Aerobe Energiebereitstellung (Glucose- und Fettsäureoxidation):
Dauert die körperliche Belastung einer größeren Muskelgruppe länger als 90 Sekunden, beginnt die aerobe (=oxidative) Energiegewinnung die entscheidende Rolle zu spielen (Wie schon oben erwähnt, beginnt die Fettverbrennung nicht erst nach einer halben Stunde!).
Es werden immer die beiden Nährstoffe Kohlenhydrate und Fette als Energielieferanten herangezogen (\"Die Fette verbrennen im Feuer der Kohlenhydrate\"), wobei je nach Belastungsintensität ein fließender Übergang in der anteilsmäßigen Energiebereitstellung besteht, der vor allem vom Trainingszustand abhängt.
Bei sehr intensiven aeroben Anforderungen (z.B. 5000m-Lauf) werden so gut wie ausschließlich Kohlenhydrate (in Form von Glykogen bzw. Glucose), bei extensiveren, längerdauernden Belastungen (z.B. im Straßenradrennsport) umso mehr Fettsäuren verbrannt.
Bei intensiven Ausdauerbelastungen wird die Glucose zum Teil unvollständig verbrannt, ist also auch die anaerobe Glykolyse zu einem gewissen Prozentsatz an der ansonst aeroben Energiebereitstellung mitbeteiligt. In diesem Fall müssen sich aber Lactatbildung (anaerob) und Lactatabbau (aerob) die Waage halten, um eine Übersäuerung zu vermeiden. Dies entspricht dann der individuell maximal möglichen Intensität, die über einen längeren Zeitraum aufrecht erhalten werden kann, der sog. \"Schwellenleistung\" an der sog. anaeroben Schwelle (genauer: aerob-anaerobe Schwelle bzw. Dauerleistungsgrenze), dem entscheidenden Kriterium im Ausdauersport. Die anaerobe Schwelle wird oft mit 4 mmol/l Lactat angegeben, dies ist jedoch nur ein Durchschnittswert, weshalb sie im Leistungssport individuell ermittelt werden sollte (Bei z.B. MarathonläuferInnen liegt die Dauerleistungsgrenze deutlich unter 4 mmol/l, bei Untrainierten meist darüber).
Bei zu hoch gewählter Belastungsintensität (oberhalb der anaeroben Schwelle) würde die zunehmende muskuläre Übersäuerung mit entsprechender Anhäufung von Lactat (Lactatbildung größer als Lactatelimination) zum vorzeitigen Abbruch der Belastung zwingen (siehe Punkt 2).
Energieliefernde Systeme nach Belastungszeit (fließende Übergänge)
Belastungs-dauer
bis 10 Sekunden
bis 3 Minuten
3 bis 90 Minuten
Stunden
Belastungsart
Maximal- und Schnellkraft, Schnelligkeit
Kraftausdauer, Schnelligkeitsausdauer
Ausdauer
Ausdauer
Beispiele
100 m Sprint, Gewichtheben
Mittelstrecke: 400- 800 m Lauf, 1000 m Bahnzeitfahren
Langstrecke: 5000 m Lauf
Langstrecke: Marathonlauf
Belastungs-intensität
am höchsten
hoch
geringer
am niedrigsten
Sauerstoff
anaerob (=ohne Sauerstoff)
aerob (=mit Sauerstoff)
Energiebereit-stellung
alactazid, energiereiche Phosphate
lactazid, unvollständige Glucoseverbrennung zu Lactat
vollständige Glucoseverbrennung
Fettverbrennung
Energiequellen
ATP + CP
Kohlenhydrat
Kohlenhydrat
Fett*
|
