Wie ihr sicher wisst, verbrauchen die Muskeln eine Menge Energie. Bekannt ist auch, dass Energie in Form von Nahrung wieder zugeführt wird. Sauerstoff und Wasser sind auch wichtig nur wie läuft das genau ab?
Deshalb habe ich ein paar Hintergründe darüber zusammengefasst wie die Energieproduktion im Körper eigentlich funktioniert, warum Wasser und Sauerstoff so wichtig sind, welcher Brennstoff dahinter steckt und am Ende: was das für uns als Sportler eigentlich bedeutet.
Deshalb habe ich ein paar Hintergründe darüber zusammengefasst wie die Energieproduktion im Körper eigentlich funktioniert, warum Wasser und Sauerstoff so wichtig sind, welcher Brennstoff dahinter steckt und am Ende: was das für uns als Sportler eigentlich bedeutet.
Energiebereitstellung in der Muskelzelle
Sämtliche Funktionen im Körper funktionieren nur durch Einsatz von Energie (Organe, Hirnfunktionen, Muskelkontraktionen, etc.). Diese Energie wird mit Hilfe von ATP (Adenosintriphosphat) bereitgestellt und ist die einzige Form der Energie die der Körper zur Muskelkontraktion verwenden kann. ATP produziert der Körper ständig, automatisch und wird mit Hilfe von Glykogen (Lagerform von Glukose), Fett oder Kreatinphosphat gebildet. Nötig dazu ist eine externe Energie-Zufuhr durch verschiedene Energieträger (Kohlenhydrate, Fette, Eiweiss).
Bildung von ATP (Adenosintriphosphat)
Die Energie steckt in den Phosphatbindungen. ATP (Adenosintriphosphat) wird zu ADP (Adenosindiphosphat) + Phosphat gespalten. Die frei werdende Bindungsenergie steht für die Körperfunktionen zur Verfügung.
Frei werdende Bindungsenergie bei Spaltung einer Phosphatgruppe
Anaerober und aerober Energiestoffwechsel
Anaerob und aerob hat man im Zusammenhang mit Sport schon oft gehört: Anaerob bedeutet grob gesagt "ohne Sauerstoff" und aerob "mit Sauerstoff".
Im Energiestoffwechsel hat Sauerstoff eine wesentliche Rolle bei der Resynthese von ATP. Der anaerob-alaktazide Prozess läuft ohne Sauerstoffbeteiligung und ohne Bildung von Laktat (Milchsäure) ab. Der anaerob-laktazide Prozess läuft ohne Beteiligung von Sauerstoff aber unter Bildung von Laktat ab. Das spürt man beim Training wenn es anfängt zu brennen.
Die anaeroben Prozesse der ATP-Resynthese laufen im Zytosol der Zelle (= Zellplasma) ab, die aeroben Prozesse in den Mitochondrien (Kraftwerke der Zellen). Das bedingt, dass die aeroben Prozesse relativ lange Zeit für die ATP-Bildung beanspruchen, da Sauerstoff in die Zelle und weiter ins Mitochondrium transportiert werden muss.
Im Energiestoffwechsel hat Sauerstoff eine wesentliche Rolle bei der Resynthese von ATP. Der anaerob-alaktazide Prozess läuft ohne Sauerstoffbeteiligung und ohne Bildung von Laktat (Milchsäure) ab. Der anaerob-laktazide Prozess läuft ohne Beteiligung von Sauerstoff aber unter Bildung von Laktat ab. Das spürt man beim Training wenn es anfängt zu brennen.
Die anaeroben Prozesse der ATP-Resynthese laufen im Zytosol der Zelle (= Zellplasma) ab, die aeroben Prozesse in den Mitochondrien (Kraftwerke der Zellen). Das bedingt, dass die aeroben Prozesse relativ lange Zeit für die ATP-Bildung beanspruchen, da Sauerstoff in die Zelle und weiter ins Mitochondrium transportiert werden muss.
Die 4 mögliche Wege der chemischen ATP-Resynthese
Die Reaktionswege unterscheiden sich wesentlich hinsichtlich ihrer maximalen Einsatzdauer, Geschwindigkeit der Energiefreisetzung pro Zeiteinheit und der gebildeten Menge an ATP.
Beim anaerob-laktaziden Stoffwechselweg (Glykogen) entstehen nur magere 2 ATP aus einem Glukosemolekül, dafür aber schnell. 40-90 Sekunden lang kann ein Sportler sich sehr schnell bewegen bis die Übersäuerung durch die gebildete Milchsäure bremst - das heißt dann, wenn es so richtig schön brennt!
Beim anaerob-alaktiziden Stoffwechselweg (also ohne Bildung von Laktat) entsteht überhaupt nur ein ATP - das dafür rasend schnell in nur 7-10 Sekunden. Das wäre beim Sprinten der Fall.
Beim aeroben Stoffwechselweg werden pro Glukosemolekül 38 ATP gebildet, das dauert aber und daher ist die Bewegungsgeschwindigkeit langsamer. Sie kann jedoch bereits 60-90 Minuten aufrecht erhalten werden. Aus Fett kann am meisten ATP gewonnen werden: aus einem Molekül Fett werden 130 ATP gebildet. Das geht weiter auf Kosten der Geschwindigkeit, dafür aber dann über Stunden - so gewinnen Marathonläufer ihr ATP.
Beim anaerob-laktaziden Stoffwechselweg (Glykogen) entstehen nur magere 2 ATP aus einem Glukosemolekül, dafür aber schnell. 40-90 Sekunden lang kann ein Sportler sich sehr schnell bewegen bis die Übersäuerung durch die gebildete Milchsäure bremst - das heißt dann, wenn es so richtig schön brennt!
Beim anaerob-alaktiziden Stoffwechselweg (also ohne Bildung von Laktat) entsteht überhaupt nur ein ATP - das dafür rasend schnell in nur 7-10 Sekunden. Das wäre beim Sprinten der Fall.
Beim aeroben Stoffwechselweg werden pro Glukosemolekül 38 ATP gebildet, das dauert aber und daher ist die Bewegungsgeschwindigkeit langsamer. Sie kann jedoch bereits 60-90 Minuten aufrecht erhalten werden. Aus Fett kann am meisten ATP gewonnen werden: aus einem Molekül Fett werden 130 ATP gebildet. Das geht weiter auf Kosten der Geschwindigkeit, dafür aber dann über Stunden - so gewinnen Marathonläufer ihr ATP.
Alles auf einen Blick
Alle energieliefernden Substrate werden zur gleichen Zeit abgebaut. Intensitätsabhängig stehen aber bestimmte Substrate im Vordergrund der Energiebereitstellung. Die folgende Grafik verdeutlicht das Ganze:
Die Bedeutung für sportliche Aktivität
Fette können nur mit Sauerstoff verstoffwechselt werden was recht lange dauert. Das Positive ist, dass wir ausreichend große Speicher zur Verfügung haben. Auf der anderen Seite haben wir schnelle Kohlenhydrate, die eine riesige Energie sehr schnell freisetzen können aber begrenzt sind.
Selbst durch gezieltes Training wachsen die ATP-Depots von Sprintern im Vergleich zu Untrainierten und Ausdauerathleten nur um bis zu 20 Prozent. Ist der Vorrat erschöpft, zapft die Zelle nach einer festen Hierarchie unterschiedliche Energiequellen an.
Da die anerobe Energiebereitstellung nur so kurz funktioniert, ist es sinnvoll, die Schwelle vom aneroben zum aeroben Stoffwechsel möglichst weit auszubauen (Verschiebung der anaerobe Schwelle (ANS), auch als "Lactatschwelle" bezeichnet).
Den Effekt erreicht bereits, wer dreimal pro Woche jeweils für 30 bis 45 Minuten bei einem Puls von etwa 130 bis 150 läuft, schwimmt oder Rad fährt. Die dann effizientere Energieversorgung beruht auf vielen, kleinen Anpassungen:
Die Zuckerreserven einer ausdauertainierten Muskelzelle werden so lange wie möglich geschont. Bei Dauerbelastungen speist sie bevorzugt Fettsäuren in den Stoffwechsel ein. 70 bis 90 Prozent des Energiebedarfs einer leichten bis mittelschweren Tätigkeit deckt sie auf diesem Wege. Der Vorrang dieses Brennstoffs ist sehr sinnvoll: Selbst ein trainierter Mensch mit geringen 8 % Körperfett hat noch Fettreserven die für etwa 800Km Fußmarsch reichen würden.
Erst wenn ein Sportler die Intensität und Dauer der Belastung erhöht, greift der Organismus auf Glukose zurück. Dabei zapfen die Muskeln zunächst die Kohlenhydratdepots der Leber an. Die Leber ist für den Blutzuckerspiegel zuständig und stockt seine Vorräte als Reaktion auf regelmäßigen Sport auf.
Zuletzt werden die Kohlenhydratlager der Zelle angegriffen. Deren Kapazität lässt sich für einen Wettkampf deutlich steigern (Stichwort Carboloading): Durch Entleerung der Glykogen-Speicher durch völlige Verausgabung, speichern die Muskeln durch die Zunahme von Kohlenhydrate den Brennstoff mit maximaler Rate.
An der Grenze der Leistungsfähigkeit entscheiden diese Reservoirs darüber, ob etwa ein Langstreckenläufer siegt oder verliert. Denn die zelleigenen Glukosevorräte liefern per anaerobem Abbau die Energie für den Endspurt!
Intervalltraining eignet sich üblicherweise recht gut, um die anaerobe Schwelle zu erhöhen. Die besten Ergebnisse werden erzielt wenn man Ausdauertraining im aeroben Bereich mit hoch-intensiven Intervallen kombinieren (wobei Sie im Bereich Ihrer maximalen Herzfrequenz arbeiten).
Selbst durch gezieltes Training wachsen die ATP-Depots von Sprintern im Vergleich zu Untrainierten und Ausdauerathleten nur um bis zu 20 Prozent. Ist der Vorrat erschöpft, zapft die Zelle nach einer festen Hierarchie unterschiedliche Energiequellen an.
Da die anerobe Energiebereitstellung nur so kurz funktioniert, ist es sinnvoll, die Schwelle vom aneroben zum aeroben Stoffwechsel möglichst weit auszubauen (Verschiebung der anaerobe Schwelle (ANS), auch als "Lactatschwelle" bezeichnet).
Den Effekt erreicht bereits, wer dreimal pro Woche jeweils für 30 bis 45 Minuten bei einem Puls von etwa 130 bis 150 läuft, schwimmt oder Rad fährt. Die dann effizientere Energieversorgung beruht auf vielen, kleinen Anpassungen:
- Die Zellkraftwerke (Mitochondrien) vergrößern und vermehren sich. Forscher haben ermittelt, dass nach einem 16-wöchigen Schwimmtraining die Eiweißmasse der Zellkraftwerke um 70 Prozent gewachsen war.
- Enzyme vor allem des aeroben, aber auch des anaeroben Stoffwechsels werden aktiver.
- Die Muskelzelle synthetisiert mehr Myoglobin (transportiert den Sauerstoff von der Zellhülle in die Mitochondrien)
- Das Glukosereservoir der Muskulatur wächst
Die Zuckerreserven einer ausdauertainierten Muskelzelle werden so lange wie möglich geschont. Bei Dauerbelastungen speist sie bevorzugt Fettsäuren in den Stoffwechsel ein. 70 bis 90 Prozent des Energiebedarfs einer leichten bis mittelschweren Tätigkeit deckt sie auf diesem Wege. Der Vorrang dieses Brennstoffs ist sehr sinnvoll: Selbst ein trainierter Mensch mit geringen 8 % Körperfett hat noch Fettreserven die für etwa 800Km Fußmarsch reichen würden.
Erst wenn ein Sportler die Intensität und Dauer der Belastung erhöht, greift der Organismus auf Glukose zurück. Dabei zapfen die Muskeln zunächst die Kohlenhydratdepots der Leber an. Die Leber ist für den Blutzuckerspiegel zuständig und stockt seine Vorräte als Reaktion auf regelmäßigen Sport auf.
Zuletzt werden die Kohlenhydratlager der Zelle angegriffen. Deren Kapazität lässt sich für einen Wettkampf deutlich steigern (Stichwort Carboloading): Durch Entleerung der Glykogen-Speicher durch völlige Verausgabung, speichern die Muskeln durch die Zunahme von Kohlenhydrate den Brennstoff mit maximaler Rate.
An der Grenze der Leistungsfähigkeit entscheiden diese Reservoirs darüber, ob etwa ein Langstreckenläufer siegt oder verliert. Denn die zelleigenen Glukosevorräte liefern per anaerobem Abbau die Energie für den Endspurt!
Intervalltraining eignet sich üblicherweise recht gut, um die anaerobe Schwelle zu erhöhen. Die besten Ergebnisse werden erzielt wenn man Ausdauertraining im aeroben Bereich mit hoch-intensiven Intervallen kombinieren (wobei Sie im Bereich Ihrer maximalen Herzfrequenz arbeiten).
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