Energiegewinnung der Muskelzelle
Wie stellt der Körper eigentlich Energie her? Was passiert beim Sport? Je nach Belastungsintensität hat der Körper verschiedene Möglichkeiten, Energie bereitzustellen. Beim Radfahren werden andere Mechanismen aktiviert als beim Krafttraining. Wenn man die verschiedenen Energiegewinnungswege versteht, kann man sein Training optimal gestalten.
Das wichtigste Molekül, um das das ganze Thema Energiegewinnung geht, ist das sogenannte ATP (Adenosintriphosphat). Alle Zellen des menschlichen Körpers brauchen es, um Energie zu gewinnen (auch Muskelzellen). Das geschieht durch die Abspaltung eines der 3 Phosphate (von Tri zu Di-Phosphat).
Der Körper kann nicht viel ATP speichern. Der Vorrat reicht gerade mal für 1 bis 2 Sekunden. Das heißt, es muss ständig erneuert werden – vor allem beim Sport. Der Körper kann auf 4 unterschiedliche Weisen ATP herstellen. 2 davon laufen ohne Sauerstoff ab (anaerob) und 2 mit Sauerstoff (aerob).
Welche Variante der Körper verwendet, hängt von der Belastungsintensität ab. Beim Ausdauertraining zum Beispiel werden hauptsächlich aerobe Energiegewinnungswege vorangezogen.
Anaerob-alaktazide Energiegewinnung
Bei dieser Methode wird weder Sauerstoff (anaerob) verwendet, noch Milchsäure (alaktazid) gebildet. Das verbrauchte ATP wird sofort bereitgestellt, da ein kleiner Vorrat vorhanden ist. Dieser ist allerdings so klein, dass er nach 5-8 Sekunden bei Maximalbelastung ausgeschöpft wäre. Diese Methode wird bei höchster Belastungsintensität verwendet, z.B. wenn du einen sehr schweren Gegenstand aufhebst (wie beim Maximalkrafttraining).
Dazu werden zum einen die ATP-Speicher geleert und zum anderen die Kreatin-Phosphat-Speicher verwendet. Das ist einer der Gründe, warum Kreatin als Supplement so beliebt ist. Es vergrößert nicht nur optisch die Muskeln, sondern kann bei hohen Intensitäten etwas länger Energie bereitstellen.
Anaerob-laktazide Energiegewinnung
Bei dieser Methode wird auch kein Sauerstoff (anaerob) verwendet, allerdings wird Milchsäure (laktazid) gebildet. Sind die ATP Speicher erschöpft, häuft sich vermehrt ADP in der Muskelzelle an. Um weiterhin schnell Energie zu liefern, wird das ATP durch Glykolyse nachgebildet. Das geschieht ziemlich schnell mit der Hilfe von Kohlenhydraten.
Der Nachteil: Es entsteht nach und nach Laktat – das ist, was Bodybuilder als Pump bezeichnen. Ist bei der Energiegewinnung der Muskelzelle der Laktatspiegel zu hoch, kann die Intensität nicht aufrecht erhalten werden – der Muskel kontrahier nicht mehr, fängt eventuell an zu zittern.
Im Schaubild sieht man die verschiedenen Laktat-Spiegel am Ende eines x-Meter Laufs. Es ist zu sehen, dass bei allen Distanzen der Laktatspiegel erhöht ist. Am meisten Laktat wird bei einem 400-m-Lauf gebildet.
Der Körper versucht, zu verhindern, dass zu viel Laktat aufgebaut wird. Zudem wird ein schneller Abbau des Laktats durch Ausdauertraining verbessert. Folgende Mechanismen sorgen dafür:
Durch Puffersysteme kann die Übersäuerung (Laktat) ein Stück weit abgefangen werden.
Laktat wird rasch abgebaut oder in weniger (für die Belastung) wichtige Bereiche abtransportiert
In der Leber wird Glucose abgebaut, womit das Laktat verwendet werden kann. Des weiteren können weniger Belastete Bereiche die aerobe Energiegewinnung verwenden (siehe unten).
Aerobe Energiegewinnung aus Kohlenhydraten
Ist die Belastungsintensität gering genug, kann das ATP mit Hilfe von Sauerstoff (aerob) und Kohlenhydraten erneuert werden. Dazu muss sichergestellt sein, dass das Herz-Kreislauf-System und die Atmung genügend Sauerstoff zur Verfügung stellen können, ansonsten wechselt der Körper auf die anaerob-laktazide Energiegewinnung, welche mehr Energie pro Zeit bereitstellen kann. Die aerobe Energiegewinnung aus Kohlenhydraten hat aber folgende Vorteile:
Es wird kein Laktat gebildet und es kommt nicht zur Übersäuerung.
Die Endprodukte (CO2 und H2o) können leicht ausgeschieden werden.
Die Energieausbeute ist hoch.
Ein weiterer limitierender Faktor ist die Tatsache, dass Glykogen im Muskel vorhanden sein muss. Sind die Glykogenspeicher erschöpft, kann es zu einem Leistungsabfall kommen. Das tritt bei allen Strecken über 10.000m auf. Zwar kann man die Größe der Glykogenspeicher beeinflussen, allerdings ist es auch bei trainierten Personen ähnlich. Nach 45-90 Minuten sind je nach Belastung die Speicher erschöpft.
Aerobe Energiegewinnung aus Fetten
Diese Methode zur Energiegewinnung ist nur mit genügend Sauerstoff möglich (aerob). Für Belastungen mit geringer Intensität stellt sie eine fast unendliche Energiequelle dar, da der Körper genügend Energie an Fett gespeichert hat („leider„, würden viele sagen). Die Energiegewinnung aus Fetten (Fettstoffwechsel) hat 2 entscheidende Nachteile:
MEHR SAUERSTOFF. Für die gleiche Menge ATP wird ca. 16% mehr Sauerstoff benötigt als bei der aeroben Energiegewinnung aus Kohlenhydraten. Das heißt, dass entweder das Herz schneller schlagen muss oder man schneller atmen muss.
LANGSAMER. In der gleichen Zeit kann im Vergleich zur aeroben Glykolyse weniger Energie bereitgestellt werden. Aus diesem Grund kann nicht die gleiche Belastungsintensität aufrecht erhalten werden, wenn die Glykogen-Speicher aufgebraucht sind.
Bedeutung der verschiedenen Energiegewinnungswege
| Speicher | ATP / KP-SPEICHER | GLYKOGENSPEICHER | FETTSPEICHER | |
|---|---|---|---|---|
| Energiegewinnung | anaerob-alaktazid | anaerob-laktazid | aerob | |
| Sauerstoffbedarf | - | - | + | ++ |
| Ermüdung | sehr schnell (Speicher) | schnell (Übersäuerung) | sehr langsam | |
| Beginn der ATP-Nachbildung | verzögerungsfrei | schnell | langsam | |
| ATP-Bildungsgeschwindigkeit | sehr hoch (Faktor 8) | hoch (Faktor 4) | gering (Faktor 2) | sehr gering (Faktor 1) |
| Energieausbeute | - | gering (Faktor 1) | hoch (Faktor 19) | hoch (Faktor 44) |
| Speicherkapazität | sehr gering | gering | hoch | sehr hoch |
| Bedeutung für Gesamtbelastung | dominierend bei Belastungen bis 12 Sekunden | dominierend bei Belastungen zwischen 15 Sekunden und 2 Minuten | dominierend bei Belastungen zwischen 2 und 120 Minuten | dominierend bei Belastungen über 120 Minuten |
Die Zeiten für die Energiegewinnung der Muskelzelle dienen nur als Richtlinie – sie können in der Realität abweichen. So wird bei einer Belastung direkt am Anfang schon Fett verbrannt, allerdings nur zu einem sehr geringen Anteil. Je nach Dauer und Intensität dominieren unterschiedliche Energiegewinnungswege.
Wie auf dem Schaubild zu sehen ist, ist nie nur eine einzige Energiegewinnungsmethode aktiv. Es ist immer eine Überlagerung der verschiedenen Wege. Die ATP Speicher sind sehr schnell erschöpft, im Anschluss daran das Kreatin-Phosphat. Schnell wird die anaerob-laktazide Energigewinnung (bei der man einen „Pump“ bekommt) aktiv. Aber einer Belastungsdauer von 130 Sekunden (ungefähr) ist fast ausschließlich die aerobe Energiegewinnung aktiv.