Energiebereitstellung in unterschiedlichen Sportarten

Energiebereitstellung in
unterschiedlichen Sportarten
Seminar Sportmedizin:
Ernährung und Energiebereitstellung im Sport
Referenten: Matthias Stumpf,
Benjamin Heinrichs
Seminarleiter: T. Albers, O. Faude
Gliederung
1. Grundlagen der Energiebereitstellung
2. Anaerob alaktazide E.b.
3. Anaerob laktazide E.b.
4. Aerobe (oxidative) E.b.
5. Zusammenfassung
6. Fazit
Grundlagen der Energiebereitstellung
De Marées, H. (2003). Sportphysiologie, S. 341
Grundlagen der Energiebereitstellung
• Resynthese von ATP durch schrittweise Oxidation der
Nährstoffe:
– Zucker (Traubenzucker/ Glukose)
– Fette (Fettsäuren)
– gering: Eiweiße (Aminosäuren)
• Endprodukte: Harnstoff, Laktat, CO2, H2O und Wärme
Grundlagen der Energiebereitstellung
Jeukendrup AE, Gleeson M. (2004). Sports Nutrition, S. 36
Grundlagen der Energiebereitstellung
Jeukendrup AE, Gleeson M. (2004). Sports Nutrition, S. 39
Grundlagen der Energiebereitstellung
Jeukendrup AE, Gleeson M. (2004). Sports Nutrition, S. 40
Grundlagen der Energiebereitstellung
Jeukendrup AE, Gleeson M. (2004). Sports Nutrition, S. 40
Grundlagen der Energiebereitstellung
• Zwei Energiespeicher:
Adenosintriphosphat (ATP) + Kreatinphosphat (KP)
• ATP = primärer, universeller Energielieferant sowie
einziger direkt anzapfbarer Energiespeicher
(in allen lebenden Zellen sowie in Muskelzellen)
• ATP beliefert direkt die Energie benötigenden
Reaktionen  Voraussetzung für jede Art körperlicher
Bewegung
Grundlagen der Energiebereitstellung
• ATP-Vorrat: 5 mmol ATP/kg Muskelfeuchtmasse
(sehr geringe Menge an ATP in Muskelzelle gespeichert)
= 3-4 Muskelkontraktionen (1-2 Sek. direkt verfügbar)
•
Resynthese von ATP aus ADP:
– aus Kreatinphosphat = anaerob alaktazid
– über anaerobe E.b. = anaerob laktazid
– über aerobe E.b. = aerobe Resynthese
Formen der Energiebereitstellung
http://www.dr-moosburger.at/pub/pub023.pdf
Formen der Energiebereitstellung
Zwei Hauptmechanismen der E.b.:
• Aerobe (oxidative) E.b.:
Bildung von ATP unter O2-Verbrauch; in Mitochondrien
• Anaerobe E.b.:
Bildung von ATP ohne O2-Verbrauch; im Sakroplasma
Anaerobe Energiebereitstellung
• Anaerobe E.b. erfolgt durch:
a) Spaltung der gespeicherten energiereichen
Phosphate ATP und KP = anaerob-alaktazid
b) unvollständiger Abbau von Glukose unter Bildung von
Laktat (anaerobe Glykolyse) = anaerob-laktazid
• ATP (ca. 2kcal) und KP (ca. 4-8 kcal)
 Schnell verfügbar, jedoch nur für begrenzte Zeit
(wenige Sekunden)
Anaerob alaktazide E.b.
• KP-Vorrat: größere Energiespeicher
15-20 mmol KP/kg Muskelfeuchtgewicht
= 5-6 Sek. Arbeitsdauer (+ ATP = 6-8 Sekunden)
• Durch die Übertragung der Phosphatgruppe des KP auf
das ADP wird wieder ATP gebildet
 Wiederauffüllung des ATP Speichers
• Diese Reaktion erfolgt während der Muskelkontraktion
und läuft sehr schnell ab
Anaerob alaktazide E.b. - Beispiele
Kugelstoßen
Weitsprung
Hochsprung
• pH-Wert: 7,4
• Laktat 1 mmol/l
• 6-10 (max.15) Sekunden
• Maximal-/ Schnellkraft, Schnelligkeit
Golf
Anaerob laktazide E.b.
• Anaerobe Glykolyse: unvollständiger Abbau von Glukose
und Glykogen über Brenztraubensäure (Pyruvat = Salz
der BTS) zu Laktat
• Bildung von Milchsäure (Laktat)
normaler Wert: im Blut: pH-Wert = 7
im Muskel: 6,9
• Energieausbeute: 3 mol ATP/mol Glukose aus Glykogen
• zwischen 15 und 45 (max. 60) Sekunden
• Kraft-/Schnelligkeitsausdauer
Anaerob laktazide E.b.
• Aufgrund dessen, dass mehr BTS vorhanden ist, als
aerob verwertet werden kann, entsteht Laktat
• Doppelt so große ATP-Resynthese pro Zeiteinheit aus
anaerober Glykolyse gegenüber aerober Oxidation
• Dadurch sinkt der pH-Wert des Blutes
• Ruhelaktatwerte zwischen 0,8-1,5 mmol/l Blut
Max. Laktatwerte: mehr als 20 mmol/l Blut
Anaerob laktazide E.b.
• Laktat fällt immer an, jedoch bei einer Intensität von 4075% der VO2 max. werden 70-90% des Laktats im
Muskel oxidiert
• durch O2-Mangel am Anfang der Belastung oder durch
Laktatanstiege in Bezug zur vermehrten BTSKonzentration ohne einhergehende Sauerstoffschuld
Anaerob laktazide E.b.
Eliminationsorte des Laktats:
•
•
•
•
Belastete Muskulatur selbst (50%)
Herzmuskel (15%)
Inaktive Muskulatur (15%)
In Leber (15%)
Anaerob laktazide E.b.
Leistungsbegrenzend sind:
• Maximale dynamische Kraft der eingesetzten
Muskulatur, sowie deren Koordination und
Kontraktionsgeschwindigkeit
• Bildung der max. Energiemenge pro Zeiteinheit auf
anaeroben Weg
• Größe des KP-Speichers
• Säuretoleranz des Sportlers
Anaerob laktazide E.b.
De Marées, H. (2003). Sportphysiologie, S. 347
Anaerob laktazide E.b.
Bsp.: 400m-Lauf
• Anfänglich hoher Abfall des KP
• Nach ca. 2s rasch ansteigende Glykolyserate bis zu 3
mmol/kg x s (Laktatbildung)
•  Azidose: Energiebedarf kann nicht vollständig über
die Glykolyse und den oxidativen Stoffwechsel gedeckt
werden
Anaerob laktazide E.b.
•  weiterer kontinuierlicher Abfall des KP
•  Abfall des ATP ( Abbruch oder
Geschwindigkeitsverlust)
•
Zunahme des aeroben Stoffwechselanteils auf ca. 2030 %, ca. 20-30 % alaktazid, 40-60 % laktazid
Anaerob laktazide E.b.
De Marées, H. (2003). Sportphysiologie, S. 370
Anaerob laktazide E.b.
Bsp.: 800-m-Lauf
• Weiterer Anstieg des oxidativen Stoffwechselanteils auf
bis zu 50%
• Anaerob alaktazide Anteil dominiert zu Beginn der
Belastung (bis zu 20%)
• Anaerob laktazide Anteil erreicht nach ca. 25 s sein
Maximum, (bis zu 35%)
• Aerobe Energiebereitstellung steigt zum Ende hin an
Aerobe (oxidative) E.b.
• Bildung von ATP unter Verbrauch von Sauerstoff
• In Mitochondrien
• erfolgt durch vollständige Verbrennung (Oxidation) von:
a) KH  Glukose durch Glykogenabbau
= aerobe Glykolyse
b) Fette  Fettsäuren (Betaoxidation) durch
Fettspaltung (Lipolyse)
• jeweils zu CO2 und H2O
• Der Wasserstoff der Nährstoffe wird auf den Sauerstoff
übertragen
• 31 mol ATP/mol Glukose aus Glykogen
5 Abbaustufen
•
•
•
•
•
Glykogenolyse
Glykolyse
Bildung von aktivierter Essigsäure
Trikarbonsäure- oder Zitronensäurezyklus
Atmungskette
Gesamtbilanz
De Marées, H. (2003). Sportphysiologie, S. 359
Zusammenfassung
Aerob
- Energiebereitstellung
erfolgt relativ langsam
- Die pro Zeiteinheit
freigesetzte
Energiemenge ist relativ
klein
+ Die bereitgestellte
Gesamtenergie ist relativ
groß
+ 31 mol ATP/mol Glukose
aus Glykogen
Anaerob
+ Energiebereitstellung
erfolgt relativ schnell
+ Die pro Zeiteinheit
freigesetzte
Energiemenge ist relativ
groß
- Gesamtenergiemenge ist
relativ klein
- 3 mol ATP/mol Glukose
aus Glykogen
Zusammenfassung
De Marées, H. (2003). Sportphysiologie, S. 351
Beispielsportarten
30 Min Joggen:
Fussball:
• Aerob
• pH-Wert:
7,4 – 7,3
• Laktat:
2-4 mmol/l
• Meist aerob
• z.T. anaerob
• pH-Wert: 7,3
• Laktat:
5-6 mmol/l
30 km
Skilanglauf:
2000m Rudern:
• Aerob
• pH-Wert:
7,4-7,3
• Laktat:
8 mmol/l
• Aerob
• pH-Wert: 7,2
• Laktat:
10 mmol/l
http://www.dr-moosburger.at/pub/pub023.pdf
Fazit
• Bei Muskelarbeit wird chemische Energie (ATP) in
mechanische Energie und Wärme umgewandelt
• Je höher die Energieflussrate (ATP-Bildung pro Zeit),
desto höher die Leistung
• Intensität und Dauer der maximal möglichen Leistung
verhalten sich gegenläufig
• Die Nährstoffe Kohlenhydrate und Fette sind unsere
Energiespeicher, die je nach Intensität und Dauer der
körperlichen Belastung auf unterschiedliche Art zur
Energiegewinnung herangezogen werden
Fazit
• Jede Sportart benötigt eine spezifische
Energiebereitstellung, die mit dem Muskelfasertyp
zusammenhängt
• Die Energiebereitstellung im Muskelstoffwechsel ist
abhängig vom Trainingszustand und zum Teil auch von
der Ernährung
• Je besser der Fettstoffwechsel trainiert ist, desto
sparsamer kann die Muskulatur mit den wertvollen
Glykogenreserven umgehen
Literatur
Neumann, Pfützner, Berbalk (1999). Optimiertes Ausdauertraining.
Mayer u Mayer: Aachen
H., De Marées (2003). Sportphysiologie. Sport und Buch Strauss: Köln.
Jeukendrup AE, Gleeson M. (2004). Sports Nutrition. Human Kinetics.