Sportbiologie

Sportbiologie
Dr. Alexander Parizek
SPORTMEDIZIN+UNFALLCHIRUGIE
Sportbiologie
ENERGIEBEREITSTELLUNG
ENERGIESTOFFWECHSEL
ERNÄHRUNG
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Allgemeines
• Ziel ist die Wiederherstellung des in der Zelle verbrauchten
ATP (Adenosintriphosphat) in den Mitochondrien
• ATP ist der zentrale und universell anwendbare
Energieträger im Körper
• ATP wird durch Abspaltung eines P zu ADP und Energie, die
für die Zelle nutzbar ist
• an das ADP muss daher wieder ein P angehängt werden,
dies verbraucht Energieträger die von außen zugeführt
werden müssen(KH, Fette, Protein) oder CP
(Kreatinphosphat)
• ATP → ADP +P+Energie
• ADP+CP →ATP
• Glycogen ( ohne O2) → 2 ATP und Laktat
• Glycogen oder FS (mit O2) → 36 bzw. 460 ATP + H20 + CO2
Energiegewinnung aus Kohlenhydraten
• Aufnahme als Zucker oder Stärke
• Umwandlung in Traubenzucker (Glukose)
• Speicherung in Muskel und Leber als Glykogen (ca. 15g/kg
Muskel)→↑durch Training
• Glykolyse ohne O2 = pro Molekül 2 ATP + Pyruvat
(und/oder Laktat)→ Oxidation mit O2 →36 ATP + H20 und
CO2 (d.s. 38 ATP) - Atmungskette
• 1Mol Glucose = 180g; 1g Glukose = 4,3 kcal d.h. 1 Mol
Glucose > 774 kcal
• Energiegewinn: 5,0 kcal/l O2 (RQ =1)
• reicht für intensive Belastung von 90-120 min.
Glukose kann als einziger Nährstoff aerob und
anaerob Energie liefern !
Das ZNS ist auf Glukose als einzigen
Energielieferanten angewiesen (BHS)
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Energiegewinnung aus Fett
• Aufspaltung der Fettzellen in 3 Fettsäuren und Glycerin
(Lipolyse)
• Glycerin wird in die Glykolyse eingeschleust (1 Mol Glycerin
= 19 ATP)
• Fettsäuren werden in der Betaoxidation zu Actyl-CoA
abgebaut.
• Acetyl-CoA bildet mit Oxalacetat Zitronensäure und wird
anschließend über den Citratzyklus weiterverarbeitet.
• das Oxalacetat stammt vom Pyruvat und somit aus dem
Kohlenhydratabbau d.h. kein Fettabbau ohne KH-Abbau
Fett verbrennt im Feuer der KH !
•
•
•
•
•
pro Mol Neutralfett (Glycerin und 3 FS)> 460 ATP
1g Fett = 9,5 kcal,
Energiegewinn 4,7 kcal/l O2 (RQ = 0,7)
Energiereserve praktisch unerschöpflich( mind. 70000 kcal)
Fettstoffwechsel ist trainierbar
Energiegewinnung aus Protein
• Aminosäuren werden normalerweise zur Synthese
körpereigener Proteine verwendet
• Energiegewinnung durch Proteinabbau nur bei absolutem
Mangel an den Hauptnährstoffen KH ( nach rund 2 Std.
Belastung) und Fett
• Spaltung in Aminosäuren, die zu Actyl-CoA abgebaut
werden
• weiter oxidativer Abbau über Citratzyklus und
Atmungskette
• 1 g Protein = 4,5 kcal
• Energiegewinn 4,5 kcal/l O2
Erhöhte Ruhe-Wärmeproduktion nach einer Proteinmahlzeit
kostet bis zu 25% der enthaltenen Energie !
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2 ATP
Betaoxidation
- Laktat ab 4mol/l Fettverbrennung blockiert
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Geschwindigkeit der ATP-Bildung
langsam
rasch
Belastung und Energiebereitstellung im
Alpinen Skilauf
• Kombination aus vorwiegend statischer und weniger
dynamischer Muskelarbeit
• Bei statischer Arbeit verringerte Sauerstoffversorgung
• Erhöhung des Blutdruckes
• Herzfrequenz überraschend hoch
– Bei Pistenfahrern 160-190/min
– Bei Rennfahrern 180-200/min (am Start 140-150)
– Bei Kindern entsprechend höher !!!
• → Energiebereitstellung vorwiegend anaerob d.h.
Glycogenabbau ohne Sauerstoff mit Laktatbildung !
• → Laktatanhäufung in der Muskulatur – Ermüdung
• d.h. Regeneration und Kohlenhydratloading
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Entstehung von Laktat
• Laktat ist das Endprodukt der anaeroben Glycolyse
• Die Muskulatur ist der wichtigste Laktatproduzent
• Das unter aeroben Bedingungen nur gering anfallende
Laktat wird im Zitronensäurezyklus und Atmungskette
abgebaut
• Bei intensiver Muskelarbeit und nicht ausreichendem
Sauerstoffangebot führt die verstärkte anaerobe Glykolyse
zu einer übermäßigen Laktatbildung und damit zu einer
Übersäuerung (Laktatazidose)
• d.h. bei erhöhter Leistungsanforderung wird ein
wachsender Prozentsatz des in der Glycolyse
gewonnenen Pyruvats nicht mehr zu Acetyl-CoA
umgesetzt sondern unter ATP-Bildung zu Laktat
verstoffwechselt
Einflüsse auf den Laktatspiegel
• Ob und vieviel Laktat gebildet wird oder das
Pyruvat vollständig oxidiert werden kann, hängt
ab von :
–
–
–
–
der beteiligten Muskelmasse
dem Muskelfasertyp (Anzahl der Mitochondrien und Kapillaren)
der Substratverfügbarkeit (Glycogenverarmung)
dem Alter (Kinder und Jugendliche zeigen niedrigere
Laktatwerte als Erwachsene!)
– dem Trainingszustand (Ausdauertraining senkt Laktatspiegel)
– der Höhe: Laktatkonzentration in der Höhe größer
– der Temperatur: Bei hohen Temperaturen Anstieg der
Laktatwerte
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Anpassung des Energiestoffwechsels
• „mehr vom Gleichen“
• Zunahme der Enzymmasse
• Vergrößerung der Energiespeicher
• Steigerung der Anzahl und Vergrößerung der
Mitochondrien
Sport und Ernährung
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Grundlagen
• Body Mass Index (BMI) = Gewicht (kg)/Größe(m)²
–
–
–
–
Normalgewicht 19,0 - 24,9
Übergewicht
25,0 - 29,9
Adipositas
30,0 - 39,9
Krankhaft
> 40,0
• Sportler mit viel Muskelmasse können einen höheren BMI
haben
• Der Energiebedarf ist abhängig von Geschlecht, Alter,
Gewicht, der Muskulatur und der körperlichen Belastung
• Jugendliche benötigen relativ mehr Energie als
Erwachsene, wobei die höchsten Werte zwischen dem 12.
und 18. LJ erreicht werden
• Trainierte Sportler brauchen für die gleiche Leistung
weniger Energie als Untrainierte (höherer Wirkungsgrad der
Mm, Stoffwechselökonomie, geringere Atem- und
Kreislaufarbeit, Koordination und Technik)
Energiebilanz
• Grundumsatz
– Energiebedarf in Ruhe bei normaler KKT und
Umgebungstemperatur
– Männer 1kcal/kg/h; Frauen 0,9 kcal/kg/h (Broca-Index)
– nimmt bis 30a um 10%, dann um 3%/Dekade ab
– vorwiegend durch Fettabbau gedeckt (RQ 0,82)
• Arbeitsumsatz
– Bürotätigkeit ca. 500 kcal/Tag (35-40 kcal/kg KG /d)
– leichte körperliche Arbeit ca. 1500 kcal/Tag (40-50 kcal/kg KG /d)
– Schwerarbeit ca. 2500 kcal/Tag (60 – 80 kcal/kg KG /d)
• Trainingsumsatz =
– Intensität(0,%) x VO2max. x BD(min.) x 5
– Z.B. Laufen ca. 1 kcal/KG/km
– bzw. Berechnung durch Pulsuhr
• Gesamtenergiebedarf = GU + AU + TU
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PAL (physical activity level)
• Nach neuen Empfehlungen wird der Leistungsumsatz mit
dem PAL angegeben
• Tagesenergiebedarf = GU x PAL
PAL
Beispiele
1,4
Hobbysportler < 3 h Training/Wo
1,6 – 1,7
Hobbysportler 3,5 h Training/Wo
1,8 – 1,9
Hobbysportler 6 – 9 h Training/Wo
> 2,0
Leistungssportler mit > 10 h Training/Wo
+ 0,3
Pro zusätzlich 5 h Training/Wo
Ernährungsempfehlungen
• 3 kohlenhydratreiche Hauptmahlzeiten, abends eher
eiweißreich (↑STH) evtl. 2 Zwischenmahlzeiten Cave Insulin !
• Nährstoffrelation
– 60% -70 % KH, 20% Fett, 15 -18% Eiweiß (Protein)
• 5-7 Tage vor Wettkampf Glykogenspeicher auffüllen
– (Entleerung durch 1-2 Tage Intensivtraining ???), dann
– kohlehydratreiche Kost mit K bei reduziertem Training
• 3-4 h vor Wettkampf leicht verdauliche, kleine Mahlzeit mit
niedrigem GI (z.B. Brot, Teigwaren, Obst)
• ggf. während des Wettkampfes Banane o.ä. (30g/h) (maximal
80g Kohlehydrate/h)
• bis 1 Std. nach dem Wettkampf kohlenhydrat- und proteinreiche
Kost
• pro Stunde Belastung 200-250g (-500) Glycogen + FS
nach max. 3 Std. sportl. Belastung sind die KH-Depots leer !
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Nährstoffbilanz
• Kohlenhydrate (Zucker)
– Hauptbestandteil 55 - 70%
– 4-6 g/kg täglich (Ausdauerathleten bis 10 g)(13g)
– 1g = 4,3 kcal
• Fette
– Energiereserve 24 - 33% (5% würden reichen!)
– 1g/kg täglich
– 1g = 9,5 kcal
• Protein (Eiweiß)
– Regeneration und Notreserve 12 - 24 % (18%)
– 1,0 - 1,8 g/kg täglich mind. 0,8 g/kg
– 1g = 4,5 kcal
Wasser- und Elektrolytbilanz
• Flüssigkeitsaufnahme vor, während und nach sportlicher
Belastung ist leistungsfördernd
• Flüssigkeitsverluste über Schweiß tägl.1l, (bei Sport 1-2l/h !!!,)
Atmung, Glycogenabbau (3gH20/g Glycogen), Harn (1,4l) Kot
(0,1l) d.s. insgesamt ca. 2,5 l
• Bedarf d.h. ca. 2,5l/d bzw. bei Sport 0,5-0,8 l/Std.
• Zufuhr: ½ ca. durch Trinken, andere ½ durch Nahrung
• reines Leitungswasser enthält zuwenig Elektrolyte und fördert so
den weiteren Elektrolytverlust (Wasservergiftung) max. 800 ml/h
• ideal: Kohlehydrat-Elektrolytgetränk (z.B. Fruchtsäfte mit Na
bzw. K-reichem Mineralwasser 1: 3 max. 800 mg Na / h
• Vorsicht: Kohlehydratanteil > 8% (muss im Darm verdünnt
werden d.h. weiterer Wasserverlust) und Kalium nicht > 220
mg/l (hemmt sonst den Laktatabbau)
• Achterregel: maximal 80mg KH, 800ml Wasser, 800mg Na /h
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RONS und Antioxidantien
• Reaktive Sauerstoff- und Stickstoffspezies (RONS) (= auch
freie Radikale) werden im aeroben Organismus produziert
und sind an vielen biochem. Reaktionen beteiligt.
(z.B.Entzündungprozessen)
• Exogene RONS Quellen sind Ozon, Strahlung, Tabakrauch,
und div. chem. Verbindungen
• Ein Überhang von RONS führt zu sog. oxidativem Stress
• Diesen prooxidativen Prozessen wirken sog. Antioxidantien
entgegen. Es gibt exogene z.B. Vitamin E,C, ß-Carotin,
OPC, etc. sowie endogene (Enzymsysteme sowie Hsr im
Plasma)
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Oxidativer Stress durch sportliches Training
• Bei sportlichem Training kann es zu einer dtl.
Überproduktion von RONS kommen , verbunden mit
Entzündungen, Infektanfälligkeit, Verletzungsgefahr,
verlängerter Regenerationszeit
• Adäquates kontinuierliches Training führt zu einer
Anpassung der Antioxidantiensysteme und mehr Schutz
• Bei Outdoorsportarten können schlechte Witterung und
klimat. Bedingungen wie Hitze, Kälte, Ozon, UV-Strahlung
das Risiko eines überbelastenden RONS Aufkommens
erhöhen
• Personen die sich in unregelmäßigen Anständen sehr
anstrengenden Belastungen aussetzen, sind eine
besonders anfällige Gruppe für RONS induzierte Schäden
• Hier wäre eine antioxidative Supplementation anzuraten
sonst reicht
• „5x am Tag“ d.h. 3x Gemüse, 2x Obst ca. 400-600g
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