Energiebereitstellung in unterschiedlichen Sportarten
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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.
