ATP - H. Schlenke

Was passiert energetisch beim
400m- Lauf?
Die Energie für sportliche Leistungen wird
nicht unmittelbar aus der Nahrung
(Kohlenhydrate, Fette, Eiweiße)
gewonnen.
Das in allen Körperzellen
gespeicherte Adenonsontriphosphat
(ATP) liefert die notwendige Energie.
Je nach Beanspruchung können dabei
unterschiedliche Phasen der
Energiebereitstellung durchlaufen werden.
PHASE 1
Die anaerob-alaktazide Phase der
Energiebereitstellung
Was passiert auf den ersten Metern?
das in den Mitochondrien vorhandene ATP
zerfällt
ATP zerfällt bei der Muskelkontraktion in das
Adenosindiphoshat (ADP) und einen Phosphatrest
P.
Der Körper sorgt dafür, dass neues ATP
hergestellt wird
Die Energie eines weiteren Phospats in der der
Muskelzelle, des Kreatinphoshats (KP), sorgt
kurzfristig dafür, dass aus ADP und P wieder ATP
entsteht (Resynthese von ATP).
Das ist die die anaerob-alaktazide
Phase der Energiebereitstellung
WICHTIG:
ATP ist begrenzt im Muskel vorhanden (ca. 5mmol ATP
pro g Muskelfeuchtgewicht) und reicht aus, um 2-3s (ca.
10-15m) die Leistung des Körpers aufrecht zu halten.
Kreatinphosphat (CrP, auch KP) reicht aus, um die Leistung
für ca. 5 – 8 s/ weitere 30-60 m zu garantieren.
Auch durch gezieltes Training wachsen die ATP-Depots von
Sprintern im Vergleich zu Untrainierten und
Ausdauerathleten nur um bis zu 20 Prozent.
Gut trainierte 100-Meter-Sprinter etwa können den
Energiebedarf eines Laufs weitgehend durch
Kreatinphosphat decken.
PHASE 2
Die anaerob-laktazide Phase der
Energiebereitstellung
Noch bevor die Vorräte an energiereichen Phosphaten verbraucht
sind, ist die nächstschnellere Variante des Energiestoffwechsels
aktiv geworden, die anaerob-laktazide Energiebereitstellung
durch den Abbau von Glukose.
Bereits nach einigen Sekunden wird die anaerob-laktazide
Energiebereitstellung genutzt. Dieser Weg wird immer dann
bestritten, wenn nicht genug Sauerstoff zur Energiegewinnung
zur Verfügung steht.
In einer ersten Folge von Reaktionen wird der Traubenzucker zu
Brenztraubensäure (Pyruvat) gespalten. Dieser Weg trägt den
Namen Glykolyse. Dabei wird eine kleine Energiemenge frei, die
bereits zur Herstellung von ATP genutzt werden kann.
Die benötigte Energie steht dabei schnell zur Verfügung, die
Energieausbeute ist aber gering, da das Zuckermolekül nicht
vollständig zerlegt wird. Es entsteht Milchsäure (Laktat), die
schnell zur Ermüdung führt, wenn sie sich verstärkt anhäuft.
Die Ausbeute von 2 Molekülen ATP aus einem Molekül Glukose
ist gering!
Im Spitzenbereich werden bei Auslastung des anaeroblaktaziden Stoffwechsels Laktatkonzentrationen bis zu 25
mmol/liter im Blut gemessen; in dieser Hinsicht Untrainierte
erreichen 7-8 mmol/l.
PHASE 3
Der aerob-alaktazide Abbau von
Glukose und Fett(säuren)
Dauerleistungen vermag die Muskulatur
aufgrund zweier
Stoffwechselmechanismen zu vollbringen:
durch Verbrennung von Traubenzucker
(Glukose) sowie die aus Fetten
stammenden Fettsäuren unter
Sauerstoffverbrauch –>
"aerob".
Oder durch den Abbau von
Glukosemolekülen ohne Sauerstoff ->
"anaerob".
Deutlich macht das folgende Grafik:
Wichtig ist nun, dass der gesamte Anteil der
Brenztraubensäure nur dann im Zitronensäurezyklus
zerlegt wird, wenn genügend Sauerstoff für die
Atmungskette zur Verfügung steht.
Wird nämlich, und das ist bei hohem Energiebedarf der
Fall (400m-Lauf!), mehr Brenztraubensäure gebildet als
in derselben Zeit mit dem zur Verfügung stehenden
Sauerstoff ,.verbrannt'' werden kann, so wird der
Überschuss erst gar nicht im Zitronensäurezyklus zerlegt,
sondern sofort zu Milchsäure (Laktat) umgewandelt.
Diese kann vom Muskelgewebe und vom Blut nur in
begrenzter Menge gebunden, d. h. neutralisiert werden.
Mit steigender Milchsäurekonzentration wird der Muskel
buchstäblich sauer. Je saurer ein Muskel wird, um so
weniger kontraktionsfähig ist er, bis er seine Tätigkeit oft unter Schmerzen - ganz einstellt. Ein Teil der
Milchsäure wird nach und nach mit dem Blut aus dem
Muskel herausgespült und in der Leber zu Traubenzucker
zurückverwandelt.
Der Rest kann erst im ruhenden Muskel allmählich
abgebaut werden.
NOCHMAL DAS WICHTIGE:
Dauerleistungen kann die Muskulatur nur Dank
zweier Stoffwechsel-vorgänge vollbringen, die
immer, aber unterschiedlich akzentuiert,
ablaufen
Beim einen verbrennt sie den Traubenzucker
(Glucose) und die aus den Fetten stammenden
Fettzellen unter Suerstoffverbrauch > AEROB
Beim Zweiten baut sie Glukosemoleküle
>ANAEROB ab.
KONKRET:
Wasserstoff wird mit im Muskel vorhandenem Sauerstoff
verbunden: d. h. er wird oxydiert. Dabei entsteht Wasser.
Im Laufe verschiedener Reaktionen wird Schritt für Schritt
Energie freigesetzt Diese allmählich frei werdende Energie
kann zum großen Teil genutzt werden, um ADP mit P zu ATP
zu verbinden. Die restliche Energie wird in Form von Wärme
frei. Wärme wird also nicht nur in unmittelbarem
Zusammenhang mit der Muskelkontraktion produziert,
sondern in großem Maße auch durch die anschließend
ablaufenden Stoffwechselvorgänge.
Die Reaktionskette, deren Ergebnis also Wasser und die
Resynthese von ATP ist, wird Atmungskette genannt. Auf
diese Weise wird nicht nur ständig neues ATP für die weitere
Muskeltätigkeit bereit gestellt, auch das, welches im Muskel
gespeichert war und zu Beginn der Tätigkeit als erstes
zerlegt wurde, wird jetzt zurück gewonnen. Schließlich wird
dieses ATP auch dazu genutzt, den Kreatinphosphatspeicher
wieder aufzufüllen.
ZUSAMMENFASSUNG
Prozess
Energieausbeute
1-Glykolyse
2 ATP
Abbau von Glukose zu
Brenztraubensäure
2-Oxidative
Decarbolieru
ng
.
Abspaltung von CO2, Bildung von
aktivierter Essigsäure
Aufgabe
3-Zitronensäure2 ATP
zyklus
Bereitstellung von Wasserstoff für die
Atmungskette und weitere Abspaltung
von CO2
4-Atmungskette
Resynthese von ATP
34 ATP
........ Oder so .....
GRAFIK
AUSDAUERLEISTUNG
Die Ausdauerleistungsfähigkeit kann durch folgende
Schwellenwerte charakterisiert werden:
Die aerobe Schwelle liegt bei ca. 2 mmol Laktat/Liter Blut und
entspricht somit einer Belastungsintensität, bei welcher der
Laktatspiegel diesen Wert gerade übersteigt.
Ab dieser Schwelle kann die benötigte Energie nur durch
zusätzliche Energiegewinnung aus dem anaerob-laktaziden
Stoffwechselweg bereitgestellt werden, der Laktatspiegel beginnt
zu steigen. Bei Belastungsintensitäten unterhalb dieser Schwelle
erfolgt die Energiegewinnung fast ausschließlich aerob; der
Laktatspiegel bleibt in der Nähe des Ruhewertes.
Der aerob-anaerobe Übergangsbereich ist der Bereich
zwischen der aeroben und anaeroben Schwelle. Die Laktatbildung
nimmt mit steigender Belastungsintensität zwar zu, jedoch stehen
Laktatbildung und Laktatabbau immer im Gleichgewicht.
Die anaerobe Schwelle liegt etwa bei 4 mmol Laktat/Liter Blut,
sie ist jedoch abhängig vom Trainingszustand. Bei
Belastungsintensitäten an dieser Schwelle liegt ein maximales
Laktatgleichgewicht vor, d.h. Laktatbildung und Laktatabbau
stehen gerade noch im Gleichgewicht. Man nennt diesen Zustand
auch Steady-state.
Eine höhere Belastungsintensität führt zu einem starken Anstieg
des Laktatspiegels. Die Sauerstoffaufnahme reicht nicht mehr aus,
den Gesamtenergiebedarf zu decken, es kommt zur schnellen
Ermüdung durch Übersäuerung.
AUSDAUERTRAINING
Die aerobe Kapazität zu steigern und den Übergang vom
aeroben zum anaeroben System so lange wie möglich
hinauszuzögern" - das, betont Joseph Keul, sei das Hauptziel
eines Ausdauertrainings. 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 Mitochondrien werden zahlreicher und größer. Forscher
haben ermittelt, dass nach einem 16-wöchigen
Schwimmtraining die Eiweißmasse der Zellkraftwerke um 70
Prozent gewachsen war.
Die Enzyme vor allem des aeroben, aber auch des anaeroben
Stoffwechsels werden aktiver.
Die Muskelzelle synthetisiert mehr Myoglobin. Dieses dem
Hämoglobin verwandte Molekül transportiert den Sauerstoff
von der Zellhülle in die Mitochondrien.
Das Glukosereservoir der Muskulatur wächst - auf den
gesamten Körper bezogen von 300 auf 400 bis 500 Gramm.
Weitere Infos:
Eine ausdauertainierte Muskelzelle schont diese Zuckerreserven so
lange wie möglich, 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: Die Fettvorräte des Körpers
sind nahezu unerschöpflich bei einem Normalgewichtigen 20 bis 25
Kilogramm.
Erst wenn ein Ausdauertrainierter sich sehr lange oder sehr
intensiv belastet, greift der Organismus auf Glukose zurück. Dabei
zapfen die Muskeln zunächst die Kohlenhydratdepots der Leber an.
Bei Bedarf entlässt dieses Organ eine Zuckerflut ins Blut.
Zuletzt werden die Kohlenhydratlager der Zelle angegriffen. Deren
Kapazität lässt sich für einen Wettkampf deutlich steigern: Der
Athlet muss sich einige Tage vor dem Start völlig verausgaben.
Wenn er sich dann mit Kohlenhydraten, etwa aus Nudeln in allen
Variationen, voll stopft, speichern seine Muskeln 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."