Energiegewinnung Muskel

Muskeln zur Energiegewinnung

Basiswissen über Sporternährung, Informationen über Sport, Muskeln und Energieproduktion / Energiestoffwechsel. Die letztgenannte Reaktion spielt jedoch bei der Energieerzeugung eine untergeordnete Rolle. Unabhängig davon, welche Muskeln sich zusammenziehen, das ATP liefert die Energie dafür. Der anaerobe Energieaufbau erfolgt ohne Sauerstoff. ATP-Resynthese erfolgt durch anaerobe und aerobe Energiegewinnung.

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Bewegung ist nur durch die Muskelarbeit möglich. Besonders sportlich (maximale) Leistungen sind ohne entsprechende Muskulatur nicht denkbar. Der Mensch hat mit seinen ca. 400 Muskelgruppen, die etwa 40% des Körpergewichtes darstellen, ein großes Potenzial. Der Muskel ist ein wenig wie eine Zwiebel: unter jeder Ebene befindet sich eine weitere Ebene.

Der hochstrukturierte Muskel hat jedoch eine noch komplexere Struktur. Der Muskel ist von einem straffenden Gewebe, der so genannten Faszien, umhüllt. Dieser umfasst eine ganze Serie benachbarter Muskel-Fasern (= Muskelfaserbündel). Ein Muskelgewebe setzt sich aus einer Vielzahl von filamentösen Muskelzellen zusammen. In jedem Sarkomer befinden sich die zusammenziehbaren Eiweißstrukturen Aktin und Myosin, die letztlich zur Kontraktion der Muskulatur führen (siehe Abbildung).

Während der Muskelzusammenziehung gleiten die beiden Muskelfäden Aktin und Mysin teleskopisch zusammen und verkürzen so den Muskel (Gleittheorie der Fäden). Für einen reibungslosen Ablauf der Muskelkontraktionen wird zusätzlich zu den Mineralien Calcium und Magnesit zusätzlich Kraft benötigt. Zwei hochenergetische Phosphat-Verbindungen liefern die nötige Kraft für die Muskelarbeit:

Das Mineral Calcium ist für die Muskelkontraktion von Bedeutung, während es die Entspannung der Muskeln nach der Muskelkontraktion vorantreibt. Je nachdem, ob Schnelligkeit oder Belastbarkeit gefragt sind, variieren die Ansprüche an einen Muskel. Der Muskel erfüllt die unterschiedlichen Ansprüche mit unterschiedlichen Faserarten. Die Rückenmuskeln zum Beispiel müssen sich lange halten und sind daher besonders stark an den ermüdungsbeständigen Fasern der Rot-Muskel.

Die Augenmuskeln müssen dagegen viele rasche, kurzzeitige Bewegungsabläufe ausführen, was durch ihre meist weiße Muskelfaser ermöglicht wird. Die vorherrschende Muskelfaserart entscheidet über die Energieproduktion im Muskel: Die roten Fasern eignen sich besonders für lang andauernde Dauerbelastungen (aerob, mit Sauerstoff). Sie verwenden vor allem Kohlehydrate und Fett als Treibstoff.

Weisse Muscelfasern dagegen, die besonders für die kurzen, starken Bewegungsabläufe zuständig sind, haben eine höhere Phosphatspeicherfähigkeit. Diese schöpfen ihre Kraft vor allem aus KP, ATP und dem aeroben Weg der Kohlehydratverbrennung. Die Muskelfaser kann in drei Arten unterteilt werden: Die Skelettmuskeln bestehen in der Regel aus einer Kombination von verschiedenen Fasern. Allerdings kann das VerhÃ?ltnis zwischen den einzelnen Muskelgruppen und auch von Person zu Person variieren.

Das sportliche Training beeinflußt auch den Aufbau der Muskulatur. Zum Beispiel haben Langstrecken-Läufer eine große Zahl von langsamen zusammenziehenden Fasern, während 100 m Sprinter schneller zusammenziehende Fasern haben, entsprechend der kurzfristigen Spitzenleistung, die sie benötigen. Mit dem Verbrennen der wichtigsten Nährstoffe (Kohlenhydrate, Fette, Proteine) erhält der Organismus Kraft in Gestalt von Adenosintriphosphat.

Es wird nicht die gesamte benötigte Menge an Kraft verbraucht und so wird ein Teil als Creatinphosphat, Glycogen oder Fette zwischengespeichert, um später - wenn nötig - ATP zu erholen. Die folgenden Kraftspeicher sind für den Organismus verfügbar: Der Einsatz der Energiequellen ATP, KP, Glycogen und Fette ist abhängig von der Sportart und Länge der Beanspruchung (siehe Abbildung).

Aus den Energiequellen wird die benötigte Leistung auf drei verschiedene Weisen erlangt. Wie aus der Übersicht hervorgeht, sind die rasch vorhandenen Energievorräte nur bedingt verfügbar. Obwohl die Versorgung direkt durch ATP und KP erfolgen kann, ist die verfügbare Energiemenge dieser Energieversorger nur für wenige Augenblicke ausreichend. Während längerer Muskeltätigkeit wird der Muskel durch den Zerfall von Glukose oder Fettsäure mit Strom versorg.

Da jedoch viel Luft für die Freisetzung von Energie aus dem Körperfett erforderlich ist, wird dieser Stoff nur bei mäßiger und längerer Exposition ab 120 Minuten in höherem Maße ausgenutzt. Glukose, das essentielle Abbau-Produkt der Kohlehydrate, wird im Organismus in Glykogenform in der Haut und den Muskelzellen zwischengespeichert. Bei einem durchschnittlichen Menschen enthält das Gedächtnis etwa 250-300 Gramm Glycogen im Muskel und 100-150 Gramm in der Leberkörper.

Die Muskelleistung kann durch sportliche Betätigung, insbesondere durch Ausdauerleistung, auf bis zu 600 Gramm gesteigert werden. Da Glycogen für die langfristige sportliche Leistungsfähigkeit von Bedeutung ist, versucht der Sportler, seine Vorräte während einer Wettkampfernährung so vollständig wie möglich zu ergänzen, um während des Wettkampfes so viel wie möglich von dieser Energiequelle zu haben.

Muskel-Glykogen ist so bedeutend, weil es zur Energieversorgung verwendet werden kann. Dazu wird es in die metabolisch aktive Variante der Glukose, Glukose-6-Phosphat, überführt und durch mehrere Stoffwechselstufen (Glykolyse) in Pyruvinsäure (Pyruvat) zerlegt. Für kurze Zeit (20-90 Sek. bis max. zwei Minuten) wird ATP vorwiegend aus der Anaerobie gewonnen.

Aus Glukose hergestelltes Brennpyruvat wird in Laktat (Milchsäure) zerlegt. Auf diese Weise werden 2 Mole ATP produziert - ein etwas geringerer Energieertrag. Verglichen mit einer effektiveren Aerobe Glykolyse ist die aerobe Version zweimal so flott. Dadurch wird der pH-Wert im Muskel gesenkt, was die wichtigen Muskelkontraktionsenzyme inhibiert.

Dies führt zu Muskelverbrennungen und schneller Müdigkeit. In zunehmendem Maße beginnt die anaerobe Glykolyse mit einer verlängerten Einwirkzeit von mehr als 2min. Zuerst findet jedoch eine Vermischung von anaerober und aerober Energiezufuhr statt (zwischen 2-8 Minuten). Nur nach etwas längerer Bewegung (über 8 Minuten) dominiert die anaerobe Glykolyse.

In zunehmendem Maße wird nun für den Glukosestoffwechsel aufbereitet. Glukose wird auch während der Aerobe Gylcolyse zu Brenztabletten zersetzt. Allerdings erfolgt keine Umsetzung zu Acetyl-CoA, sondern ein weiterer Abbauprozess. Acetyl-CoA wird über mehrere Stufen (im Citratzyklus) komplett zu Wasserstoff und Kohlendioxid zersetzt, wodurch wiederum eine Energiefreisetzung in ATP erfolgt.

Die aerobe Glykolyse kann 32 Mole ATP aus einem Glukosemolekül gewinnen, das sind 30 Mole mehr als bei der Anaerobe! Aus energetischer Sicht ist dieser Weg daher sehr wirksam, wenn seine große Effektivität auch auf Zeitdruck geht. Geringe Stressintensität und eine lange Stressdauer (ab 120 Minuten) sind die Voraussetzung dafür, dass der Organismus Energie ausfetten kann.

Dies erspart die schnelleren mobilen Kraftspeicher (Glykogen) und steht für den kurzfristigen Einsatz, z.B. Sprints, zur Verfügung. 2. Selbst wenn die Glycogenspeicher aufgebraucht sind, verändert sich der Organismus in die Fettreserve. Die Fette (genauer: die Triglyceride) werden aus den Lagern ausgeschieden und durch Lipasen (Enzyme) allmählich zu Acetyl-CoA zersetzt.

Die Zersetzung einer Fruchtsäure führt zu etwa 107 Molen ATP. Auf diese Weise wird durch den Fettverlust noch mehr Strom erzeugt als durch den Kohlenhydratabbau. Weil die Sauerstoffzufuhr durch die Lungen eingeschränkt ist, ist der Fettverlust jedoch weniger wirksam als der Verlust von Kohlenstoff.

Im Ruhezustand verwendet der Organismus Kohlehydrate und Fett zu etwa gleich großen Anteilen zur Energiegewinnung. Der Muskel verwendet dazu hauptsächlich Glukose aus dem Blutsystem und Fettzellen aus dem Lipid. Während des intensiven Trainings verlagert sich das Nährstoffverhältnis in Kohlenhydratrichtung (Muskelglykogen). Im Ausnahmefall, wie z.B. bei Hunger (d.h. absoluter Energiemangel) und Kohlenhydratmangel, können auch Muskel-Proteine zur Energieversorgung genutzt werden.

Die Zersetzung von Muskelproteinen ist natürlich schädlich, da sie in starkem Kontrast zu dem Bestreben des Athleten steht, die Leistung zu erhöhen. Damit diese Situation gar nicht erst eintritt, sollten Athleten eine genügende Energiezufuhr mit einem ausreichenden Kohlenhydratgehalt sicherstellen. Welcher Energieträger im sportlichen Bereich eingesetzt wird, ist letztlich abhängig von den Umweltbedingungen (Belastungsdauer, Stressprofil, Sauerstoffangebot, Belastungsintensität etc.), der physischen Verfassung und dem Metabolismus des Teilnehmers.

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