Energiebereitstellung

Damit du deine optimale Leistung im ENGINE CHECK abrufen kannst, brauchst du genügend Energie. Woher diese Energie kommt und wie dir dein Köper genügend Energie für die körperliche Belastung bereitstellt, soll dir folgender Beitrag erklären.

Sämtliche Funktionen der Organe, des Hirns sowie Muskelkontraktionen funktionieren nur durch den Einsatz von Energie. Diese Energie wird mit Hilfe von ATP (Adenosintriphosphat) bereitgestellt. Das ATP (Adenosintriphosphat) wird in ADP (Adenosindiphosphat) und Phosphat gespalten. Dabei wird Bindungsenergie frei und steht für Körperfunktionen zur Verfügung:

ATP –> ADP + Pi + Energie

Für die Wiederaufbereitung von ATP ist der Energiestoffwechsel zuständig. Jede Muskelfaser verfügt bereits über eine kleine ATP-Reserve. Je intensiver sie arbeitet desto schneller wird ATP gespalten. Das ATP-Depot darf jedoch niemals entleert werden. Sobald ATP verbraucht wird, werden deshalb biochemische Prozesse in Gang gesetzt, die der Herstellung von ATP dienen. Es wird zwischen anaeroben und aeroben Prozessen unterschieden:

1. Die anaerobe Energiebereitstellung: Bildung von ATP ohne Verbrauch von Sauerstoff. Dieser Vorgang findet im Zellplasma statt.
2. Die aerobe (=oxidative) Energiebereitstellung: Bildung von ATP unter Verbrauch von Sauerstoff. Dieser Vorgang findet in den Mitochondrien statt.

Die anaerobe Energiebereitstellung wird unterteilt in anaerob-alaktazide und anaerob laktazide Energiebereitstellung.

Beim anaerob-laktaziden Prozess erfolgt eine Spaltung der energiereichen Phosphate: ATP und Kreatinphosphat.

Kreatinphosphatsystem:
Jede Muskelfaser verfügt über einen kleinen Vorrat an Kreatinphosphat (KrP). Wenn ATP gespalten wird, geben KrP-Moleküle ihre Phosphatgruppe an die ADP Moleküle ab, so dass praktisch ohne Verzögerung wieder ATP entsteht. (ADP + KrP –> ATP + Kr)
Das Kreatinphosphat-System dient also zur extrem schnellen Wiederaufbereitung von ADP zu ATP. Es ist hocheffizient und jederzeit verfügbar. Das für die Übertragung der Phosphatgruppe zuständige Enzym heisst Kreatinkinase. Der KrP-Speicher wird bei moderaten Belastungen permanent wieder aufgefüllt. Bei extremen Belastungen können die KrP-Speicher weitgehend entleert werden. Sie werde zu Beginn einer Regernationsphase mit einer Halbwertszeit von 30 bis 60 Sekunden wieder aufgefüllt.
Der Start im BMX ist aufgrund der Dauer und der Intensität eine typische Belastung, bei welcher einen grossen Teil der Energie durch Kreatinphosphat bereitgestellt wird:

Bei der anaerob-laktaziden Energiebereitstellung findet eine anaerobe Glykolyse statt:

Anaerobe Glykolyse:
Glukose wird ohne Beteiligung von Sauerstoff zu Pyruvat abgebaut. Dieser biochemische Prozess heisst (anaerobe) Glykolyse. Die ATP-Bildungsrate ist etwa viermal grösser als bei der Fettverbrennung aber pro mol Glukose werden lediglich 2 mol ATP gewonnen. Die Glykolyse deckt immer einen Teil des Energiebedarfs. Dieser Teil ist umso grösser, je intensiver die Muskulatur beansprucht wird, und er ist besonders gross, wenn bei Beginn einer Belastung eine Sauerstoff-Schuld eingegangen wird.
Ein gutes Beispiel, bei welchem die anaerobe Glykolyse einen grossen Teil der Energiebereitstellung übernimmt, ist der Teamsprint auf der Bahn:

Die aerobe Energiebereitstellung erfolgt durch vollständige Verbrennung (Oxidation) von Kohlenhydraten (Glukose) und Fetten (Fettsäuren) zu Kohlendioxid und Wasser (CO₂ + H₂O), wobei die Glukose durch Glykogenabbau (Glykolyse) und die Fettsäuren durch Fettspaltung (Lipolyse) zur Verfügung gestellt werden.

Energie aus dem Fettstoffwechsel:
Im Ruhezustand und bei geringer Beanspruchung der Muskulatur dient den Muskelfasern in erster Linie die Fettverbrennung für die ATP-Produktion. Fette haben eine hohe Energiedichte und die Reserven sind nahezu unerschöpflich. Bei der Fettverbrennung wird jedoch wesentlich langsamer ATP produziert als beim Glukoseabbau. Überdies ist das kalorisch Äquivalent tiefer, das heisst, es wird mehr O₂ (Sauerstoff) benötigt, um eine bestimmte Energiemenge zu gewinnen als bei der Glukoseverbrennung. Je geringer die Belastung ist, desto höher ist deshalb der prozentuale Anteil der Fette an den energieliefernden Substraten. Weil jedoch bei höherer Belastung der gesamte Energieverbrauch grösser ist, wird bei etwa 55 bis 65% der VO₂max am meisten Fett verbrannt. Die Fähigkeit, bei relativ hoher Belastung einen grossen Teil des Energiebedarfs durch die Fettverbrennung zu decken, ist trainierbar.
Beim einem Strassenrennen wird die meiste Energie durch den Fettstoffwechsel bereitgestellt:

Energie aus dem aeroben Glukosestoffwechsel:
Je stärker die Muskelfasern beansprucht werden, desto geringer wird der prozentuale Anteil der Energie, die durch Fettverbrennung gewonnenen wird und desto mehr trägt der Glukosestoffwechsel zu Deckung des Energiebedarfs bei. Pyruvat, welches in der anaeroben Glykolyse aus Glukose abgebaut wurde, wird grösstenteils zu aktivierter Essigsäure umgewandelt und in den Mitochondrien unter Beteiligung von O₂ zu den Stoffwechsel-Endprodukten CO₂ und H₂O abgebaut. Die ATP-Bildungsrate beim vollständigen Abbau von Glukose ist etwa doppelt so hoch wie bei der Fettverbrennung, aber nur halb so gross wie bei der anaeroben Glykolyse.
Die anaerobe Glykolyse ist die Hauptenergiequelle bei der Einzelverfolgung auf der Bahn:

Diese vier genannten Mechanismen der Energiebereitstellung stehen dem Muskelstoffwechsel zur Verfügung. Ob BMX-Fahrer, Mountainbiker, Strass oder Bahnfahrer, Sprinter oder Ausdauerathlet, die Muskelfasern generieren die mechanische Energie immer, indem sie ATP spalten. Wie diese bereitgestellt wird, hängt von der Verfügbarkeit der Substrate sowie der Dauer und der Intensität der körperlichen Belastung ab. Je grösser die Leistung (Intensität) ist, desto mehr stehen die anaeroben Stoffwechselprozesse im Vordergrund. Je geringer die Leistung ist, desto mehr tragen die sauerstoffabhängigen Stoffwechsel zur Deckung des Energiebedarfs bei. Die folgende Grafik macht dies deutlich und zeigt, dass die unterschiedlichen Stoffwechselwege gleichzeitig und ergänzend zueinander stattfinden.

Übrigens: Wusstest du, dass welches Energiebereitstellungssystem du trainierest, die Grundlage des Intervalltrainings ist. In der folgenden Graphik kannst du erkennen, für welche Dauer, welche Energiespeicher angezapft werden. Mit dieser Hilfe kannst du dein eigenes Intervalltraining gestalten.

(Textquelle: Hegner, Jost (2012), Training fundiert erklärt: Handbuch der Trainingslehre, 5. Aufl., Bundesamt für Sport BASPO: INGOLDVerlag)