Wann greift der Körper, bei Ausdaueraktivitäten, auf die Muskelmasse zurück ? [Archiv]

Franz

19-07-2003, 22:10

auf Fett wird von Anfang zugegriffen bei Ausdauertraining nur ist der Anteil hier noch gering, Muskulatur wird als letzter Weg abgebaut. Krafttraining und ausreichende Ernährung verhindert den Zugriff auf die Muskelmasse. Wenn dies der körper macht dann nur um aus dem Eiweiss Kohlenhydrate zu machen um den Energiehaushalt aufrecht zu halten passiert zB beim Marathon

Zum Thema Energiebereitstellung :
Die muskuläre Energiebereitstellung im Sport

Dr. Kurt A. Moosburger, Facharzt für Innere Medizin und Sportarzt

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Sieht man einmal von Schach, Dart und ähnlichen "Sportarten" ab, bedeutet sportliche Betätigung in der Regel körperliche Arbeit, sprich Muskelarbeit. Dazu bedarf es natürlich eines "Treibstoffes". Dieser heißt ATP (Adenosintriphosphat) und ist ein sog. "energiereiches Phosphat", welches durch seine Spaltung die Muskelkontraktion (Muskelverkürzung und/oder Muskelspannung) ermöglicht.

Da in der Muskelzelle nur eine sehr geringe Menge an ATP gespeichert ist, muss diese chemische Energie ständig im Muskelstoffwechsel erzeugt werden, damit sie in mechanische Energie umgewandelt werden kann.

Neben der mechanischen Energie, die z.B. der Fortbewegung dient, wird bei Muskelarbeit auch noch Energie in Form von Wärme erzeugt: Bei körperlicher Aktivität wird uns warm. Interessant dabei, dass nur ein Viertel bis maximal ein Drittel der umgesetzten Energie als mechanische Energie für die Muskelarbeit zur Verfügung gestellt wird und der Großteil des Energieumsatzes in Form von Wärme "verloren" geht. Betrachtet man den Muskel als Maschine, so ist sein Wirkungsgrad somit relativ gering.

Bei Muskelarbeit wird chemische Energie (ATP) in mechanische Energie und Wärme umgewandelt.
Welche Energiequellen stehen zur ATP-Bildung zur Verfügung ?
Wie schon erwähnt, ist in der Muskulatur nur eine sehr kleine Menge ATP gespeichert. Daneben gibt es noch ein zweites "energiereiches Phosphat", das Kreatinphosphat, welches durch Spaltung sofort ATP aus ADP regenerieren kann, aber auch nur in einem kleinen Ausmaß vorhanden ist. Die energiereichen Phosphate als direkt verfügbare chemische Energie ermöglichen durch eine maximal mögliche Energieflussrate (ATP-Bildung pro Zeit) zwar eine sofortige körperliche Höchstleistung, jedoch nur für einige Sekunden.

Daraus folgt, dass es Energiequellen mit größerer Kapazität zur ATP-Gewinnung geben muss.

Die eigentlichen Energieträger sind die Nährstoffe Kohlenhydrate und Fette.
Kohlenhydrate sind als Glykogen (Speicherform von Glucose=Traubenzucker) in der Muskulatur und zu einem kleinen Teil auch in der Leber gespeichert. In Abhängigkeit von Trainingszustand und Ernährung können bis zu 500 Gramm Glykogen in die Muskelzellen eingelagert werden. Diese Energiequelle ermöglicht intensive Ausdauerbelastungen bis zu etwa eineinhalb Stunden.

Den weitaus größten Energiespeicher stellen die Fette dar, die vor allem unter der Haut gespeichert sind (Unterhautfettgewebe), aber auch im Bauchraum um die inneren Organe. Bei schlanken Menschen beträgt die in den Fettdepots enthaltene Energie - sogar in der Muskulatur selbst ist etwas Fett gespeichert - ca. das 50-fache der in Form von Glykogen gespeicherten Energie (bei dicken Personen entsprechend mehr). Damit sind stundenlange, ja sogar tagelange Ausdauerleistungen (mit allerdings geringerer Intensität) möglich. Auch in Ruhe verbrennen wir in unseren Muskeln so gut wie ausschließlich Fett bzw. Fettsäuren ("Schlank im Schlaf"). [ siehe "Die Wahrheit über die Fettverbrennung"]

In welchem Ausmaß die Energiequellen "angezapft" werden, hängt davon ab, wie schnell, wie viel und wie lange im Muskel Energie bereitgestellt werden soll bzw. kann - mit anderen Worten, wie intensiv und wie lange die körperliche Belastung erfolgt.

Je höher die Energieflussrate (ATP-Gewinnung pro Zeit), also je schneller dem Muskel Energie (ATP) geliefert werden kann, desto höher ist die Leistung (Leistung ist Arbeit pro Zeit) (siehe unten)

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Man unterscheidet zwei Hauptmechanismen der Energiebereitstellung:

Die aerobe (=oxidative) Energiebereitstellung: Bildung von ATP unter Verbrauch von Sauerstoff
Die anaerobe Energiebereitstellung: Bildung von ATP ohne Verbrauch von Sauerstoff.
zu 1: Die aerobe Energiegewinnung erfolgt durch vollständige Verbrennung (=Oxidation)

von a) Kohlenhydraten (genauer: Glucose = Traubenzucker)

und b) Fetten (genauer: Fettsäuren)

jeweils zu Kohlendioxid und Wasser (CO2 + H2O), wobei die Glucose durch Glykogenabbau (Glykolyse) und die Fettsäuren durch Fettspaltung (Lipolyse) zur Verfügung gestellt werden.

zu 2: Die anaerobe Energiegewinnung erfolgt durch

Spaltung der gespeicherten energiereichen Phoshate ATP und Kreatinphosphat = anaerob-alaktazide Energiebereitstellung
unvollständige Verbrennung von Glucose unter Bildung von Lactat ("Milchsäure"): anaerobe Glykolyse = anaerob-laktazide Energiebereitstellung
Somit stehen dem Muskelstoffwechsel 4 Mechanismen der Energiegewinnung zur Verfügung, die je nach Intensität und Dauer der körperlichen Belastung beansprucht werden.
Primär bestimmt das Ausmaß der Belastungsintensität, nicht die Belastungsdauer die entsprechende Energiebereitstellung.
Beispiel Joggen: niedrige Belastungsintensität, das bedeutet aerobe Energiebereitstellung durch vornehmlich Fettverbrennung, egal, ob nur für 5 Minuten oder 2 Stunden. Dies vorweg für alle, die dem weitverbreiteten Irrglauben unterliegen, die Fettverbrennung würde erst nach einer halben Stunde einsetzen!

Es besteht prinzipiell immer ein "Nebeneinander" der einzelnen Mechanismen der Energiebereitstellung mit fließenden Übergängen in Abhängigkeit von der Belastungsintensität und kein "Nacheinander", wie vielfach geglaubt wird.

Die Geschwindigkeit der Energiebereitstellung, die schon erwähnte Energieflussrate (ATP-Bildung pro Zeit), ist natürlich beim anaerob-alaktaziden Mechanismus am größten und nimmt bei der anaeroben Glykolyse (anaerob-laktazider Mechanismus), der aeroben Glucoseverbrennung sowie Fettverbrennung um jeweils ca. die Hälfte ab. Dafür nimmt der Energiegehalt in der gleichen Reihenfolge zu.

Intensität und Dauer (Kapazität) der körperlichen Leistung verhalten sich entsprechend der jeweiligen Energiebereitstellung gegenläufig.
Die maximal mögliche Leistung nimmt in der Reihenfolge anaerob-alaktazid (energiereiche Phosphate) -> anaerob-laktazid (anaerobe Glykolyse, unvollständige Glucoseverbrennung) -> aerobe Glykolyse (vollständige Glucoseverbrennung) -> Fettverbrennung ab, die mögliche Belastungsdauer in gleicher Reihenfolge zu.

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Gehen wir nun genauer auf die einzelnen Mechanismen der Energiebereitstellung ein.

1. Anaerob-alaktazide Energiebereitstellung:

Wie bereits festgestellt, kann die mittels der "energiereichen Phosphate" (ATP, Kreatinphosphat) direkt verfügbare chemische Energie am schnellsten umgesetzt werden und ermöglicht damit die höchstmögliche Leistung. Jedoch ist diese Energiequelle sehr klein und reicht nur für kurze Zeit, nämlich 6 bis maximal 15 Sekunden. Sie ist entscheidend für Maximal- und Schnellkraft sowie Schnelligkeit (Beispiele: 100m-Sprint, Gewichtheben, Kugelstoßen, Hochsprung usw.)

Die dabei verbrauchten energiereichen Phosphate sind aber auch sehr rasch wiederhergestellt (je nach Trainingszustand nach einigen Sekunden bis wenigen Minuten).

Seit einigen Jahren ist in Kraft- und Sprintsportarten die hochdosierte Einnahme von Kreatin üblich, um dadurch den Kreatinphosphatspeicher der Muskulatur zu vergrößern und damit die Leistung zu steigern. [siehe "Kreatin im Sport"]

2. Anaerob-laktazide Energiebereitstellung (Anaerobe Glykolyse):

Dieser für Kraftausdauer und vor allem Schnelligkeitsausdauer entscheidende Mechanismus stellt die nötige Energie für eine sehr intensive, maximal mögliche Leistung zwischen 15 und 45 (max. 60) Sekunden zur Verfügung. Für eine rein alaktazide Energiegewinnung ist in diesem Fall die Belastungsdauer bereits zu lang, für eine Mitbeteiligung der aeroben Glucoseverbrennung zu kurz und die Belastungsintensität zu hoch.

Dabei wird die aus dem Muskelglykogen stammende Glucose unvollständig verbrannt, wobei Lactat ("Milchsäure", genauer: das Salz der Milchsäure) entsteht, das sich in der beanspruchten Muskulatur anhäuft und zur schmerzhaften "Übersäuerung" führt, die letztendlich leistungslimitierend ist, da im sauren Milieu die weiteren Muskelkontraktionen gehemmt werden - man ist "blau".

Klassisches Beispiel hiefür ist der 400m-Lauf (wo die Athleten auf den letzten Metern durch die extreme Übersäuerung auffallend langsamer werden), weiters der 500m-Eisschnellauf, das 1000m-Bahnzeitfahren, aber auch ein langgzogener Endspurt im Langstreckenlauf.

400m-Sprinter erreichen aufgrund ihrer großen anaeroben Kapazität und Säuretoleranz die höchsten Lactatwerte überhaupt (bis 30 mmol/l). Da das Lactat aus dem "sauren" Muskel in den Kreislauf gelangt, kommt es zu einer extremen Übersäuerung des Organismus, die normalerweise nicht mehr mit dem Leben vereinbar wäre (metabolische Azidose mit pH-Werten um 7, der im beanspruchten Muskel gemessene lokale pH-Wert liegt sogar unter 7). Glücklicherweise wird das Lactat nach Belastungsende innerhalb von Minuten wieder beseitigt (spürbar am raschen Nachlassen des "Muskelbrennens", Lactat hat übrigens nichts mit dem "Muskelkater" zu tun!), indem der in der Muskulatur verbleibende Anteil aerob verstoffwechselt (vollständig verbrannt) wird. Das in den Blutkreislauf ausgeschwemmte Lactat wird in der Leber und Muskulatur über Glucose zu Glykogen aufgebaut, aber auch von der Herzmuskulatur zur Energiegewinnung herangezogen.

Lactat ist somit kein "Abfallprodukt", sondern dient sowohl der Energiespeicherung als auch als Energielieferant.

Deshalb ist es wichtig, nach einer intensiven anaeroben Belastung diese für mehrere Minuten langsam ausklingen zu lassen (Z.B. durch Auslaufen), da damit der Lactatabbau und damit die muskuläre Erholung wesentlich rascher bewerkstelligt wird als im Falle körperlicher Ruhe. Man nennt dies aktive Erholung. nach oben

3. Aerobe Energiebereitstellung (Glucose- und Fettsäureoxidation):

Dieser Mechanismus der ATP-Gewinnung kommt bei den Ausdauersportarten zum Tragen, bei denen die maximale Sauerstoffaufnahme (VO2max) entscheidend ist. [siehe "Die maximale Sauerstoffaufnahme als Bruttokriterium für die Ausdauerleistungsfähigkeit"]

Dauert die körperliche Belastung einer größeren Muskelgruppe länger als 90 Sekunden, beginnt die aerobe (=oxidative) Energiegewinnung die entscheidende Rolle zu spielen (Wie schon oben erwähnt, beginnt die Fettverbrennung nicht erst nach einer halben Stunde!).
Es werden immer die beiden Nährstoffe Kohlenhydrate und Fette als Energielieferanten herangezogen ("Die Fette verbrennen im Feuer der Kohlenhydrate"), wobei je nach Belastungsintensität ein fließender Übergang in der anteilsmäßigen Energiebereitstellung besteht, der vor allem vom Trainingszustand abhängt.

Bei sehr intensiven aeroben Anforderungen (z.B. 5000m-Lauf) werden so gut wie ausschließlich Kohlenhydrate (in Form von Glykogen bzw. Glucose), bei extensiveren, längerdauernden Belastungen (z.B. im Straßenradrennsport) umso mehr Fettsäuren verbrannt.

Bei intensiven Ausdauerbelastungen wird die Glucose zum Teil unvollständig verbrannt, ist also auch die anaerobe Glykolyse zu einem gewissen Prozentsatz an der ansonst aeroben Energiebereitstellung mitbeteiligt. In diesem Fall müssen sich aber Lactatbildung (anaerob) und Lactatabbau (aerob) die Waage halten, um eine Übersäuerung zu vermeiden. Dies entspricht dann der individuell maximal möglichen Intensität, die über einen längeren Zeitraum aufrecht erhalten werden kann, der sog. "Schwellenleistung" an der sog. anaeroben Schwelle (genauer: aerob-anaerobe Schwelle bzw. Dauerleistungsgrenze), dem entscheidenden Kriterium im Ausdauersport. Die anaerobe Schwelle wird oft mit 4 mmol/l Lactat angegeben, dies ist jedoch nur ein Durchschnittswert, weshalb sie im Leistungssport individuell ermittelt werden sollte (Bei z.B. MarathonläuferInnen liegt die Dauerleistungsgrenze deutlich unter 4 mmol/l, bei Untrainierten meist darüber).

Bei zu hoch gewählter Belastungsintensität (oberhalb der anaeroben Schwelle) würde die zunehmende Anhäufung von Lactat (Lactatbildung größer als Lactatelimination) zum vorzeitigen Abbruch der Belastung zwingen (siehe Punkt 2).

All das spielt bei der Leistungsdiagnostik und Trainingssteuerung im Ausdauersport eine wesentliche Rolle.

Die Glykogenreserven sind bei intensiver Dauerbelastung je nach Trainingszustand nach 60 bis 90 Minuten weitgehend erschöpft. Bei Fortsetzung der Ausdauerbelastung ist der Muskelstoffwechsel nun auf eine vermehrte Fettverbrennung angewiesen, wobei diese Energiebereitstellung mehr Sauerstoff benötigt und nur halb so schnell wie bei der oxidativen Glucoseverbrennung erfolgt (niedrigere Energieflussrate, siehe oben). Das hat zur Folge, dass in der Regel eine Verminderung der Belastungsintensität (z.B. der Laufgeschwindigkeit) notwendig ist (Der berüchtigte "Ast" beim Marathonlauf).

Die entleerten Glykogenspeicher der Muskulatur werden bei entsprechender Ernährung (kohlenhydratreich) je nach Trainingszustand innerhalb von ein bis drei Tagen wieder aufgefüllt.

Um die Kapazität der muskulären Glykogenreserven vor einem Ausdauerwettkampf zu erhöhen ("Kohlenhydrat-Laden", "Tapering"), gibt es verschiedene Methoden, die man allerdings vorher ausprobieren muss. Meist wird ca. 5 Tage vor dem Wettkampf durch eine intensive Trainingseinheit von ca. eineinhalb Stunden der muskuläre Glykogenspeicher geleert. Die nachfolgenden 3 Tage wird die Muskulatur durch kohlenhydratfreie Kost sowie weiterem Training regelrecht "ausgehungert" und anschließend ein bis zwei Tage bis zum Wettkampf mit reiner Kohlenhydratnahrung "gefüttert".

Unsere praktisch unerschöpflichen Fettreserven ermöglichen ultralange Ausdauerleistungen, die natürlich mit entsprechend niedriger Intensität ausgeführt werden müssen. Beispiele: Der Triple-Iron Man-Triathlon oder - noch extremer - das Race Across America (RAAM).

Bei Ausdauerbelastungen, die länger als zwei Stunden dauern, ist ein gut trainierter Fettstoffwechsel entscheidend, damit er trotz der relativ langsamen Energiebereitstellung eine möglichst hohe Belastungsintensität bei gleichzeitiger Einsparung der wertvollen Glykogenreserven ermöglicht.

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Abschließend noch ein paar Worte zu den Muskelfasertypen :

Man unterscheidet grob die langsam zuckenden "roten" von den schnell zuckenden "weißen" Muskelfasern. Erstere sind durch ihren Gehalt an Myoglobin (rotem Muskelfarbstoff), das Sauerstoff speichern kann, sowie Mitochondrien ("Kraftwerke der Zelle") und oxidativen Enzymen (Biokatalysatoren für die aerobe Glucose- und Fettverbrennung) auf die aerobe Energiebereitstellung und damit Ausdauerleistungen spezialisiert.

Die "schnellen" Muskelfasern hingegen sind gekennzeichnet durch einen hohen Gehalt an energiereichen Phosphaten und Enzymen, die diese spalten sowie Glykogen ohne Sauerstoff abbauen können und damit auf die anaerobe Energiebereitstellung, also Kraft und Schnelligkeit, spezialisiert.

Das Verhältnis zwischen diesen Muskelfasertypen scheint weitgehend genetisch festgelegt zu sein und hält sich bei den meisten Menschen die Waage. Allerdings konnte bei farbigen Sprintern ein deutliches Überwiegen der schnellzuckenden Fasern festgestellt werden, was die Hypothese untermauert, dass man zum Sprinter geboren sein muss (Tatsächlich gibt es nur wenige weiße Weltklassesprinter).

Durch spezifisches Training kommt es zu einer funktionellen Anpassung der entsprechenden Muskelfasertypen (selektive Hypertrophie). So führt Ausdauertraining zu einer besseren Sauerstoffverwertung der "roten" Fasern und damit zu einer Verbesserung der VO2max. [siehe "Die maximale Sauerstoffaufnahme als Bruttokriterium für die Ausdauerleistungsfähigkeit"]. Die Hypertrophie der "weißen" Fasern bewirkt eine entsprechende Kraftsteigerung.

Eine echte Umwandlung zwischen "rot" und "weiß" dürfte nach dem derzeitigen Wissensstand nicht möglich sein Daneben gibt es aber noch "intermediäre" Muskelfasern, die zwar den schnell zuckenden Fasern ähnlich sind, aber auch "langsame" Eigenschaften besitzen und durch Ausdauertraining zu "roten" Fasern umgewandelt werden können. Die Tatsache, dass viele MittelstreckenläuferInnen im Lauf der Jahre auf immer längere Distanzen (bis zum Marathon) umsteigen, unterstreicht diese Beobachtung und zeigt die jahrelange Entwicklung im Ausdauersport auf, in dem man erst nach vielen Jahren des aufbauenden, konsequenten Trainings den individuellen Leistungszenit erreicht. Dafür kann man dieses Niveau noch relativ lange aufrecht erhalten (Man erinnere sich: 1984 wurde Carlos Lopez mit 38 Jahren Olympiasieger im Marathonlauf - mit einer Zeit von 2 Stunden 8 Minuten!).

Der umgekehrte Fall, nämlich die Umwandlung von "rot zu weiß" ist offensichtlich nicht möglich, die motorische Grundeigenschaft "Schnelligkeit" nimmt (wie auch die "Kraft") mit zunehmendem Alter ab. Bis dato ist noch kein Langstreckenläufer zum Sprinter geworden !

Das Wichtigste

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
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.
Innsbruck, im November 1994 (veröffentlicht im Sportmagazin) (zuletzt überarbeitet im Februar 2001) nach oben

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Quelle/Für den Inhalt verantwortlich: Dr. Kurt A. Moosburger, Facharzt für Innere Medizin und Sportarzt
Datum der letzten inhaltlichen Aktualisierung / Revision: Jänner 2002

http://gin.uibk.ac.at/thema/sportundernaehrung/energiebereitstellung.html
Seite aufrufen lohnt sich auch wegen der Skizzen zum Artikel!