Was passiert energetisch beim Was passiert energetisch beim 400m400m-- Lauf?Lauf?

�� Die Energie fDie Energie füür sportliche Leistungen wird r sportliche Leistungen wird nicht unmittelbar aus der Nahrungnicht unmittelbar aus der Nahrung(Kohlenhydrate, Fette, Eiwei(Kohlenhydrate, Fette, Eiweißße) e) gewonnen. gewonnen.

�� Das in allen KDas in allen Köörperzellen rperzellen gespeichertegespeicherte AdenonsontriphosphatAdenonsontriphosphat(ATP)(ATP) liefert die notwendige Energie. liefert die notwendige Energie.

�� Je nach Beanspruchung kJe nach Beanspruchung köönnen dabei nnen dabei unterschiedliche Phasen der unterschiedliche Phasen der Energiebereitstellung durchlaufen werden.Energiebereitstellung durchlaufen werden.

PHASE 1 PHASE 1 Die Die anaerobanaerob--alaktazidealaktazide Phase der Phase der

EnergiebereitstellungEnergiebereitstellung

Was passiert auf den ersten Metern?Was passiert auf den ersten Metern?

�� das in den das in den MitochondrienMitochondrien vorhandene ATP vorhandene ATP zerfzerfäälltllt

�� ATP zerfATP zerfäälltllt bei der Muskelkontraktion in das bei der Muskelkontraktion in das AdenosindiphoshatAdenosindiphoshat (ADP) und einen Phosphatrest (ADP) und einen Phosphatrest P. P.

�� Der KDer Köörper sorgt dafrper sorgt dafüür, dass neues ATP r, dass neues ATP hergestellt wird hergestellt wird

�� Die Energie eines weiteren Phospats in der der Die Energie eines weiteren Phospats in der der Muskelzelle, des Muskelzelle, des KreatinphoshatsKreatinphoshats (KP),(KP), sorgt sorgt kurzfristig dafkurzfristig dafüür, dass aus ADP und P wieder ATP r, dass aus ADP und P wieder ATP entsteht (entsteht (ResyntheseResynthese von ATP). von ATP).

�� Das ist dieDas ist die die die anaerobanaerob--alaktazidealaktazidePhase der EnergiebereitstellungPhase der Energiebereitstellung

WICHTIG:WICHTIG:�� ATPATP ist begrenzt im Muskel vorhanden (ca. 5mmol ATP ist begrenzt im Muskel vorhanden (ca. 5mmol ATP

pro g Muskelfeuchtgewicht) und reicht aus, um 2pro g Muskelfeuchtgewicht) und reicht aus, um 2--3s (3s (ca. ca. 1010--15m15m) die Leistung des K) die Leistung des Köörpers aufrecht zu halten.rpers aufrecht zu halten.

�� KreatinphosphatKreatinphosphat ((CrPCrP, auch KP) reicht aus, um die Leistung , auch KP) reicht aus, um die Leistung ffüür ca. 5 r ca. 5 –– 8 s/ 8 s/ weitere 30weitere 30--60 m60 m zu garantieren.zu garantieren.

�� Auch durch gezieltes Training wachsen die ATPAuch durch gezieltes Training wachsen die ATP--Depots von Depots von Sprintern im Vergleich zu Untrainierten und Sprintern im Vergleich zu Untrainierten und Ausdauerathleten Ausdauerathleten nur um bis zu 20 Prozent.nur um bis zu 20 Prozent.

�� Gut trainierte 100Gut trainierte 100--MeterMeter--Sprinter etwa kSprinter etwa köönnen den nnen den Energiebedarf eines Laufs weitgehend durch Energiebedarf eines Laufs weitgehend durch KreatinphosphatKreatinphosphat decken.decken.

PHASE 2 PHASE 2 Die Die anaerobanaerob--laktazidelaktazide Phase der Phase der

EnergiebereitstellungEnergiebereitstellung

�� Noch bevor die VorrNoch bevor die Vorrääte an energiereichen Phosphaten verbraucht te an energiereichen Phosphaten verbraucht sind, ist die sind, ist die nnäächstschnellerechstschnellere Variante des Energiestoffwechsels Variante des Energiestoffwechsels aktiv geworden, die aktiv geworden, die anaerobanaerob--laktazidelaktazide EnergiebereitstellungEnergiebereitstellungdurch den Abbau von Glukose. durch den Abbau von Glukose. Bereits nach einigen Sekunden wird die Bereits nach einigen Sekunden wird die anaerobanaerob--laktazidelaktazideEnergiebereitstellung genutzt. Dieser Weg wird immer dann Energiebereitstellung genutzt. Dieser Weg wird immer dann bestritten, wenn nicht genug Sauerstoff zur Energiegewinnung bestritten, wenn nicht genug Sauerstoff zur Energiegewinnung zur Verfzur Verfüügung steht. gung steht.

�� In einer ersten Folge von Reaktionen wird der Traubenzucker zu In einer ersten Folge von Reaktionen wird der Traubenzucker zu BrenztraubensBrenztraubensääureure ((PyruvatPyruvat) gespalten. Dieser Weg tr) gespalten. Dieser Weg träägt den gt den Namen Namen GlykolyseGlykolyse. Dabei wird eine kleine Energiemenge frei, die . Dabei wird eine kleine Energiemenge frei, die bereits zur Herstellung von ATP genutzt werden kann. bereits zur Herstellung von ATP genutzt werden kann.

�� Die benDie benöötigte Energie steht dabei schnell zur Verftigte Energie steht dabei schnell zur Verfüügung, die gung, die Energieausbeute ist aber gering, da das ZuckermolekEnergieausbeute ist aber gering, da das Zuckermoleküül nicht l nicht vollstvollstäändig zerlegt wird. Es entsteht Milchsndig zerlegt wird. Es entsteht Milchsääure (ure (LaktatLaktat), die ), die schnell zur Ermschnell zur Ermüüdung fdung füührt, wenn sie sich versthrt, wenn sie sich verstäärkt anhrkt anhääuft. uft.

�� Die Ausbeute von 2 MolekDie Ausbeute von 2 Moleküülen ATP aus einem Moleklen ATP aus einem Moleküül Glukose l Glukose istist gering!gering!

�� Im Spitzenbereich werden bei Auslastung des Im Spitzenbereich werden bei Auslastung des anaerobanaerob--laktazidenlaktaziden Stoffwechsels Stoffwechsels LaktatkonzentrationenLaktatkonzentrationen bis zu 25 bis zu 25 mmol/mmol/literliter im Blut gemessen; in dieser Hinsicht Untrainierte im Blut gemessen; in dieser Hinsicht Untrainierte erreichen 7erreichen 7--8 mmol/l.8 mmol/l.

PHASE 3 PHASE 3 Der Der aerobaerob--alaktazidealaktazide Abbau von Abbau von

Glukose und Glukose und Fett(sFett(sääurenuren))

�� Dauerleistungen vermag die Muskulatur Dauerleistungen vermag die Muskulatur aufgrund zweier aufgrund zweier Stoffwechselmechanismen zu vollbringen: Stoffwechselmechanismen zu vollbringen:

�� durch Verbrennung von Traubenzucker durch Verbrennung von Traubenzucker (Glukose) sowie die aus Fetten (Glukose) sowie die aus Fetten stammenden Fettsstammenden Fettsääuren unter uren unter Sauerstoffverbrauch Sauerstoffverbrauch ––>>

�� "aerob"."aerob".

�� Oder durch den Abbau von Oder durch den Abbau von GlukosemolekGlukosemoleküülen ohne Sauerstoff len ohne Sauerstoff -->>

�� "anaerob"."anaerob".

Deutlich macht das folgende Grafik:Deutlich macht das folgende Grafik:

�� Wichtig ist nun, dass der gesamte Anteil der Wichtig ist nun, dass der gesamte Anteil der BrenztraubensBrenztraubensääureure nur dann im Zitronensnur dann im Zitronensääurezyklus urezyklus zerlegt wird, wenn genzerlegt wird, wenn genüügend Sauerstoff fgend Sauerstoff füür die r die Atmungskette zur VerfAtmungskette zur Verfüügung steht.gung steht.

�� Wird nWird näämlich, und das ist bei hohem Energiebedarf der mlich, und das ist bei hohem Energiebedarf der Fall (400mFall (400m--Lauf!), mehr Lauf!), mehr BrenztraubensBrenztraubensääureure gebildet als gebildet als in derselben Zeit mit dem zur Verfin derselben Zeit mit dem zur Verfüügung stehenden gung stehenden Sauerstoff ,.verbrannt'' werden kann, so wird der Sauerstoff ,.verbrannt'' werden kann, so wird der ÜÜberschuss erst gar nicht im Zitronensberschuss erst gar nicht im Zitronensääurezyklus zerlegt, urezyklus zerlegt, sondern sofort zu Milchssondern sofort zu Milchsääure (ure (LaktatLaktat) umgewandelt. ) umgewandelt.

�� Diese kann vom Muskelgewebe und vom Blut nur in Diese kann vom Muskelgewebe und vom Blut nur in begrenzter Menge gebunden, d. h. neutralisiert werden. begrenzter Menge gebunden, d. h. neutralisiert werden. Mit steigender MilchsMit steigender Milchsääurekonzentration wird der Muskel urekonzentration wird der Muskel buchstbuchstääblich sauer. Je saurer ein Muskel wird, um so blich sauer. Je saurer ein Muskel wird, um so weniger kontraktionsfweniger kontraktionsfäähig ist er, bis er seine Thig ist er, bis er seine Täätigkeit tigkeit --oft unter Schmerzen oft unter Schmerzen -- ganz einstellt. Ein Teil der ganz einstellt. Ein Teil der MilchsMilchsääure wird nach und nach mit dem Blut aus dem ure wird nach und nach mit dem Blut aus dem Muskel herausgespMuskel herausgespüült und in der Leber zu Traubenzucker lt und in der Leber zu Traubenzucker zurzurüückverwandelt.ckverwandelt.

�� Der Rest kann erst im Der Rest kann erst im ruhendenruhenden Muskel allmMuskel allmäählich hlich abgebaut werden.abgebaut werden.

NOCHMAL DAS WICHTIGE:NOCHMAL DAS WICHTIGE:

�� Dauerleistungen kann die Muskulatur nur Dank Dauerleistungen kann die Muskulatur nur Dank zweier Stoffwechselzweier Stoffwechsel--vorgvorgäänge vollbringen, die nge vollbringen, die immer, aber unterschiedlich akzentuiert, immer, aber unterschiedlich akzentuiert, ablaufenablaufen

�� Beim einen verbrennt sie den Traubenzucker Beim einen verbrennt sie den Traubenzucker (Glucose) und die aus den Fetten stammenden (Glucose) und die aus den Fetten stammenden Fettzellen unter Fettzellen unter SuerstoffverbrauchSuerstoffverbrauch > > AEROBAEROB

�� Beim Zweiten baut sie GlukosemolekBeim Zweiten baut sie Glukosemoleküüle le >>ANAEROBANAEROB ab.ab.

KONKRET:KONKRET:�� Wasserstoff wird mit im Muskel vorhandenem Sauerstoff Wasserstoff wird mit im Muskel vorhandenem Sauerstoff

verbunden: d. h. er wird oxydiert. Dabei entsteht Wasser. verbunden: d. h. er wird oxydiert. Dabei entsteht Wasser. �� Im Laufe verschiedener Reaktionen wird Schritt fIm Laufe verschiedener Reaktionen wird Schritt füür Schritt r Schritt

Energie freigesetzt Diese allmEnergie freigesetzt Diese allmäählich frei werdende Energie hlich frei werdende Energie kann zum grokann zum großßen Teil genutzt werden, um ADP mit P zu ATP en Teil genutzt werden, um ADP mit P zu ATP zu verbinden. Die restliche Energie wird in Form von Wzu verbinden. Die restliche Energie wird in Form von Wäärme rme frei. Wfrei. Wäärme wird also nicht nur in unmittelbarem rme wird also nicht nur in unmittelbarem Zusammenhang mit der Muskelkontraktion produziert, Zusammenhang mit der Muskelkontraktion produziert, sondern in grosondern in großßem Maem Maßße auch durch die anschliee auch durch die anschließßend end ablaufenden Stoffwechselvorgablaufenden Stoffwechselvorgäänge. nge.

�� Die Reaktionskette, deren Ergebnis also Wasser und die Die Reaktionskette, deren Ergebnis also Wasser und die ResyntheseResynthese von ATP ist, wird Atmungskette genannt. Auf von ATP ist, wird Atmungskette genannt. Auf diese Weise wird nicht nur stdiese Weise wird nicht nur stäändig neues ATP fndig neues ATP füür die weitere r die weitere MuskeltMuskeltäätigkeit bereit gestellt, auch das, welches im Muskel tigkeit bereit gestellt, auch das, welches im Muskel gespeichert war und zu Beginn der Tgespeichert war und zu Beginn der Täätigkeit als erstes tigkeit als erstes zerlegt wurde, wird jetzt zurzerlegt wurde, wird jetzt zurüück gewonnen. Schlieck gewonnen. Schließßlich wird lich wird dieses ATP auch dazu genutzt, den dieses ATP auch dazu genutzt, den KreatinphosphatspeicherKreatinphosphatspeicherwieder aufzufwieder aufzufüüllen.llen.

Resynthese von ATP34 ATP4-Atmungskette

Bereitstellung von Wasserstoff für die Atmungskette und weitere Abspaltungvon CO2

2 ATP3-Zitronensäure-zyklus

Abspaltung von CO2, Bildung von aktivierter Essigsäure.

2-Oxidative Decarbolierung

Abbau von Glukose zu Brenztraubensäure2 ATP1-Glykolyse

AufgabeEnergie-ausbeute

ProzessZUSAMMENFASSUNGZUSAMMENFASSUNG

........ Oder so ............. Oder so .....

GRAFIKGRAFIK

AUSDAUERLEISTUNGAUSDAUERLEISTUNG

�� Die AusdauerleistungsfDie Ausdauerleistungsfäähigkeit kann durch folgende higkeit kann durch folgende Schwellenwerte charakterisiert werden:Schwellenwerte charakterisiert werden:

�� Die Die aerobe Schwelleaerobe Schwelle liegt bei ca. 2liegt bei ca. 2 mmol mmol LaktatLaktat/Liter Blut und /Liter Blut und entspricht somit einer Belastungsintensitentspricht somit einer Belastungsintensitäät, bei welcher der t, bei welcher der LaktatLaktatspiegelspiegel diesen Wert gerade diesen Wert gerade üübersteigt. bersteigt.

�� Ab dieser Schwelle kann die benAb dieser Schwelle kann die benöötigte Energie nur durch tigte Energie nur durch zuszusäätzliche Energiegewinnung aus dem tzliche Energiegewinnung aus dem anaerobanaerob--laktazidenlaktazidenStoffwechselweg bereitgestellt werden, der Stoffwechselweg bereitgestellt werden, der LaktatspiegelLaktatspiegel beginnt beginnt zu steigen. Bei Belastungsintensitzu steigen. Bei Belastungsintensitääten ten unterhalbunterhalb dieser Schwelle dieser Schwelle erfolgt die Energiegewinnung fast ausschlieerfolgt die Energiegewinnung fast ausschließßlich aerob; der lich aerob; der LaktatspiegelLaktatspiegel bleibt in der Nbleibt in der Näähe des Ruhewertes.he des Ruhewertes.

�� Der Der aerobaerob--anaerobe anaerobe ÜÜbergangsbereich bergangsbereich ist der Bereich ist der Bereich zwischen der aeroben und anaeroben Schwelle. Die zwischen der aeroben und anaeroben Schwelle. Die LaktatbildungLaktatbildungnimmt mit steigender Belastungsintensitnimmt mit steigender Belastungsintensitäät zwar zu, jedoch stehen t zwar zu, jedoch stehen LaktatbildungLaktatbildung und und LaktatabbauLaktatabbau immer im Gleichgewicht. immer im Gleichgewicht.

�� Die Die anaerobe Schwelleanaerobe Schwelle liegt etwa bei 4 mmol liegt etwa bei 4 mmol LaktatLaktat/Liter Blut, /Liter Blut, sie ist jedoch abhsie ist jedoch abhäängig vom Trainingszustand. Bei ngig vom Trainingszustand. Bei BelastungsintensitBelastungsintensitääten an dieser Schwelle liegt ein maximales ten an dieser Schwelle liegt ein maximales LaktatgleichgewichtLaktatgleichgewicht vor, d.h. vor, d.h. LaktatbildungLaktatbildung und und LaktatabbauLaktatabbaustehen gerade noch im Gleichgewicht. Man nennt diesen Zustand stehen gerade noch im Gleichgewicht. Man nennt diesen Zustand auch auch SteadySteady--statestate. . Eine hEine hööhere Belastungsintensithere Belastungsintensitäät ft füührt zu einem starken Anstieg hrt zu einem starken Anstieg des des LaktatspiegelsLaktatspiegels.. Die Sauerstoffaufnahme reicht nicht mehr aus, Die Sauerstoffaufnahme reicht nicht mehr aus, den Gesamtenergiebedarf zu decken, es kommt zur schnellen den Gesamtenergiebedarf zu decken, es kommt zur schnellen ErmErmüüdung durch dung durch ÜÜbersbersääuerung. uerung.

AUSDAUERTRAININGAUSDAUERTRAINING�� Die aerobe KapazitDie aerobe Kapazitäät zu steigern und den t zu steigern und den ÜÜbergang vom bergang vom

aeroben zum anaeroben System so lange wie maeroben zum anaeroben System so lange wie mööglich glich hinauszuzhinauszuzöögern" gern" -- das, betont Joseph das, betont Joseph KeulKeul, sei das Hauptziel , sei das Hauptziel eines Ausdauertrainings. Den Effekt erreicht bereits, wer eines Ausdauertrainings. Den Effekt erreicht bereits, wer dreimal pro Woche jeweils fdreimal pro Woche jeweils füür 30 bis 45 Minuten bei einem r 30 bis 45 Minuten bei einem Puls von etwa 130 bis 150 lPuls von etwa 130 bis 150 lääuft, schwimmt oder Rad fuft, schwimmt oder Rad fäährt. hrt. Die dann effizientere Energieversorgung beruht auf vielen, Die dann effizientere Energieversorgung beruht auf vielen, kleinen Anpassungen: kleinen Anpassungen:

�� Die Mitochondrien werden zahlreicher und grDie Mitochondrien werden zahlreicher und größößer. Forscher er. Forscher haben ermittelt, dass nach einem 16haben ermittelt, dass nach einem 16--wwööchigen chigen Schwimmtraining die EiweiSchwimmtraining die Eiweißßmasse der Zellkraftwerke um 70 masse der Zellkraftwerke um 70 Prozent gewachsen war. Prozent gewachsen war.

�� Die Die EnzymeEnzyme vor allem des aeroben, aber auch des anaeroben vor allem des aeroben, aber auch des anaeroben Stoffwechsels werden aktiver. Stoffwechsels werden aktiver.

�� Die Muskelzelle synthetisiert mehr Die Muskelzelle synthetisiert mehr MyoglobinMyoglobin. Dieses dem . Dieses dem HHäämoglobin verwandte Molekmoglobin verwandte Moleküül transportiert den Sauerstoff l transportiert den Sauerstoff von der Zellhvon der Zellhüülle in die Mitochondrien. lle in die Mitochondrien.

�� Das Glukosereservoir der Muskulatur wDas Glukosereservoir der Muskulatur wäächst chst -- auf den auf den gesamten Kgesamten Köörper bezogen von 300 auf 400 bis 500 Gramm. rper bezogen von 300 auf 400 bis 500 Gramm.

Weitere Infos:Weitere Infos:�� Eine Eine ausdauertainierteausdauertainierte Muskelzelle schont diese Zuckerreserven so Muskelzelle schont diese Zuckerreserven so

lange wie mlange wie mööglich, Bei Dauerbelastungen speist sie bevorzugt glich, Bei Dauerbelastungen speist sie bevorzugt FettsFettsääuren in den Stoffwechsel ein. uren in den Stoffwechsel ein.

�� 70 bis 90 Prozent des Energiebedarfs einer leichten bis 70 bis 90 Prozent des Energiebedarfs einer leichten bis mittelschweren Tmittelschweren Täätigkeittigkeit deckt sie auf diesem Wege. Der Vorrang deckt sie auf diesem Wege. Der Vorrang dieses Brennstoffs ist sehr sinnvoll: Die Fettvorrdieses Brennstoffs ist sehr sinnvoll: Die Fettvorrääte des Kte des Köörpers rpers sind nahezu unerschsind nahezu unerschööpflich bei einem Normalgewichtigen 20 bis 25 pflich bei einem Normalgewichtigen 20 bis 25 Kilogramm.Kilogramm.

�� Erst wenn ein Ausdauertrainierter sich sehr lange oder sehr Erst wenn ein Ausdauertrainierter sich sehr lange oder sehr intensiv belastet, greift der Organismus auf Glukose zurintensiv belastet, greift der Organismus auf Glukose zurüück. Dabei ck. Dabei zapfen die Muskeln zunzapfen die Muskeln zunäächst diechst die Kohlenhydratdepots der LeberKohlenhydratdepots der Leber an. an. Bei Bedarf entlBei Bedarf entläässt dieses Organ eine Zuckerflut ins Blut. sst dieses Organ eine Zuckerflut ins Blut.

�� Zuletzt werden die Kohlenhydratlager der Zelle angegriffen. DereZuletzt werden die Kohlenhydratlager der Zelle angegriffen. Deren n KapazitKapazitäät lt läässt sich fsst sich füür einen Wettkampf deutlich steigern: Der r einen Wettkampf deutlich steigern: Der Athlet muss sich einige Tage vor dem Start vAthlet muss sich einige Tage vor dem Start vööllig verausgaben. llig verausgaben. Wenn er sich dann mit Kohlenhydraten, etwa aus Nudeln in allen Wenn er sich dann mit Kohlenhydraten, etwa aus Nudeln in allen Variationen, voll stopft, speichern seine Muskeln den BrennstoffVariationen, voll stopft, speichern seine Muskeln den Brennstoffmit maximaler Rate. mit maximaler Rate.

�� An der Grenze der LeistungsfAn der Grenze der Leistungsfäähigkeit entscheiden diese Reservoirs higkeit entscheiden diese Reservoirs dardarüüber, ob etwa ein Langstreckenlber, ob etwa ein Langstreckenlääufer siegt oder verliert. Denn ufer siegt oder verliert. Denn die zelleigenen Glukosevorrdie zelleigenen Glukosevorrääte liefern per anaerobem Abbau die te liefern per anaerobem Abbau die Energie fEnergie füür den Endspurt." r den Endspurt."