Abschnitt 1 - Lektion 2 Energiebereitstellung im menschlichen Körper

Energiegewinnung

Im Körper wird normalerweise Glukose zu ATP, dem universellen Energieträger unseres Körpers abgebaut. Aus ATP entsteht durch Wärmefreisetzung mechanische Energie. Bei einer Belastung ist der ATP Speicher allerdings schon nach wenigen Sekunden leer, daher startet sofort die Re-Synthese. Diese Re-Synthese kann auf drei verschiedene Arten durchgeführt werden. Welche Reaktion abläuft, ist dabei abhängig von der Belastung: einerseits von der Belastungsintensität, andererseits von der Belastungsdauer.

·      Anaerob alaktazid: (hohe Muskelaktivität, ohne Sauerstoff, ohne Laktat)

ATP -> ADP + P + E (wenige Sekunden)

Kreatinphosphat (Muskeleiweiß) + ADP = Kreatin + ATP (30 Sekunden)

·      Anaerob laktazid: (hohe Muskelaktivität, ohne Sauerstoff, mit Laktat)

Kohlenhydrate (Glukose oder Glykogen -> 2 ATP + Laktat, 2 Minuten, Azidose d. Muskulatur) -> schnelle Re-Synthese bei hohen Belastungen

·      Aerob alaktazid (lange aber geringe Belastungen >2 Min)

Abbau von Fettsäuren / KH in Mitochondrien zu Kohlendioxid und Wasser: freie Fettsäure + O2 = CO2 + H2O + 148 ATP; KH-Verbrennung 30 - 90 Min, danach reine Energiegewinnung aus Fetten

Das heißt, bei kurzen und intensiven Belastungen, wie zum Beispiel der Maximalbelastung, Schnellkraft oder Kurzzeitausdauer läuft eine anaerobe Reaktion ab, bei Ausdauerbelastungen werden die Glykogenvorräte geleert und danach die Energie aus der Fettverbrennung zur Verfügung gestellt. Die Fettverbrennung findet immer, außer im Maximalbereich, statt. Dies ist jedoch nicht gleichzusetzen mit dem Fettabbau, denn für einen Fettabbau ist eine negative Energiebilanz, also ein Kaloriendefizit, notwendig.


Merke: Fettverbrennung ist nicht Fettabbau!

4 Schritte, um ein Feuer zu entfachen

Die kleinste Einheit Energie, die sogenannte Energiewährung ist das ATP. ATP oder Adenosintriphosphat besteht aus Adenosin und tri – also drei – Phosphaten. Energie wird frei, indem ein Phosphatteilchen abgebaut wird. So wird aus Adenosintriphosphat (ATP) Adenosindiphosphat (ADP) + Phosphat (P). Da wir nicht unendlich viel ATP speichern können, hat unser Körper verschiedene Wege, je nach Beanspruchung, um neues ATP herzustellen. Wir verbrauchen und erzeugen an einem Tag in etwa unser Eigengewicht an ATP. Welche Schritte unser Körper für die Energiebereitstellung einleitet, beschreiben wir anhand eines Vergleichs:

An sich verhält sich die Energiebereitstellung wie das Feuermachen. Ein gut brennendes und wärmespendendes Feuer muss Schritt für Schritt angegangen werden und so macht es auch unser Körper.



Schritt 1

Der erste Schritt sind Streichhölzer. Mit einer Schachtel lässt sich ruck zuck eine Flamme zaubern, doch ist die Anzahl der Streichhölzer begrenzt und für ein ordentliches Feuer braucht man noch mehr Brennstoffe. Unsere Muskeln haben immer ein bisschen ATP, welches jedoch nach ca. 2-3 Sekunden aufgebraucht ist. Deshalb generiert unser Körper neue Energie in Form von ATP mit Hilfe einer Resynthese von Kreatinphosphat, welches auch im Muskel gespeichert ist (anaerob alactacider Stoffwechsel). Das geht relativ einfach: ATP verliert aufgrund der Energiegewinnung ein Phosphatteil und wird zu ADP (Adenosindiphosphat). ADP kann sich dann vom Kreatinphosphat (KrP) das Phosphatteil nehmen und es entsteht wieder ATP (und Kreatin). Diese Methode funktioniert allerdings nur max. 20 Sekunden und anschließend wird ein neuer Brennstoff benötigt, da der Kreatinphosphatspeicher nur sehr klein ist.

Schritt 2

Beim Feuermachen kann man natürlich mit Streichhölzern allein nicht viel anfangen, man nimmt als nächstes Papier. Mit Papier und Streichhölzern schafft man durchaus ein ansehnliches Feuer, welches auch viel Wärme spendet, aber es brennt nicht lange. Zudem entsteht viel Ruß welcher durch die Luft gewirbelt wird und beim Einatmen oder wenn er glühend auf die Kleidung fällt, eventuell gefährlich werden kann. Im Körper beschreibt diesen Schritt die anaerobe lactacide Energiebereitstellung. Glucose, welche im Muskel gespeichert ist, wird mithilfe der Glykolyse zu Pyruvat verstoffwechselt. Dabei werden 2 ATP freigesetzt, die der Muskel sofort verwenden kann. Die Glykolyse wird jedoch vom Körper eingestellt, wenn genug Pyruvat gebildet ist. Damit die Glykolyse bei der anaeroben lactaciden Methode nicht zum Erliegen kommt, muss Platz geschaffen werden und das Pyruvat wird in Lactat umgewandelt. Lactat lässt der Körper aber auch nicht in Unmengen zu, da sich der Muskel sonst aufgrund von Übersäuerung selbst zersetzten würde. Nach ca. 20 - 40 Sekunden intensiver Belastung muss auf eine andere Methode umgestellt werden.

Schritt 3

Jetzt ist der Zeitpunkt gekommen, Holz auf unser Feuerchen zu legen. Dieser Brennstoff hält länger und gibt konstant Wärme ab. Im Muskel funktioniert das, indem wir Sauerstoff zur Hilfe ziehen und nennt sich aerob glykolytischer Stoffwechsel. Das nach der Glykolyse entstandene Pyruvat muss nicht mehr notgedrungen zu Lactat umgeformt werden, es wird zu Acetyl-Coenzym A umgewandelt, dann im Citrat-Zyklus zu NADH und in der Atmungskette mit dem wichtigen Sauerstoff zu ATP. Im Vergleich zu der anaerob lactaciden Variante entstehen nicht nur 2 sondern bis zu 32 ATP. Vorausgesetzt der Körper hat genug Sauerstoff und die Glykogenspeicher sind voll, kann so zwischen 60 - 90 Minuten Energie bereitgestellt werden.

Schritt 4

Unser Feuer ist nun tendenziell fertig, außer wir brauchen längerfristig Wärme um beispielsweise zu kochen oder die Stube warmzuhalten. Dafür benötigen wir noch zusätzlich Kohle, die sehr lange glüht. Im Körper stellt die Kohle das Fett dar. Im aeroben lipolytischen Stoffwechsel wird das Fett, welches in Form von Triglyceriden gespeichert ist, zuerst durch die Lypolyse zu Fettsäuren und Glycerin. So wird es transportfähig gemacht und die Fettsäuren können durch ß-Oxidation zu Acetyl-Coenzym A umgewandelt und wie bei dem aerob glykolytischem Stoffwechsel im Citrat-Zyklus zu NADH und in der Atmungskette mit Sauerstoff zu ATP. Bei niedriger Intensität reichen die körpereigenen Reserven theoretisch tagelang.



So haben wir ein loderndes wärmespendendes Feuer entfacht. Der Körper funktioniert natürlich nicht strikt nach diesem Ablauf. Die verschiedenen Stoffwechselarten funktionieren je nach Belastung auch parallel oder in einer anderen Reihenfolge. Außerdem kann in außerordentlichen Notsituationen wie Hungersnöten oder extremen Diäten der Körper auch mithilfe von Eiweiß Energie gewinnen, zum Beispiel durch den Abbau von Muskelmasse.