Stoffwechsel
Stoffwechselprozesse bilden die Lebensgrundlage jeder einzelnen Zelle und damit des ganzen Organismus. Der Stoffwechsel dient dem Aufbau und Unterhalt des Körpers und ist für die Energiebereitstellung zuständig. Wir unterscheiden entsprechend zwischen dem Baustoff- und Betriebsstoffwechsel.
Durch den Baustoffwechsel werden körperfremde Stoffe in körpereigene Substanzen umgewandelt. Der Körper wandelt beispielsweise tierische Eiweisse (Proteine) aus der Nahrungsaufnahme in körpereigene Aminosäuren um. Der Baustoffwechsel dient dem Aufbau und Unterhalt der Zellen, Gewebe sowie Organe und sorgt für die Anpassung an erhöhte Belastung.
Für den Betriebsstoffwechsel wird auch der Begriff Energiestoffwechsel verwendet. Über den Energiestoffwechsel wird Energie in Form von Adenosin-Tri-Phosphat (ATP) für die verschiedenartigen Leistungen der Zellen generiert. Unter Energiebereitstellung fallen somit Prozesse die an der Bildung von ATP beteiligt sind. ATP ist das universelle „Zahlungsmittel“ für alle Leistungen der Zellen. Pro Tag werden im Körper ca. 30 kg ATP gespalten. Wird ein ATP gespalten, so wird Adenosin-Di-Phosphat (ADP), ein Pi und Energie freigesetzt. Die Energie wird von den Zellen verwendet und ADP + Pi werden wieder zu energiereichem ATP umgewandelt. Dies geschieht über verschiedene biochemische Prozesse, in welchen Fette und Glukose zu CO2 (Kohlendioxyd) und H2O (Wasser) abgebaut werden. Je intensiver eine Muskelfaser arbeitet, desto schneller wird ATP gespalten und desto schneller muss es wieder ersetzt werden: Die ATP-Bildungsrate muss mit dem Verbrauch von ATP Schritt halten. Die Muskelfasern verfügen über verschiedene Möglichkeiten zur Herstellung von ATP. Für die Herstellung von ATP ist jede Körperzelle selber verantwortlich und es ist möglich durch Training diese Herstellungsprozesse zu verbessern.
Prozesse der Energiebereitstellung
ATP-Reserve: Jede Muskelfaser hat einen Vorrat an ATP gespeichert. Dieser darf nie vollständig aufgebraucht werden, sonst stirbt die Zelle ab. Damit dies nicht geschieht, werden beim ATP-Verbrauch sofort die biochemischen Prozesse zur ATP-Produktion aktiviert.
Die Prozesse werden in aerob und anaerob und laktazid oder alaktazid unterschieden. Aerob bedeutet, es wird für den Prozess Sauerstoff benötigt und anaerob besagt, dass kein Sauerstoff benötigt wird. Laktazid bedeutet, dass beim biochemischen Prozess Milchsäure (Laktat) anfällt und alaktazid besagt, dass kein Laktat produziert wird. Das Problem der laktaziden Energiebereitstellungsprozesse ist, dass der Muskel „übersäuern“ und dadurch schnell ermüden kann.
Anaerob-alaktazide-Energiebereitstellung
Dieser Prozess ist enorm schnell und benötigt Kreatinphosphat (KrP), ein Stoff der in jeder Muskelfaser eingelagert ist. Wird ATP gespalten, so gibt das KrP sein Phosphat schnell ab und es wird direkt wieder ATP hergestellt, welches erneut verwendet werden kann. Dabei fällt kein Laktat an und der Prozess benötigt keinen Sauerstoff. Bei moderater Belastung werden die KrP-Speicher laufend nachgefüllt. Wird der Speicher einmal vollständig entleert, braucht es 30-60 Sekunden Erholung bis die Speicher wieder gefüllt sind (vergleiche Pausen zwischen Kraftübungen). Der KrP-Speicher kann aber nicht genug ATP generieren, um die Zellen während längeren Belastungen mit Energie zu versorgen. Daher sind weitere Prozesse notwendig.
Anaerob-laktazide-Energiebereitstellung
Dieser Prozess, der auch Glykolyse genannt wird, benötigt keinen Sauerstoff hat aber den Nachteil, dass Laktat produziert wird. Während der Glykolyse wird Glukose direkt zu Pyruvat abgebaut, was ATP schnell generieren kann. Dieser Prozess läuft ständig ab, kommt aber vor allem bei hohen und kurzen Belastungen stark zum Tragen. Steigt man bspw. beim Krafttraining direkt mit einer hohen Belastung ein, so begeht man eine Sauerstoffschuld, welche in einer Übersäuerung der Muskeln enden kann.
Aerobe Phosphorylierung
Für diesen Bereich liegen zwei Prozesse vor, in welchen entweder Glukose oder Fett verbraucht wird. Im aeroben Teil des Glukosestoffwechsels, wird das Endprodukt der anaeroben Glykolyse, also das Pyruvat, verwendet. Es wird zuerst in Essigsäure umgewandelt und dann in der Zelle, unter Verwendung von Sauerstoff, zu CO2 und Wasser abgebaut. Die Glykolyse ist somit nicht nur für die schnelle ATP Produktion zuständig, sondern bereitet auch das für den aeroben Glukosestoffwechsel verwendete Ausgangsprodukt vor.
Der zweite aerobe Prozess ist die Fettverbrennung. Fett wird zu aktivierter Essigsäure umgewandelt, welche dann von der Zelle, gleich wie beim aeroben Glukoseabbau, zu CO2 und Wasser abgebaut wird. Dieser Prozess dauert lange und ist daher auch langsamer als der Glukoseabbau. Weiter wird für die Fettverbrennung mehr Sauerstoff benötigt. Die Reserven sind aber nahezu unerschöpflich. Dieser Prozess kann den Energiebedarf im ruhenden Zustand decken und läuft ständig ab. Wird die Belastung erhöht, so kommen die anderen Energiebereitstellungsprozesse mehr zum Tragen. Auch die Fettverbrennung wird unter Belastung intensiviert und der Verbrauch ist bei 55-65% der VO2max am höchsten. Der Fettverbrennungsprozess kann durch Training verbessert werden.
Stoffwechsel und Belastungsintensität
Grundsätzlich werden für die Energiebereitstellung immer alle Prozesse gleichzeitig verwendet. Es ist aber so, dass je nach Belastung der eine oder andere Energiebereitstellungsprozess die Hauptlast der Energiebereitstellung übernimmt.
Anaerobe Schwelle
Im Energiestoffwechsel werden zwei Schwellen unterschieden. In Zone 1 wird die Energie zu fast 100% aerob bereitgestellt. Aktivitäten können so stundenlang ausgeführt werden. Sobald die Intensität steigt, beginnt der Körper anaerobe Energiebereitstellungsprozesse zu aktivieren und man überschreitet die aerobe Schwelle. Ab diesem Zeitpunkt bildet sich Laktat. Ist die Intensität der Aktivität sehr hoch oder wird sie während dem Ausführen weiter erhöht, so erreicht man die anaerobe Schwelle. Diese Schwelle beschreibt den Zeitpunkt, ab welchem die Laktatproduktion die Abbaurate übersteigt. Eine andere Bezeichnung für die Anaerobe Schwelle ist MAXLASS = Maximaler Laktat-Steady-State, also der Zustand, wo sich Laktatproduktion und Abbau die Waage halten. Ist diese Schwelle überschritten kommt es zum „Übersäuern“ (pH-Wert im Blut sinkt) und somit zu einem Leistungseinbruch, der nicht selten zum Abbruch der Aktivität führt.
Für die Trainingsplanung und –steuerung hat die anaerobe Schwelle eine hohe Bedeutung. Sie ist auch in der Leistungsdiagnostik ein guter Indikator.
VO2max
Maximale Sauerstoffaufnahme oder auch „oxidative Kapazität“ nennt sich dieser abgekürzt als VO2max bezeichnete Wert, der häufig in der Leistungsdiagnostik verwendet wird. Für die Bestimmung der V02max wird mit der Methode der Spirometrie, die Sauerstoffaufnahme über einen bestimmten Zeitabschnitt bei maximaler Belastung gemessen. Physiologische Parameter die den Wert der VO2max beeinflussen sind:
- Diffusionskapazität der Lungenbläschen, Lungenvolumen und Leistungsfähigkeit der Atemmuskulatur
- Transportkapazität des Blutes (Hämoglobinmenge)
- Pumpkapazität des Herzens
- Dichte des Kapillarnetzes (Diffusionskapazität der Muskulatur)
- Leistungsfähigkeit der Muskeln zur Sauerstoffaufnahme
Die VO2max gibt somit eine sehr breite Übersicht zur körperlichen Leistungsfähigkeit. Es wird aber nur der Bereich der Sauerstoffverarbeitung gemessen, weshalb dieser Indikator vor allem in Sportarten, welche die Ausdauer einen grossen Einfluss hat, zum Einsatz gelangt.