Muskelfunktion
Muskeln nutzen die gespeicherte chemische Energie aus der Nahrung, die wir essen, und wandeln diese in Wärme und Bewegungsenergie (kinetische Energie) um. Energie wird benötigt, um das Wachstum und die Reparatur von Gewebe zu ermöglichen, die Körpertemperatur aufrechtzuerhalten und körperliche Aktivität zu fördern. Energie kommt aus Lebensmitteln, die reich an Kohlenhydraten, Eiweiß und Fett sind.Die Energiequelle, die verwendet wird, um die Bewegung der Kontraktion in arbeitenden Muskeln anzutreiben, ist Adenosintriphosphat (ATP), die biochemische Art des Körpers, Energie zu speichern und zu transportieren. ATP ist ein energiereiches Nukleotid, das als sofortige Energiequelle innerhalb der Zelle fungiert. Wenn sich Muskeln zusammenziehen, bauen sie ATP in einer Reaktion ab, die Energie liefert. Muskelzellen speichern jedoch nur genug ATP, um einige Sekunden maximaler Kontraktion zu tanken. Sobald die Muskelkontraktion beginnt, muss die Herstellung von ATP schnell beginnen.
Da die ATP-Produktion so wichtig ist, haben Muskelzellen verschiedene Möglichkeiten, sie herzustellen. Diese Systeme arbeiten phasenweise zusammen. Die drei biochemischen Systeme zur Herstellung von ATP sind, um:
- Unter Verwendung von Kreatinphosphat
- Unter Verwendung von Glykogen (anaerobe Glykolyse)
- Unter Verwendung der aeroben Atmung (aerobe Glykolyse-Lipolyse)
Unter Verwendung von Kreatinphosphat
Um weiter zu arbeiten, müssen Muskelzellen ihre ATP-Versorgung auffüllen. Alle Muskelzellen enthalten eine energiereiche Verbindung, Kreatinphosphat, die schnell zu ATP abgebaut wird. Da die Vorräte an Kreatinphosphat ebenfalls begrenzt sind, kann dieses Energiesystem die maximale Muskelleistung nur für etwa 10 Sekunden aufrechterhalten. Das Phosphagen-System ist die primäre Energiequelle bei sehr kurzen, schnellen Aktivitätsausbrüchen wie Sprints.
Verwendung von Glykogen (anaerobe Glykolyse)
Um das Training länger als 10 Sekunden aufrechtzuerhalten, müssen Muskeln Kraftstoffquellen wie Kohlenhydrate und Fette abbauen, um die Energie für die erneute Synthese von ATP bereitzustellen. Der Kohlenhydratstoffwechsel ist schneller als der Fettstoffwechsel. Daher liefern Kohlenhydrate einen hohen Prozentsatz der Energie bei sehr intensiven Trainingseinheiten. Da Kohlenhydrate ohne Sauerstoff anaerob verstoffwechselt werden können, werden sie zu einer lebenswichtigen Energiequelle, wenn die Sauerstoffversorgung der Muskeln nicht mit der Nachfrage Schritt halten kann.
Der Abbau von Kohlenhydraten zur Bereitstellung von Energie ohne Sauerstoff wird als anaerobe Glykolyse bezeichnet. Dieser Prozess setzt sehr schnell Energie frei und produziert genug Energie, um etwa 90 Sekunden zu dauern. Es ist wichtig, dass kein Sauerstoff benötigt wird, da Herz und Lunge einige Zeit benötigen, um die Sauerstoffversorgung der Muskeln zu erhöhen. Glukose und gespeicherte Kohlenhydrate in Form von Glykogen in Muskelzellen werden durch eine Reihe von Reaktionen zu einer Verbindung namens Pyruvat abgebaut. Dieser Prozess liefert zwei bis drei Moleküle ATP für jedes Molekül Glucose. Ein Nebenprodukt der Herstellung von ATP ohne Sauerstoff ist Milchsäure, die sich während des schnellen Trainings in Ihren Muskeln ansammeln kann und Müdigkeit und Schmerzen verursacht.
Durch aerobe Atmung
Innerhalb von zwei Minuten nach dem Training beginnt der Körper, die arbeitenden Muskeln mit Sauerstoff zu versorgen. Wenn Sauerstoff verfügbar ist, kann Pyruvat aerob weiter abgebaut werden, um bis zu 30 zusätzliche ATP-Moleküle zu produzieren, was den aeroben Stoffwechsel, obwohl langsamer, viel effizienter macht als den anaeroben Stoffwechsel. Fette können aerob abgebaut werden, um große Mengen an ATP zu produzieren. Nach kräftigem Training füllen die Muskeln die ATP-Zufuhr aerob auf.
Die aerobe Atmung kann ATP für mehrere Stunden oder länger liefern, solange eine Glukoseversorgung anhält. Diese Glukose kann von mehreren Stellen kommen:
- Verbleibende Glukoseversorgung in den Muskelzellen
- Glukose aus der Nahrung im Darm
- Glykogen in der Leber
- Fettreserven im Muskel
Produktion von Laktat (Milchsäure)
Wenn der Körper viel Sauerstoff hat, wird Pyruvat auf einen aeroben Weg übertragen, um weiter abgebaut zu ATP (Pyruvat wird durch Glykolyse aus dem Abbau von Glucose hergestellt). Wenn der Sauerstoff jedoch begrenzt ist, wandelt der Körper Pyruvat vorübergehend in Laktat um, wodurch der Glukoseabbau – und damit die Energieproduktion – fortgesetzt werden kann. Die arbeitenden Muskelzellen können diese Art der anaeroben Energieproduktion mit hohen Raten für ein bis drei Minuten fortsetzen, während dieser Zeit kann sich Laktat auf hohem Niveau ansammeln.
Eine Nebenwirkung hoher Laktatspiegel ist eine Erhöhung des Säuregehalts der Muskelzellen. Die gleichen Stoffwechselwege, die den Abbau von Glukose zu Energie ermöglichen, funktionieren in dieser sauren Umgebung schlecht. Dies ist ein natürlicher Abwehrmechanismus für den Körper. Es verhindert dauerhafte Schäden bei extremer Anstrengung, indem es die Schlüsselsysteme verlangsamt, die zur Aufrechterhaltung der Muskelkontraktion erforderlich sind. Sobald sich der Körper verlangsamt, wird Sauerstoff verfügbar und Laktat wird wieder in Pyruvat umgewandelt, was einen anhaltenden aeroben Stoffwechsel und Energie für die Erholung des Körpers von dem anstrengenden Ereignis ermöglicht.
Laktataufbau ist nicht verantwortlich für die Schmerzen in den Tagen nach anstrengendem Training. Vielmehr führt die Produktion von Laktat und anderen Metaboliten bei extremer Anstrengung zu einem brennenden Gefühl, das häufig in aktiven Muskeln zu spüren ist. Diese oft schmerzhafte Empfindung bringt uns auch dazu, den Körper nicht mehr zu überlasten, wodurch eine Erholungsphase erzwungen wird, in der der Körper das Laktat entfernt.
