Anaerober Stoffwechsel - Bedeutung des Laktats

INHALTSVERZEICHNIS

1  Einleitung  3

2  Leistungsphysiologische und sportmedizinische Grundlagen.  4

2.1  Energiebereitstellung in der Muskelzelle  4

2.2  Laktat- Indikator für Stoffwechselbeanspruchung  7

3  Leistungsdiagnostik und Trainingssteuerung  9

3.1  Leistungsdiagnostik  9

3.2  Kritische Betrachtung zur Trainingssteuerung  11

4  Laktat im Freizeit- und Gesundheitssport  13

5  Zusammenfassung  13

  Literaturverzeichnis  14

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1. Einleitung

Jede Form körperlicher (insbesondere sportlicher) Betätigung setzt die Bereitstellung von Energie voraus. Der Mensch gewinnt diese Energie durch den chemischen Abbau von mit der Nahrung aufgenommenen “Kraftstoffen” (Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße) und setzt diese mit Hilfe von energiereichen Phosphaten (ATP- und KP-”Batterie”) zur Kontraktion in der Muskulatur um. Die Problematik bei diesem Vorgang liegt darin, daß die direkt vom Muskel verwertbare Energie nach ca. 10 Sekunden muskulärer Arbeit verbraucht ist. Zur Wiederauffüllung dieser “Batterie”, stehen dem Organismus zwei Stoffwechselwege zur Verfügung:

1.) Die anaerobe Energiebereitstellung, bei der Kohlenhydrate- ohne Sauerstoff- zu Laktat und

2.) die aerobe Energiebereitstellung, bei der Kohlenhydrate und Fette- mit Sauerstoff- zu Kohlendioxid und Wasser verstoffwechselt werden.

Die beiden Formen der Energiebereitstellung laufen stets parallel und nie getrennt ab. Ihre Anteile sind vom Umfang und der Intensität der Belastung abhängig.

Auf den Weg der aeroben Energiebereitstellung soll in dieser Arbeit nicht näher eingegangen werden, da dies das Thema einer anderen Seminararbeit sein wird.

Meine Ausarbeitung beschäftigt sich mit der anaeroben Energiebereitstellung. Diese schnelle, sauerstoffunabhängige Art der Energiebereitstellung führt zur Bildung von Laktat (Salz der Milchsäure).

In den folgenden Kapiteln wird die leistungsphysiologische und sportmedizinische Grundlage der Laktatentstehung im Energiestoffwechsel dargestellt. Laktat- als Indikator für Stoffwechselbeanspruchung- wird differenziert betrachtet und unter dem Gesichtspunkt der Leistungsdiagnostik, in der das Laktat eine wesentliche Rolle spielt, kritisch beleuchtet. Es werden Anwendungsmöglichkeiten der Laktatmessung in der Sportpraxis und der Trainingssteuerung unter gesundheitlichen Gesichtspunkten diskutiert.

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2 Leistungsphysiologische und sportmedizinische Grundlagen

2.1 Energiebereitstellung in der Muskelzelle

Wenn ein Sportler z. B. 100 Meter sprintet, so steigt der Energiebedarf in der beanspruchten Muskulatur um ein Vielfaches an. Die Muskelzelle verfügt über Speicher, aus denen die Energie für die dafür notwendigen Muskelkontraktionen schnell (und für ca. 10 sec.) bereitgestellt werden kann. Diese Energiespeicher liegen in Form von Adenosintriphosphat (ATP) und Kreatinphosphat (KP) vor.

Bei der Abspaltung des endständigen Phosphatrestes vom ATP entsteht Adenosindiphosphat (ADP). Es wird Energie freigesetzt, welche die energieverbrauchenden Prozesse in der Zelle direkt beliefern. Ohne diesen Vorgang gäbe es beispielsweise keine Muskelkontraktionen (siehe separate Seminararbeit). Darüber hinaus verfügt die Muskelzelle über eine zweite energiereiche Phosphatverbindung. Das KP liegt in größeren Konzentrationen vor und regeneriert das ATP.

Abb.1: Regeneration des ATP durch KP (Reybrouck, 2000, 533).

Die gesamte Energiemenge beider energiereicher Verbindungen reicht für etwa 20 maximale Muskelkontraktionen. Es ist nun zu überlegen, welche sportlichen Bewegungsabläufe damit energetisch abzudecken sind. 100-Meter-Sprints und Weitsprünge gehören sicherlich dazu. Bei länger andauernden sportlichen Belastungen müssen folglich durch weitere chemische Reaktionen ablaufen, welche die Energie zum Wiederauffüllen der Energiespeicher liefern.

Über welche Stoffwechselwege die Energie bereitgestellt wird, ist von der Art, der Dauer und der Intensität der Belastung (intensiv, schnell, explosiv und von kurzer Dauer oder weniger intensiv und von langer Dauer) abhängig (Reybrouck, 2000, 532).

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De Marées und Mester (1982) beschreiben in ihrem Buch, daß die dafür benötigte Energie durch die biologische Oxidation gewonnen wird. Hierunter versteht man die schrittweise Oxidation der energiereichen Nährstoffe, insbesondere von Kohlenhydraten (Glukose) und Fetten (vor allem Fettsäuren). Proteine leisten zum Energiestoffwechsel nur einen geringen Beitrag. Sie werden vom Organismus nur in Ausnahmesituationen (Nahrungsmangel oder extreme Ausdauerbelastungen) herangezogen und werden deshalb in dieser Ausarbeitung nicht näher behandelt (Reybrouck, 2000, 532).

Anaerobe Oxidation (im Zellplasma):

Bei der anaeroben Oxidation wird die Energie aus Glukose (C6-Molekül) gewonnen, die auf dem Weg der Glykolyse bis zum Pyruvat (C3-Molekül) abgebaut wird. Bei diesem energieliefernden, biochemischen Vorgang, werden in der Bilanz 2 ATP gebildet. Darüber hinaus entstehen ⁺ zu NADH+H ⁺ reduziert wird. Wasserstoffionen, mit denen das Coenzym NAD

Bei maximaler körperlicher Tätigkeit wird die Glykolyse erheblich verstärkt, so daß mehr Pyruvat anfällt als gleichzeitig aerob oxidativ weiter verarbeitet werden kann. Dabei häuft sich das + (reduzierte Form) an. Dieses Coenzym muss aber in wasserstoffaufnehmende Coenzym NADH+H

⁺ vorliegen, um weiterhin den bei der Glykolyse freiwerdenden Wasserstoff oxidierter Form, als NAD

aufnehmen zu können. Die Muskelzelle hilft sich, indem sie in einem weiteren Reaktionsschritt den ⁺ auf Pyruvat überträgt, wobei Laktat und das benötigte NAD ⁺ entsteht. Wasserstoff des NADH+H

Die Laktatbildung ist somit das Hauptmerkmal der anaeroben Oxidation.

Abb. 2: Die Reduktion von Pyruvat zu Laktat (Scharf/ Weber, 1977, 115)

Energiebilanz der anaeroben Glucoseoxidation:

Aus einem Glucosemolekül werden nur zwei Moleküle ATP gebildet und so nur ca. 5% der Energie in ATP gespeichert.

Aerobe Oxidation (in den Mitochondrien):

Auf die aerobe Oxidation soll hier aus den o.g Gründen nur kurz eingegangen werden: Das Pyruvat (C3- Molekül) ist die Schnittstelle zwischen der anaeroben und aeroben Energiebereitstellung. Bei der aeroben Oxidation wird das Pyruvat zuerst in Essigsäure überführt und “aktiviert” (Acetyl-CoA). Im anschließenden Zitronensäurezyklus erfolgt der weitere enzymatische Abbau der Azetylgruppen. Danach folgt die Atmungskette, in der der Wasserstoff- zusammen mit seinen Elektronen- letztendlich auf Sauerstoff übertragen wird. Dabei entsteht Wasser (H 2 0) und freie Energie.

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