Die Entwicklung der Energiebereitstellung im Bereich der Langzeitausdauer III am Beispiel des Marathonlaufes

Inhalt

1.0 Einleitung

2.0 Allgemeine Energiebereitstellung im Muskel
2.1 Nährstoffe

3.0 Formen der Energiebereitstellung in der Muskulatur
3.1 Anaerobe Energiebereitstellung
3.2 Aerobe Energiebereitstellung
3.3 Unterschied zwischen aerober und anaerober Energiebereitstellung
3.4 Aerobe und anaerobe Schwelle
3.5 Anteile der Energiebereitstellung bei fortschreitender Belastungsdauer

4.0 Die Entwicklung der Energiebereitstellung im Bereich der Langzeitausdauer III am Beispiel des Marathonlaufes
4.1 Was ist die Langzeitausdauer III
4.2 Welche Formen der Energiebereitstellung dominieren bei zunehmender Belastungsdauer eines Marathonlaufes?
4.3 Welche Nährstoffanteile überwiegen bei zunehmender Belastungsdauer eines Marathonlaufes?
4.4 Findet eine Optimierung der Laufleistung durch leichtverdauliche Kohlenhydrate während eines Marathonlaufes statt?

5.0 Fazit

6.0 Glossar

7.0 Literaturverzeichnis
Bücher
Internetquellen

8.0 Abbildungsverzeichnis

9.0 Tabellenverzeichnis

10.0 Anhang

1.0 Einleitung

Der Vorgang der Energiebereitstellung lässt sich in seiner Komplexität reduzieren, wenn man die Energiebereitstellungsformen zeitlich getrennt voneinander betrach- tet. Man unterscheidet die anaerobe- und die aerobe- Energiebereitstellung. Diese zwei Energiebereitstellungsformen lassen sich wiederrum in anaerob-alaktazid, anaerob-laktazid und aerob-glykolytisch, sowie aerobe-lipolytisch klassifizieren. Im ersten Kapitel werden diese Begriffe kurz erläutert und es wird auf den zeitlichen Verlauf dieser Energiebereitstellungsformen näher eingegangen. Die Frage, „Gibt es für einen Marathonläufer die eine Energiebereitstellungsform?“, wird in der Hausarbeit behandelt.

Des Weiteren wird auf die Nährstoffanteile unserer Energiebereitstellung im zeitlichen Verlauf im Kapitel 4.3 eingegangen. Die Ausgangsstoffe für unsere Energiebereitstellung in der Muskulatur sind folgende Nährstoffe: Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße/ Proteine. Auf diese drei Nährstoffe wird gezielt eingegangen, wobei die Anteile der jeweiligen Nährstoffe, die Energielieferanten und die Art der Energie-bereitstellung im Bezug des Bereiches der Langzeitausdauer III am Beispiel eines Marathonlaufes dargelegt werden.

Eine Ergänzung dieser Hausarbeit mittels der Frage „Zuführung von leichtverdaulichen Kohlenhydraten während eines Marathonlaufes zur Optimierung der Laufleistung“ wird zum Ende hin diskutiert.

2.0 Allgemeine Energiebereitstellung im Muskel

Bei der Auseinandersetzung mit grundsätzlichen Aspekten in diesem Kapitel be- ziehe ich mich hauptsächlich auf die Bücher von Friedrich (2007) „Optimales Sportwissen“ und Beck (2005) „Das große Buch vom MARATHON“. Um einen Muskel zu kontrahieren, benötigen wir Energie in Form von Adeno- sintriphosphat (ATP). Die Filament-Gleittheorie der sogenannte Querbrücken- Zyklus erklärt die Entstehung und Auflösung einer Muskelkontraktion. Dabei wird die Energie zum Auflösen der Verbindung zwischen Aktin und Myosin benötigt. Hierbei wird unter Verwendung von ATP Phosphat und Adenosindiphosphat (ADP) freigesetzt. Diese Freisetzung von ADP und Phosphat kann anschließend in anderen Prozessen wieder zu der benötigten Energie in Form von ATP umge- wandelt werden. Die Frage „ durch welche Ausgangstoffe wird diese Energie be- reitgestellt und durch welche Prozesse wird die Energie hervorgerufen?“ wird in diesem Kapitel beleuchtet, um einen Überblick für die anschließende Auseinan- dersetzung mit der Langzeitausdauer III am Beispiel eines Marathonlaufes zu schaffen.

2.1 Nährstoffe

Wie bereits erwähnt, wird das ATP zur Lösung der Verbindung von Aktin und My- osin benötigt und ist somit Hauptbestandteil für die Kontraktion der Muskulatur. Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße sind Ausgangsstoffe für die Energiebereitstel- lung. „Lediglich aus diesen drei Nährstoffen kann Energie gewonnen werden“ (Friedrich, 2007, S. 54). Dies geschieht unter anderem durch Verbrennung, also einer chemischen Reaktion, von Fetten und Kohlenhydraten und Umwandlung von Proteinen. Daraus ergeben sich die fünf Energielieferanten der Muskulatur:

2.1.1 ATP: Adenosintriphosphat

„ATP ist der Energielieferant im Intermediärstoffwechsel und der Treibstoff für alle Körperzellen“ (Beck, 2005, S. 60). ATP wird nur in geringen Mengen in der Musku- latur gespeichert und ist somit auch sehr schnell verbraucht. Dieser Vorrat wird durch den Abbau von Makronährstoffen (Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße/ Prote- ine) wieder aufgefüllt. Nur mit Hilfe dieser Energiequellen kann eine Muskelkon- traktion ausgeführt werden. Der kleine ATP-Vorrat wird gerade bei kurzen, explo- sionsartigen Kraftausführungen verbraucht und ist nach ungefähr zwei Sekunden verbraucht.

2.1.2 KP: Kreatinphosphat

Der Speicher des Kreatins ist auch begrenzt und kann kurzzeitig intensive Krafteinsätze, wie z.B. 100 m Sprint, von ungefähr 6 Sekunden bei Untrainierten und ungefähr 12-20 Sekunden bei Hochtrainierten aufrechterhalten. In diesem Bereich dominiert die Resynthetisierung von ATP aus dem energiereichen Phosphatpool, dem Kreatinphosphat (vgl. Friederich, 2007, S. 54). Hauptsächlich wird das Kreatinphosphat und der ATP-Vorrat im Fitness- und Kraftsportbereich sowie im Laufbereich verwendet (vgl. Beck, 2005, S. 60).

2.1.3 Glukose, Glykogen: Kohlenhydrate

Kohlenhydrate sind aufgrund ihrer großen Speichermenge einer der wichtigste Energielieferant bei lang andauernder Belastung. Durch den Metabolismus wer- den Kohlenhydrate zu Glukose umgewandelt, welches dann in der Muskulatur und in der Leber, durch Resorption in Form von Glykogen gespeichert wird. „Glykogen ist die Verbindung von mehreren Glukoseeinheiten zu einem langkettigen Molekül“ (Beck, 2005, S. 61). Dort dient es entweder der Energiegewinnung oder der Ener- gielieferung. Mittels der anaeroben und aeroben Glykolyse werden Kohlenhydrate zu Energie umgewandelt. Mit Hilfe eines größeren Glukosespeichers wird die Ausdauerleistung verbessert. Somit ist der Glukosespeicher trainierbar und vom Trainingszustand des Sportlers abhängig. Dieser Speicher ist dennoch begrenzt und ist nach ungefähr 100 Minuten entleert (vgl. Beck, 2005, S. 61). Ob es sinnvoll ist, Kohlenhydrate während einer langandauernden Belastung, wie einer Belas- tung im Bereich der Langzeitausdauer III z.B. Marathon, zu sich zu nehmen, wird im Kapitel 4.4 ausführlich thematisiert.

2.1.4 Fette

Fette sind neben den Kohlenhydraten einer der wichtigsten Energielieferanten im Ausdauersport. Sie besitzen die größte Speichermenge im menschlichen Organismus, noch vor den Kohlenhydraten (siehe Abbildung 1). Bei extrem langandauernden Belastungen, wie beispielsweise einem Marathonlauf, kommt es nach ungefähr 90 Minuten zu einer Verschiebung der Energiebereitstellung von Kohlenhydraten zu Fetten (siehe S. 13 ff).

2.1.5 Proteine, Eiweiße

Die Hauptaufgabe der aus Aminosäuren bestehenden Eiweiße ist der Erhalt und die Bildung von Muskeln. Bei langandauernden Belastungen mit hoher Intensität können Proteine zur Energieversorgung herangezogen werden. Die Proteine sind insofern relevant, als dass sie unmittelbar den Muskelaufbau beeinflussen und somit den Trainingszustand des Sportlers bestimmen. Laut Beck entstehen bei Eiweißunterversorgung Zerrungen, Müdigkeit und auch Muskelkater (vgl. Beck, 2005, S. 61).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten.

ABBILDUNG 1: DIE FÜNF ENERGIELIEFERANTEN DER MUSKULATUR

Die in Abbildung 1 zu sehende Tabelle zeigt den ungefähren Anteil der Energielie- feranten der Muskulatur von ATP (kleiner Vorrat) bis hin zu Fetten (große Spei- chermenge).

Wie nun der menschliche Organismus aus diesen für ihn zur Verfügung stehenden Nährstoffen Energie bereitstellen kann, wird im Folgenden erklärt. Bei sehr lang andauernder hoher Belastung, wie zum Beispiel bei einem Marathonlauf oder Tri- athlon (Langzeitausdauer III), können Eiweiße zur Energiebereitstellung herange- zogen werden (vgl. Friedrich, 2007, S. 54 & 62). Bei diesen Belastungen kommt es zu einer Erschöpfung des Glykogenspeichers. Hier werden die umgewandelten Kohlenhydrate, das Glykogen, in den Zellen verschiedener Organe gespeichert. Die Thematisierung, auf welche Nährstoffanteile bei einem Marathonlauf haupt- sächlich zugegriffen wird, wird im Kapitel „Die Entwicklung der Energiebereitstel- lung im Bereich der Langzeitausdauer III am Beispiel eines Marathonlaufes“ be- leuchtet.

3.0 Formen der Energiebereitstellung in der Muskulatur

Die wichtigste Energiequelle, um Muskeln kontrahieren zu lassen, ist das ATP. Um dieses ATP zu resynthetiesieren bedient sich die Muskelfaser verschiedener Wege, da der intrazelluläre ATP-Vorrat sehr begrenzt ist (vgl. Weineck, 2004a, S 145).

Wie in der Einleitung erwähnt, differenziert man die aerobe-Energiebereitstellung von der anaeroben-Energiebereitstellung. Ausgehend davon wird die anaerobe- Energiebereitstellung in alaktazid (Phosphat Metabolismus) und laktazid (Anaero- be Glykolyse) und die aerobe-Energiebereitstellung in glykolytisch (Aerobe Glyko- lyse) und lipolytisch (Aerobe Lipolyse) unterschieden (vgl. Abbildung 2 im An- hang). Es werden verschiedene Wege der Energiebereitstellung benötigt, da sich bei längerer Belastungszeit die Energiebereitstellungsform verschiebt und es zu- dem zu Mischformen kommt. Darauf wird in der Hausarbeit näher eingegangen.

3.1 Anaerobe Energiebereitstellung

„[…] Die anaerobe Energiebereitstellung [findet] in unmittelbarer Nähe der Myo- fibrillen in der Muskelzelle statt“ (de Marées, 2007, S. 358). Aufgrund dieser Nähe zu den Muskelzellen kann die Energiebereitstellung relativ schnell erfolgen. Diese Energiebereitstellung findet gerade bei hochintensiven Belastungen bis zu drei Minuten statt und benötigt keinen Sauerstoff, um Energie zu generieren. Auch hier findet sich die geläufige Bezeichnung, dass die Energiebereitstellungsform in Phosphat Metabolismus und Anaerobe Glykolyse unterschieden wird.

Der Phosphat Metabolismus findet bei hochintensiven Belastungen in einem Zeitraum von 6-20 Sekunden statt. Dabei ist die Konzentration an ATP im Muskel entscheidend für die Aufrechterhaltung der Muskelkontraktion. CrP und ATP bezeichnet man auch als energiereiche Phosphate. Bei dieser Energiebereitstellung wird das ATP mittels Resynthetisierung aus ADP und CrP, hergestellt:

CrP + ADP  ATP + Cr

Hierbei entsteht, wie aus der Reaktionsgleichung zu sehen, kein Laktat. Der Krea- tinphosphatspeicher kann durch Training vergrößert werden, da man herausge- funden hat, dass der Speicher bei Untrainierten wesentlich kleiner war als bei Hochtrainierten. Janssen (2003) schrieb in seinem Buch „Ausdauertraining“, dass „bei einer völliger Ruhepause nach der Belastung […] eine schnellere Resynthese des ATP-CrP- Vorrates statt[findet], als bei einer aktiven Pause“ (Friedrich, 2007, S.55). Anders als beim Phosphat Metabolismus entsteht bei der anaeroben Glykolyse „Laktat ohne Verwendung von Sauerstoff“ (Friedrich, 2007, S. 55). Wie Abbildung 3 (siehe Anhang) veranschaulicht, „[…] ist der Abbauweg der Glukose identisch mit dem Abbauweg der aeroben Energiegewinnung“ (Friedrich, 2007, S. 55) bis zum Pyruvat. Das energiereiche Laktat ist hier das Stoffwechselendprodukt, wel- ches in der Muskelzelle gebildet wird und für die Muskelkontraktion nicht weiter verwendet werden kann. Es wird in seiner undissoziierten Form über die Kapillare und folglich über das Blut zu „anderen energiebenötigenden Strukturen, z.B. der Skelett- und Herzmuskulatur“ (de Marées, 2007, S. 356) abgegeben, wo es als Brennstoff dient. Des Weiteren dient es der Leber als Energiedonator, in der es dann wieder zu Glykogen resynthetisiert werden kann. Die bei der anaeroben Energiebereitstellung verwendeten Nährstoffe sind Kohlenhydrate (Glukose, Glykogen, Fruktose) (vgl. Friedrich, 2007, S. 54-57).

3.2 Aerobe Energiebereitstellung

Die aerobe Energiegewinnung findet in den Mitochondrien der Körperzellen statt. Diese Energiebereitstellung erfolgt relativ langsam, da zu diesem Prozess zusätz- lich Sauerstoff benötigt wird, wodurch der Reaktionsprozess verlängert wird. Wie der Abbildung 3 (im Anhang) zu entnehmen ist, entspricht die aerobe Glykolyse der vollständigen Glukoseverbrennung, wobei Sauerstoff benötigt wird, jedoch kein Laktat entsteht. Diese Form der Energiebereitstellung ist zwar ein sehr lang- samer Prozess, dennoch entsteht in den Mitochondrien sehr viel ATP, im Gegen- satz zur anaeroben Energiegewinnung. Die aerobe Energiebereitstellung dient zur Aufrechterhaltung von Belastungen die länger als drei Minuten andauern. Die hier verwendeten Nährstoffe können je nach Dauer der Belastung Kohlenhydrate, Fet- te und Eiweiße sein. Die aerobe Lipolyse entspricht der Fettverbrennung. Bei der Lipolyse und Glykolyse entsteht jeweils die aktivierte Essigsäure, die im Zitratzyk- lus (Krebszyklus) und anschließend in der Atmungskette zu Energie umgewandelt wird. Der Unterschied zwischen den beiden Energiebereitstellungen ist die Ge- samtenergieausbeute, welche bei der Lipolyse wesentlich höher liegt, aber bei dem der Prozess länger andauert und der benötigte Sauerstoffbedarf größer ist (vgl. Friedrich, 2007, S. 60-62). Diese unterschiedlichen Prozesse spielen im Be- reich der Langzeitausdauer eine wichtige Rolle. Dieser Unterschied wird im Kapitel „Welche Nährstoffanteile überwiegen bei zunehmender Belastungsdauer eines Marathonlaufes?“ ausführlich besprochen.

3.3 Unterschied zwischen aerober und anaerober Energiebereitstellung

TABELLE 1: VOR- UND NACHTEILE DER AEROBEN BZW. ANAEROBEN ENERGIEBEREITSTELLUNG

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten.

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