Grundlagen der Sporternährung

 Rote und weiße Muskelfasern

Die Skelettmuskulatur ist aus unterschiedlichen Muskelfasertypen, den sogenannten roten und weißen Muskelfasern, zusammengesetzt. Die roten Muskelfasern haben einen geringen Durchmesser und sind reich an Myoglobin (roter Muskelfarbstoff) und Mitochondrien (aerobe Energiegewinnung!). Sie sind für die Ausdauerleistung eines Muskels verantwortlich. Die weißen Muskelfasern hingegen sind dicker, enthalten weniger Myoglobin und Mitochondrien und nutzen vorwiegend die anaerobe Glykolyse zur Energiegewinnung. Ihr Reichtum an Myofibrillen, also den kontraktilen Elementen, befähigt sie zu kurzfristiger Hochleistung.   

Muskelkontraktion

Die Skelettmuskulatur besteht aus gebündelten Muskelfasern (Muskelzellschläuchen), die die fadenförmigen Myofibrillen enthalten. Sie sind die kontraktilen Elemente des Muskels. Die Myofibrillen bestehen aus den Muskelproteinen Actin und Myosin. Bei der Muskelkontraktion schieben sich diese beiden Muskelfilamente teleskopartig ineinander und der Muskel verkürzt sich. Für diesen Vorgang ist Energie notwendig. Diese wird im Körper im wesentlichen von zwei energiereichen Phosphatverbindungen bereitgestellt, dem Adenosin-Tri-Phosphat (ATP) und dem Kreatinphosphat (KP). 

Energiegewinnung ATP und KP

Durch die Abspaltung eines Phosphatrestes von ATP entsteht Adenosin-Di-Phosphat (ADP) sowie die Energie, die der Körper für sportliche Aktivitäten benötigt. Die Energiebereitstellung durch ATP reicht nur wenige Sekunden aus. Mit Hilfe eines Enzyms (Kreatinkinase) wird vom energiereicheren Kreatinphosphat ein Phosphatrest abgespalten, welcher dazu dient, das ADP erneut zu ATP umzuwandeln.

Die beiden Energiespeicher ATP und KP liefern, je nach Belastung, zwischen 5 und 20 Sekunden Energie. Diese Art der Energiegewinnung reicht also gerade für einen Kurzstreckenläufer (100/200m) aus. Bei länger andauernder Muskelarbeit erfolgt die Regenerierung des ATP durch den Abbau von Glucose.  

Glykolyse 

Glucose (Traubenzucker) wird im menschlichen Körper in Form von Glykogen in Leber und Muskulatur gespeichert. Während das Leberglykogen hauptsächlich für die Aufrechterhaltung des Blutzuckerspiegels verantwortlich ist, kann das Muskelglykogen für die Energiebereitstellung genutzt werden. Hierfür wird es in die stoffwechselaktive Form der Glucose umgewandelt (Glucose-6-Phosphat) und über mehrere Stoffwechselvorgänge (Glykolyse) zu Brenztraubensäure (Pyruvat) abgebaut. Nun unterscheidet man zwei Vorgänge: 

Anerobe Glykolyse

Darunter versteht man den Glucoseabbau ohne Sauerstoff (=anaerob) im Zytoplasma. Bei einer Muskelanspannung von etwa 20-90 sec erfolgt die ATP-Gewinnung hauptsächlich aus der anaeroben Glykolyse. Die Glucose wird zu Milchsäure (Laktat) abgebaut. Bei dieser Reaktion entsteht ein Energiegewinn von 2 Mol ATP. Die steigende Milchsäurekonzentration im Blut (Laktazidose) schränkt jedoch diesen Stoffwechselweg ein, da hierdurch bestimmte, für Muskelkontraktion wichtige Enzyme gehemmt werden. Der Muskel ermüdet. 

Aerobe Glykolyse

Jetzt setzt in den Mitochondrien die sogenannte aerobe Glykolyse ein, d.h. für die Verstoffwechselung der Glucose wird nun Sauerstoff benötigt. Der Zucker wird umgewandelt in Acetyl-CoA, welches im sogenannten Citratzyklus vollständig oxidiert wird. Diese Reaktion liefert 38 Mol ATP und ist somit sehr effektiv. Sie setzt allerdings erst nach etwa einer Minute ein und wird hauptsächlich von Mittel- und Langstreckenläufern genutzt.  

Lipolyse

Sind die Glykogenreserven des Körpers erschöpft (nach etwa 30-60 Minuten), setzt die Fettverbrennung (Lipolyse) ein. Die Oxidation von Fettsäuren liefert 148 Mol ATP, also fast viermal soviel wie die Verbrennung von Kohlenhydraten. Da Fett ebenfalls im Citratzyklus verstoffwechselt wird, ist für diese Reaktion ebenfalls Sauerstoff notwendig. Jedoch ist für die Oxidation von Fettsäuren mehr Sauerstoff notwendig als bei Kohlenhydraten. Da die Sauerstoffaufnahme durch die Lunge begrenzt ist, ist die Fettoxidation weniger effektiv als die Kohlenhydratoxidation. Das bedeutet, dass sowohl die Sauerstoffaufnahme als auch die Größe der Glykogenspeicher für die Leistungsfähigkeit von großer Bedeutung sind.   

Zusammenfassung

Energiebereitstellung (siehe Grafik)


- ATP, - KP, - anaerobe Glykolyse, - aerobe Glykolyse