Was passiert energetisch beim 400m- Lauf?

Transkript

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2 Was passiert energetisch beim 400m- Lauf?

3 Die Energie für f r sportliche Leistungen wird nicht unmittelbar aus der Nahrung (Kohlenhydrate, Fette, Eiweiße) e) gewonnen. Das in allen Körperzellen K gespeicherte Adenonsontriphosphat (ATP) liefert die notwendige Energie. Je nach Beanspruchung können k dabei unterschiedliche Phasen der Energiebereitstellung durchlaufen werden.

4 PHASE 1 Die anaerob-alaktazide alaktazide Phase der Energiebereitstellung

5 Was passiert auf den ersten Metern?

6 das in den Mitochondrien vorhandene ATP zerfällt ATP zerfällt bei der Muskelkontraktion in das Adenosindiphoshat (ADP) und einen Phosphatrest P. Der Körper K sorgt dafür, dass neues ATP hergestellt wird Die Energie eines weiteren Phospats in der der Muskelzelle, des Kreatinphoshats (KP), sorgt kurzfristig dafür, dass aus ADP und P wieder ATP entsteht (Resynthese( von ATP). Das ist die die anaerob-alaktazide alaktazide Phase der Energiebereitstellung

7 WICHTIG: ATP ist begrenzt im Muskel vorhanden (ca. 5mmol ATP pro g Muskelfeuchtgewicht) und reicht aus, um 2-3s 2 (ca.( 10-15m 15m) ) die Leistung des Körpers K aufrecht zu halten. Kreatinphosphat (CrP,, auch KP) reicht aus, um die Leistung für r ca. 5 8 s/ weitere m zu garantieren. Auch durch gezieltes Training wachsen die ATP-Depots von Sprintern im Vergleich zu Untrainierten und Ausdauerathleten nur um bis zu 20 Prozent. Gut trainierte 100-Meter Meter-Sprinter etwa können k den Energiebedarf eines Laufs weitgehend durch Kreatinphosphat decken.

8 PHASE 2 Die anaerob-laktazide Phase der Energiebereitstellung

9 Noch bevor die Vorräte an energiereichen Phosphaten verbraucht sind, ist die nächstschnellere Variante des Energiestoffwechsels aktiv geworden, die anaerob-laktazide Energiebereitstellung durch den Abbau von Glukose. Bereits nach einigen Sekunden wird die anaerob-laktazide Energiebereitstellung genutzt. Dieser Weg wird immer dann bestritten, wenn nicht genug Sauerstoff zur Energiegewinnung zur Verfügung steht. In einer ersten Folge von Reaktionen wird der Traubenzucker zu Brenztraubensäure ure (Pyruvat)) gespalten. Dieser Weg trägt den Namen Glykolyse.. Dabei wird eine kleine Energiemenge frei, die bereits zur Herstellung von ATP genutzt werden kann. Die benötigte Energie steht dabei schnell zur Verfügung, die Energieausbeute ist aber gering, da das Zuckermolekül l nicht vollständig zerlegt wird. Es entsteht Milchsäure (Laktat( Laktat), die schnell zur Ermüdung führt, f wenn sie sich verstärkt rkt anhäuft. Die Ausbeute von 2 Molekülen len ATP aus einem Molekül l Glukose ist gering! Im Spitzenbereich werden bei Auslastung des anaerob- laktaziden Stoffwechsels Laktatkonzentrationen bis zu 25 mmol/liter liter im Blut gemessen; in dieser Hinsicht Untrainierte erreichen mmol/l.

10 Der aerob PHASE 3 aerob-alaktazidealaktazide Abbau von Glukose und Fett(säuren uren)

11 Dauerleistungen vermag die Muskulatur aufgrund zweier Stoffwechselmechanismen zu vollbringen: durch Verbrennung von Traubenzucker (Glukose) sowie die aus Fetten stammenden Fettsäuren unter Sauerstoffverbrauch > "aerob". Oder durch den Abbau von Glukosemolekülen len ohne Sauerstoff -> "anaerob".

12 Deutlich macht das folgende Grafik:

13 Wichtig ist nun, dass der gesamte Anteil der Brenztraubensäure ure nur dann im Zitronensäurezyklus zerlegt wird, wenn genügend gend Sauerstoff für f r die Atmungskette zur Verfügung steht. Wird nämlich, n und das ist bei hohem Energiebedarf der Fall (400m-Lauf!), mehr Brenztraubensäure ure gebildet als in derselben Zeit mit dem zur Verfügung stehenden Sauerstoff,.verbrannt'' werden kann, so wird der Überschuss erst gar nicht im Zitronensäurezyklus zerlegt, sondern sofort zu Milchsäure (Laktat( Laktat) ) umgewandelt. Diese kann vom Muskelgewebe und vom Blut nur in begrenzter Menge gebunden, d. h. neutralisiert werden. Mit steigender Milchsäurekonzentration wird der Muskel buchstäblich blich sauer. Je saurer ein Muskel wird, um so weniger kontraktionsfähig ist er, bis er seine Tätigkeit T - oft unter Schmerzen - ganz einstellt. Ein Teil der Milchsäure wird nach und nach mit dem Blut aus dem Muskel herausgespült und in der Leber zu Traubenzucker zurückverwandelt. Der Rest kann erst im ruhenden Muskel allmählich abgebaut werden.

14 NOCHMAL DAS WICHTIGE: Dauerleistungen kann die Muskulatur nur Dank zweier Stoffwechsel-vorg vorgänge vollbringen, die immer, aber unterschiedlich akzentuiert, ablaufen Beim einen verbrennt sie den Traubenzucker (Glucose) und die aus den Fetten stammenden Fettzellen unter Suerstoffverbrauch > AEROB Beim Zweiten baut sie Glukosemoleküle le >ANAEROB ab.

15 KONKRET: Wasserstoff wird mit im Muskel vorhandenem Sauerstoff verbunden: d. h. er wird oxydiert. Dabei entsteht Wasser. Im Laufe verschiedener Reaktionen wird Schritt für f r Schritt Energie freigesetzt Diese allmählich frei werdende Energie kann zum großen Teil genutzt werden, um ADP mit P zu ATP zu verbinden. Die restliche Energie wird in Form von Wärme W frei. Wärme W wird also nicht nur in unmittelbarem Zusammenhang mit der Muskelkontraktion produziert, sondern in großem Maße e auch durch die anschließend end ablaufenden Stoffwechselvorgänge. Die Reaktionskette, deren Ergebnis also Wasser und die Resynthese von ATP ist, wird Atmungskette genannt. Auf diese Weise wird nicht nur ständig neues ATP für f r die weitere Muskeltätigkeit tigkeit bereit gestellt, auch das, welches im Muskel gespeichert war und zu Beginn der Tätigkeit T als erstes zerlegt wurde, wird jetzt zurück gewonnen. Schließlich lich wird dieses ATP auch dazu genutzt, den Kreatinphosphatspeicher wieder aufzufüllen.

16 ZUSAMMENFASSUNG Prozess 3-Zitronensäurezyklus Energieausbeute Aufgabe 1-Glykolyse 2-Oxidative Decarbolieru ng 4-Atmungskette 2 ATP. 2 ATP 34 ATP Abbau von Glukose zu Brenztraubensäure Abspaltung von CO2, Bildung von aktivierter Essigsäure Bereitstellung von Wasserstoff für die Atmungskette und weitere Abspaltung von CO2 Resynthese von ATP

17 ... Oder so...

18 GRAFIK

19 AUSDAUERLEISTUNG Die Ausdauerleistungsfähigkeit kann durch folgende Schwellenwerte charakterisiert werden:

20 Die aerobe Schwelle liegt bei ca. 2 mmol Laktat/Liter Blut und entspricht somit einer Belastungsintensität, t, bei welcher der Laktatspiegel diesen Wert gerade übersteigt. Ab dieser Schwelle kann die benötigte Energie nur durch zusätzliche Energiegewinnung aus dem anaerob-laktaziden Stoffwechselweg bereitgestellt werden, der Laktatspiegel beginnt zu steigen. Bei Belastungsintensitäten ten unterhalb dieser Schwelle erfolgt die Energiegewinnung fast ausschließlich lich aerob; der Laktatspiegel bleibt in der Nähe N des Ruhewertes. Der aerob-anaerobe anaerobe Übergangsbereich ist der Bereich zwischen der aeroben und anaeroben Schwelle. Die Laktatbildung nimmt mit steigender Belastungsintensität t zwar zu, jedoch stehen Laktatbildung und Laktatabbau immer im Gleichgewicht. Die anaerobe Schwelle liegt etwa bei 4 mmol Laktat/Liter Blut, sie ist jedoch abhängig vom Trainingszustand. Bei Belastungsintensitäten ten an dieser Schwelle liegt ein maximales Laktatgleichgewicht vor, d.h. Laktatbildung und Laktatabbau stehen gerade noch im Gleichgewicht. Man nennt diesen Zustand auch Steady-state state. Eine höhere h here Belastungsintensität t führt f zu einem starken Anstieg des Laktatspiegels. Die Sauerstoffaufnahme reicht nicht mehr aus, den Gesamtenergiebedarf zu decken, es kommt zur schnellen Ermüdung durch Übersäuerung.

21 AUSDAUERTRAINING Die aerobe Kapazität t zu steigern und den Übergang vom aeroben zum anaeroben System so lange wie möglich m hinauszuzögern" - das, betont Joseph Keul,, sei das Hauptziel eines Ausdauertrainings. Den Effekt erreicht bereits, wer dreimal pro Woche jeweils für f r 30 bis 45 Minuten bei einem Puls von etwa 130 bis 150 läuft, l schwimmt oder Rad fährt. f Die dann effizientere Energieversorgung beruht auf vielen, kleinen Anpassungen: Die Mitochondrien werden zahlreicher und größ ößer. Forscher haben ermittelt, dass nach einem 16-wöchigen Schwimmtraining die Eiweißmasse der Zellkraftwerke um 70 Prozent gewachsen war. Die Enzyme vor allem des aeroben, aber auch des anaeroben Stoffwechsels werden aktiver. Die Muskelzelle synthetisiert mehr Myoglobin.. Dieses dem Hämoglobin verwandte Molekül l transportiert den Sauerstoff von der Zellhülle lle in die Mitochondrien. Das Glukosereservoir der Muskulatur wächst w - auf den gesamten Körper K bezogen von 300 auf 400 bis 500 Gramm.

22 Weitere Infos: Eine ausdauertainierte Muskelzelle schont diese Zuckerreserven so lange wie möglich, m Bei Dauerbelastungen speist sie bevorzugt Fettsäuren in den Stoffwechsel ein. 70 bis 90 Prozent des Energiebedarfs einer leichten bis mittelschweren TätigkeitT deckt sie auf diesem Wege. Der Vorrang dieses Brennstoffs ist sehr sinnvoll: Die Fettvorräte te des Körpers K sind nahezu unerschöpflich bei einem Normalgewichtigen 20 bis 25 Kilogramm. Erst wenn ein Ausdauertrainierter sich sehr lange oder sehr intensiv belastet, greift der Organismus auf Glukose zurück. Dabei zapfen die Muskeln zunächst die Kohlenhydratdepots der Leber an. Bei Bedarf entlässt dieses Organ eine Zuckerflut ins Blut. Zuletzt werden die Kohlenhydratlager der Zelle angegriffen. Deren Kapazität t lässt l sich für f r einen Wettkampf deutlich steigern: Der Athlet muss sich einige Tage vor dem Start völlig v verausgaben. Wenn er sich dann mit Kohlenhydraten, etwa aus Nudeln in allen Variationen, voll stopft, speichern seine Muskeln den Brennstoff mit maximaler Rate. An der Grenze der Leistungsfähigkeit entscheiden diese Reservoirs darüber, ob etwa ein Langstreckenläufer siegt oder verliert. Denn die zelleigenen Glukosevorräte liefern per anaerobem Abbau die Energie für f r den Endspurt."