Sportbiologie Dr. Alexander Parizek SPORTMEDIZIN+UNFALLCHIRUGIE Sportbiologie ENERGIEBEREITSTELLUNG ENERGIESTOFFWECHSEL ERNÄHRUNG 1
Allgemeines Ziel ist die Wiederherstellung des in der Zelle verbrauchten ATP (Adenosintriphosphat) in den Mitochondrien ATP ist der zentrale und universell anwendbare Energieträger im Körper ATP wird durch Abspaltung eines P zu ADP und Energie, die für die Zelle nutzbar ist an das ADP muss daher wieder ein P angehängt werden, dies verbraucht Energieträger die von außen zugeführt werden müssen(kh, Fette, Protein) oder CP (Kreatinphosphat) ATP ADP +P+Energie ADP+CP ATP Glycogen ( ohne O2) 2 ATP und Laktat Glycogen oder FS (mit O2) 36 bzw. 460 ATP + H20 + CO2 Energiegewinnung aus Kohlenhydraten Aufnahme als Zucker oder Stärke Umwandlung in Traubenzucker (Glukose) Speicherung in Muskel und Leber als Glykogen (ca. 15g/kg Muskel) durch Training Glykolyse ohne O2 = pro Molekül 2 ATP + Pyruvat (und/oder Laktat) Oxidation mit O2 36 ATP + H20 und CO2 (d.s. 38 ATP) - Atmungskette 1Mol Glucose = 180g; 1g Glukose = 4,3 kcal d.h. 1 Mol Glucose > 774 kcal Energiegewinn: 5,0 kcal/l O2 (RQ =1) reicht für intensive Belastung von 90-120 min. Glukose kann als einziger Nährstoff aerob und anaerob Energie liefern! Das ZNS ist auf Glukose als einzigen Energielieferanten angewiesen (BHS) 2
Energiegewinnung aus Fett Aufspaltung der Fettzellen in 3 Fettsäuren und Glycerin (Lipolyse) Glycerin wird in die Glykolyse eingeschleust (1 Mol Glycerin = 19 ATP) Fettsäuren werden in der Betaoxidation zu Actyl-CoA abgebaut. Acetyl-CoA bildet mit Oxalacetat Zitronensäure und wird anschließend über den Citratzyklus weiterverarbeitet. das Oxalacetat stammt vom Pyruvat und somit aus dem Kohlenhydratabbau d.h. kein Fettabbau ohne KH-Abbau Fett verbrennt im Feuer der KH! pro Mol Neutralfett (Glycerin und 3 FS)> 460 ATP 1g Fett = 9,5 kcal, Energiegewinn 4,7 kcal/l O2 (RQ = 0,7) Energiereserve praktisch unerschöpflich( mind. 70000 kcal) Fettstoffwechsel ist trainierbar Energiegewinnung aus Protein Aminosäuren werden normalerweise zur Synthese körpereigener Proteine verwendet Energiegewinnung durch Proteinabbau nur bei absolutem Mangel an den Hauptnährstoffen KH ( nach rund 2 Std. Belastung) und Fett Spaltung in Aminosäuren, die zu Actyl-CoA abgebaut werden weiter oxidativer Abbau über Citratzyklus und Atmungskette 1 g Protein = 4,5 kcal Energiegewinn 4,5 kcal/l O2 Erhöhte Ruhe-Wärmeproduktion nach einer Proteinmahlzeit kostet bis zu 25% der enthaltenen Energie! 3
2 ATP Betaoxidation - Laktat ab 4mol/l Fettverbrennung blockiert 4
Geschwindigkeit der ATP-Bildung rasch langsam Belastung und Energiebereitstellung im Alpinen Skilauf Kombination aus vorwiegend statischer und weniger dynamischer Muskelarbeit Bei statischer Arbeit verringerte Sauerstoffversorgung Erhöhung des Blutdruckes Herzfrequenz überraschend hoch Bei Pistenfahrern 160-190/min Bei Rennfahrern 180-200/min (am Start 140-150) Bei Kindern entsprechend höher!!! Energiebereitstellung vorwiegend anaerob d.h. Glycogenabbau ohne Sauerstoff mit Laktatbildung! Laktatanhäufung in der Muskulatur Ermüdung d.h. Regeneration und Kohlenhydratloading 5
Entstehung von Laktat Laktat ist das Endprodukt der anaeroben Glycolyse Die Muskulatur ist der wichtigste Laktatproduzent Das unter aeroben Bedingungen nur gering anfallende Laktat wird im Zitronensäurezyklus und Atmungskette abgebaut Bei intensiver Muskelarbeit und nicht ausreichendem Sauerstoffangebot führt die verstärkte anaerobe Glykolyse zu einer übermäßigen Laktatbildung und damit zu einer Übersäuerung (Laktatazidose) d.h. bei erhöhter Leistungsanforderung wird ein wachsender Prozentsatz des in der Glycolyse gewonnenen Pyruvats nicht mehr zu Acetyl-CoA umgesetzt sondern unter ATP-Bildung zu Laktat verstoffwechselt Einflüsse auf den Laktatspiegel Ob und vieviel Laktat gebildet wird oder das Pyruvat vollständig oxidiert werden kann, hängt ab von : der beteiligten Muskelmasse dem Muskelfasertyp (Anzahl der Mitochondrien und Kapillaren) der Substratverfügbarkeit (Glycogenverarmung) dem Alter (Kinder und Jugendliche zeigen niedrigere Laktatwerte als Erwachsene!) dem Trainingszustand (Ausdauertraining senkt Laktatspiegel) der Höhe: Laktatkonzentration in der Höhe größer der Temperatur: Bei hohen Temperaturen Anstieg der Laktatwerte 6
Anpassung des Energiestoffwechsels mehr vom Gleichen Zunahme der Enzymmasse Vergrößerung der Energiespeicher Steigerung der Anzahl und Vergrößerung der Mitochondrien Sport und Ernährung 7
Grundlagen Body Mass Index (BMI) = Gewicht (kg)/größe(m)² Normalgewicht 19,0-24,9 Übergewicht 25,0-29,9 Adipositas 30,0-39,9 Krankhaft > 40,0 Sportler mit viel Muskelmasse können einen höheren BMI haben Der Energiebedarf ist abhängig von Geschlecht, Alter, Gewicht, der Muskulatur und der körperlichen Belastung Jugendliche benötigen relativ mehr Energie als Erwachsene, wobei die höchsten Werte zwischen dem 12. und 18. LJ erreicht werden Trainierte Sportler brauchen für die gleiche Leistung weniger Energie als Untrainierte (höherer Wirkungsgrad der Mm, Stoffwechselökonomie, geringere Atem- und Kreislaufarbeit, Koordination und Technik) Energiebilanz Grundumsatz Energiebedarf in Ruhe bei normaler KKT und Umgebungstemperatur Männer 1kcal/kg/h; Frauen 0,9 kcal/kg/h (Broca-Index) nimmt bis 30a um 10%, dann um 3%/Dekade ab vorwiegend durch Fettabbau gedeckt (RQ 0,82) Arbeitsumsatz Bürotätigkeit ca. 500 kcal/tag (35-40 kcal/kg KG /d) leichte körperliche Arbeit ca. 1500 kcal/tag (40-50 kcal/kg KG /d) Schwerarbeit ca. 2500 kcal/tag (60 80 kcal/kg KG /d) Trainingsumsatz = Intensität(0,%) x VO2max. x BD(min.) x 5 Z.B. Laufen ca. 1 kcal/kg/km bzw. Berechnung durch Pulsuhr Gesamtenergiebedarf = GU + AU + TU 8
PAL (physical activity level) Nach neuen Empfehlungen wird der Leistungsumsatz mit dem PAL angegeben Tagesenergiebedarf = GU x PAL PAL Beispiele 1,4 Hobbysportler < 3 h Training/Wo 1,6 1,7 Hobbysportler 3,5 h Training/Wo 1,8 1,9 Hobbysportler 6 9 h Training/Wo > 2,0 Leistungssportler mit > 10 h Training/Wo + 0,3 Pro zusätzlich 5 h Training/Wo Ernährungsempfehlungen 3 kohlenhydratreiche Hauptmahlzeiten, abends eher eiweißreich ( STH) evtl. 2 Zwischenmahlzeiten Cave Insulin! Nährstoffrelation 60% -70 % KH, 20% Fett, 15-18% Eiweiß (Protein) 5-7 Tage vor Wettkampf Glykogenspeicher auffüllen (Entleerung durch 1-2 Tage Intensivtraining???), dann kohlehydratreiche Kost mit K bei reduziertem Training 3-4 h vor Wettkampf leicht verdauliche, kleine Mahlzeit mit niedrigem GI (z.b. Brot, Teigwaren, Obst) ggf. während des Wettkampfes Banane o.ä. (30g/h) (maximal 80g Kohlehydrate/h) bis 1 Std. nach dem Wettkampf kohlenhydrat- und proteinreiche Kost pro Stunde Belastung 200-250g (-500) Glycogen + FS nach max. 3 Std. sportl. Belastung sind die KH-Depots leer! 9
Nährstoffbilanz Kohlenhydrate (Zucker) Hauptbestandteil 55-70% 4-6 g/kg täglich (Ausdauerathleten bis 10 g)(13g) 1g = 4,3 kcal Fette Energiereserve 24-33% (5% würden reichen!) 1g/kg täglich 1g = 9,5 kcal Protein (Eiweiß) Regeneration und Notreserve 12-24 % (18%) 1,0-1,8 g/kg täglich mind. 0,8 g/kg 1g = 4,5 kcal Wasser- und Elektrolytbilanz Flüssigkeitsaufnahme vor, während und nach sportlicher Belastung ist leistungsfördernd Flüssigkeitsverluste über Schweiß tägl.1l, (bei Sport 1-2l/h!!!,) Atmung, Glycogenabbau (3gH20/g Glycogen), Harn (1,4l) Kot (0,1l) d.s. insgesamt ca. 2,5 l Bedarf d.h. ca. 2,5l/d bzw. bei Sport 0,5-0,8 l/std. Zufuhr: ½ ca. durch Trinken, andere ½ durch Nahrung reines Leitungswasser enthält zuwenig Elektrolyte und fördert so den weiteren Elektrolytverlust (Wasservergiftung) max. 800 ml/h ideal: Kohlehydrat-Elektrolytgetränk (z.b. Fruchtsäfte mit Na bzw. K-reichem Mineralwasser 1: 3 max. 800 mg Na / h Vorsicht: Kohlehydratanteil > 8% (muss im Darm verdünnt werden d.h. weiterer Wasserverlust) und Kalium nicht > 220 mg/l (hemmt sonst den Laktatabbau) Achterregel: maximal 80mg KH, 800ml Wasser, 800mg Na /h 10
RONS und Antioxidantien Reaktive Sauerstoff- und Stickstoffspezies (RONS) (= auch freie Radikale) werden im aeroben Organismus produziert und sind an vielen biochem. Reaktionen beteiligt. (z.b.entzündungprozessen) Exogene RONS Quellen sind Ozon, Strahlung, Tabakrauch, und div. chem. Verbindungen Ein Überhang von RONS führt zu sog. oxidativem Stress Diesen prooxidativen Prozessen wirken sog. Antioxidantien entgegen. Es gibt exogene z.b. Vitamin E,C, ß-Carotin, OPC, etc. sowie endogene (Enzymsysteme sowie Hsr im Plasma) 11
Oxidativer Stress durch sportliches Training Bei sportlichem Training kann es zu einer dtl. Überproduktion von RONS kommen, verbunden mit Entzündungen, Infektanfälligkeit, Verletzungsgefahr, verlängerter Regenerationszeit Adäquates kontinuierliches Training führt zu einer Anpassung der Antioxidantiensysteme und mehr Schutz Bei Outdoorsportarten können schlechte Witterung und klimat. Bedingungen wie Hitze, Kälte, Ozon, UV-Strahlung das Risiko eines überbelastenden RONS Aufkommens erhöhen Personen die sich in unregelmäßigen Anständen sehr anstrengenden Belastungen aussetzen, sind eine besonders anfällige Gruppe für RONS induzierte Schäden Hier wäre eine antioxidative Supplementation anzuraten sonst reicht 5x am Tag d.h. 3x Gemüse, 2x Obst ca. 400-600g 12