Energieprozesse im Muskel

Natürlich wird Energie benötigt, um die Muskelbewegung abzuschließen. Im menschlichen Körper gibt es verschiedene Energiequellen, die nacheinander eingeschaltet werden. Betrachten wir jeden von ihnen.

ATP

Die universelle Energiequelle in einem lebenden Organismus ist das ATP- Molekül , das im Krebs-Citrat-Zyklus gebildet wird. Unter der Wirkung des Enzyms ATPase wird das ATP-Molekül hydrolysiert, wobei die Phosphatgruppe in Form von Orthophosphorsäure (H3PO4) abgespalten wird und unter Energiefreisetzung in ADP umgewandelt wird.

ATP + H2O = ADP + H3PO4 + Energie

Der Kopf der Myosinbrücke hat in Kontakt mit Aktin ATPase-Aktivität und dementsprechend die Fähigkeit, ATP abzubauen und die für die Bewegung notwendige Energie zu gewinnen.

 Die im Muskel enthaltene ATP-Menge reicht aus, um in den ersten 2-5 Sekunden Bewegungen auszuführen.

Kreatinphosphat

Der Vorrat an ATP-Molekülen im Muskel ist begrenzt, daher muss der Energieverbrauch während der Muskelarbeit ständig nachgefüllt werden, dies liegt am Kreatinphosphat . Kreatinphosphat hat die Fähigkeit, eine Phosphatgruppe abzulösen und in Kreatin umzuwandeln, indem es eine Phosphatgruppe an ADP bindet, das in ATP umgewandelt wird.

ADP + Kreatinphosphat = ATP + Kreatin.

Diese Reaktion wird Loman-Reaktion genannt. Aus diesem Grund ist Kreatin im Bodybuilding von großer Bedeutung .

Es ist zu beachten, dass Kreatin nur bei anaeroben (Kraft-)Übungen wirksam ist , da Kreatinphosphat für etwa 2 Minuten intensiver Arbeit ausreicht, dann werden andere Energiequellen angeschlossen. Dementsprechend ist in der Leichtathletik die Einnahme von Kreatin als Ergänzung zur Steigerung der sportlichen Leistung wirkungslos.

Die Reserven an Kreatinphosphat in der Faser sind nicht groß, daher wird es nur in der Anfangsphase der Muskelarbeit als Energiequelle verwendet , bis andere stärkere Quellen aktiviert werden – anaerobe und dann aerobe Glykolyse . Am Ende der Muskelarbeit geht die Loman-Reaktion in die entgegengesetzte Richtung und die Kreatinphosphat-Reserven werden innerhalb weniger Minuten wiederhergestellt.

Alaktat-Mechanismen

CP stellt eine Reserve an Phosphatenergie für die Resynthese von ATP aus ADP beim Einsetzen der kontraktilen Aktivität bereit (Abb. 3):

CF + ADP Kreatinkinase K + ATP

Im Ruhezustand erhöhen Muskelfasern die Konzentration von CF bis zu fünfmal stärker als ATP. Zu Beginn der Kontraktion, wenn die Konzentration von ATP zu sinken beginnt und ADP aufgrund des beschleunigten Abbaus von ATP zunimmt, fördert die Massenaktivität die Bildung von ATP aus CP.

Obwohl die Bildung von ATP aus CF schnell erfolgt und eine einzige enzymatische Reaktion erfordert (1), ist die Menge an ATP, die als Ergebnis dieses Prozesses erhalten werden kann, durch die anfängliche Konzentration von CF begrenzt. Muskelfasern enthalten auch Myokinase, die die Bildung eines ATP-Moleküls und eines AMP-Moleküls aus zwei ADP-Molekülen katalysiert. ATP und CF zusammengenommen können für 8-10 Sekunden maximale Kraft bieten. Auf diese Weise wird die aus dem phosphagenen System gewonnene Energie für kurze Ausbrüche maximaler Muskelaktivität in der Leichtathletik und im Gewichtheben (100m-Rennen, Kugelstoßen oder Gewichtheben) genutzt.

Glykolyse

Obwohl der Metabolismus über den glykolytischen Weg nur eine kleine Menge ATP aus jeder absorbierten Glucoseeinheit produziert, kann er eine schnelle Synthese großer Mengen ATP ermöglichen, wenn genügend Enzyme und Substrate verfügbar sind . Dieser Vorgang kann auch in Abwesenheit von Sauerstoff ablaufen:

Glukose anaerobe schnelle Glykolyse 2 ATP + 2 Laktat

Glukose für die Glykolyse kommt entweder aus dem Blut oder aus Glykogenspeichern . Wenn Glykogen als Ausgangsmaterial fungiert, werden durch phosphorolytische Glykogenolyse aus einer Einheit verbrauchter Glukose drei ATP-Moleküle gebildet. Mit zunehmender Muskelaktivität wird immer mehr ATP für den anaeroben Abbau von Muskelglykogen benötigt und die Milchsäureproduktion steigt entsprechend. Anaerobe Glykolyse kann Energie für 1,3-1,6 Minuten maximale Muskelaktivität liefern.

Die Bildung von Milchsäure senkt den pH-Wert der Muskelfasern. Dies stört die Wirkung von Enzymen und verursacht Schmerzen, wenn der Abbau der Milchsäure im Vergleich zu ihrer Bildung zu langsam erfolgt.

Oxidative Phosphorylierung

Hauptartikel: Oxidative Phosphorylierung

Bei moderatem Training, wie 5000 Meter Lauf oder Marathon , wird der größte Teil des für die Muskelkontraktion verwendeten ATP durch oxidative Phosphorylierung produziert. Durch die oxidative Phosphorylierung kann im Vergleich zur anaeroben Glykolyse allein aus Glukose viel mehr Energie freigesetzt werden:

Glucose + O ₂ -> 38 ATP + CO ₂ + H ₂ O.

Fette werden nur durch oxidative Mechanismen abgebaut und dabei wird viel Energie freigesetzt. Auf ähnliche Weise können auch Aminosäuren verstoffwechselt werden. Die drei Stoffwechselwege der ATP-Produktion zur Muskelkontraktion und -entspannung sind in Abb. 3.

Während der ersten 5 bis 10 Minuten moderater körperlicher Aktivität wird hauptsächlich das muskeleigene Glykogen verbraucht. In den nächsten 30 Minuten werden blutübertragene Substanzen dominant; Blutzucker und Fettsäuren tragen in etwa zum Sauerstoffverbrauch der Muskulatur bei. Nach dieser Zeit nehmen Fettsäuren eine immer wichtigere Rolle ein. Es ist wichtig, die Wechselwirkung zwischen anaeroben und aeroben Mechanismen bei der Produktion von ATP während des Trainings hervorzuheben. Der Beitrag der anaeroben ATP-Produktion ist bei kurzfristigem hochintensivem Training größer, während bei längerfristiger geringer Belastung der aerobe Stoffwechsel überwiegt.

Erholung und Sauerstoffschuld

Nach Beendigung der körperlichen Aktivität ist die Sauerstoffaufnahme immer noch höher als normal (Tabelle). In jüngerer Zeit wurde auch der Begriff « überschüssiger Sauerstoffverbrauch nach dem Training » verwendet , um Sauerstoffschulden zu bezeichnen . Zuerst ist das Niveau sehr hoch, während der Körper die Reserven von CP und ATP wieder auffüllt, den gespeicherten Sauerstoff in das Gewebe zurückführt, und dann für eine weitere Stunde der Verbrauch sinkt, während die Milchsäure entfernt wird. Daher werden die frühe und letzte Phase der Sauerstoffschuld als Alaktat- bzw. Laktat-Sauerstoffschuld bezeichnet. Eine Erhöhung der Körpertemperatur weist auch auf eine höhere Stoffwechselrate und einen erhöhten Sauerstoffverbrauch hin.

Je länger und intensiver die körperliche Aktivität, desto länger dauert die Erholung. Zum Beispiel dauert die Erholung von einem vollständigen Abbau des Muskelglykogens oft mehrere Tage, anstatt die Sekunden, Minuten oder Stunden, die erforderlich sind, um die CP- und ATP-Speicher aufzufüllen und Milchsäure zu entfernen. Eine hohe Intensität führt wahrscheinlich zu Mikrotraumata der Muskelfasern, und ihre Erholung dauert einige Zeit.

Sauerstoffschuldenkomponenten. Nach längerer, schwerer körperlicher Anstrengung bleibt die Atmung über dem Normalwert, um den erhöhten Sauerstoffbedarf zu decken

Q10 – Ein Temperaturanstieg um 10 °C kann den Stoffwechsel verdoppeln, wenn die Zellen solche Temperaturänderungen verkraften.