Energie für Bewegung

Warum ist ein Muskel wie ein Motorrad?

Obgleich Muskeln und Motoren auf unterschiedliche Weise arbeiten, wandeln sie beide chemische Energie in Bewegungsenergie um.

• Ein Motorradmotor nutzt die gespeicherte Energie des Benzins und wandelt sie in Wärme und Bewegungsenergie (kinetische Energie) um.
• Muskeln nutzen die gespeicherte chemische Energie der Nahrung, die wir zu uns nehmen, und wandeln sie in Wärme und Bewegungsenergie (kinetische Energie) um.

Woher kommt die Energie für die Muskelkontraktion?

Die Energiequelle, die für die Bewegung der Kontraktion in arbeitenden Muskeln verwendet wird, ist Adenosintriphosphat (ATP) – die biochemische Methode des Körpers, Energie zu speichern und zu transportieren. ATP wird jedoch nicht in großem Umfang in den Zellen gespeichert. Sobald die Muskelkontraktion einsetzt, muss also schnell mit der Herstellung von mehr ATP begonnen werden.

Da ATP so wichtig ist, haben die Muskelzellen verschiedene Möglichkeiten, es herzustellen. Diese Systeme arbeiten in Phasen zusammen. Die drei biochemischen Systeme zur Herstellung von ATP sind in dieser Reihenfolge:

• Verwendung von Kreatinphosphat
• Verwendung von Glykogen
• aerobe Atmung.

Verwendung von Kreatinphosphat

Alle Muskelzellen haben ein wenig ATP in sich, das sie sofort verwenden können – aber nur so viel, dass es für etwa 3 Sekunden reicht! Daher enthalten alle Muskelzellen eine energiereiche Verbindung namens Kreatinphosphat, die abgebaut wird, um schnell mehr ATP zu erzeugen. Kreatinphosphat kann den Energiebedarf eines arbeitenden Muskels sehr schnell decken, aber nur für etwa 8-10 Sekunden.

Nutzung von Glykogen (und kein Sauerstoff)

Glücklicherweise verfügen die Muskeln auch über große Vorräte eines Kohlenhydrats, des so genannten Glykogens, das zur Herstellung von ATP aus Glukose verwendet werden kann. Dies erfordert jedoch etwa 12 chemische Reaktionen, so dass die Energiebereitstellung langsamer erfolgt als bei Kreatinphosphat. Es geht aber immer noch ziemlich schnell und liefert genug Energie für etwa 90 Sekunden. Sauerstoff wird nicht benötigt – das ist gut so, denn Herz und Lunge brauchen einige Zeit, um die Muskeln mit mehr Sauerstoff zu versorgen. Ein Nebenprodukt der ATP-Produktion ohne Verwendung von Sauerstoff ist Milchsäure. Sie wissen, wenn Ihre Muskeln Milchsäure aufbauen, weil sie Müdigkeit und Muskelkater verursachen – der Stich.

Aerobes Atmen (wieder unter Verwendung von Sauerstoff)

Innerhalb von zwei Minuten nach dem Training beginnt der Körper, die arbeitenden Muskeln mit Sauerstoff zu versorgen. Wenn Sauerstoff vorhanden ist, kann die aerobe Atmung stattfinden, um die Glukose für ATP abzubauen. Diese Glukose kann aus verschiedenen Quellen stammen:

• Restlicher Glukosevorrat in den Muskelzellen
• Glukose aus der Nahrung im Darm
• Glykogen in der Leber
• Fettreserven in den Muskeln
• im Extremfall (wie beim Verhungern), das körpereigene Eiweiß.

Die aerobe Atmung benötigt noch mehr chemische Reaktionen, um ATP zu erzeugen, als eines der beiden oben genannten Systeme. Es ist das langsamste der drei Systeme – aber es kann ATP für mehrere Stunden oder länger liefern, solange der Vorrat an Brennstoff reicht.

So funktioniert es

Du hast den Bus verpasst und rennst um 9.00 Uhr zur Uni, um eine Prüfung abzulegen:

• In den ersten 3 Sekunden deines Laufs zur Uni benutzen deine Muskelzellen das ATP, das sie in sich tragen.
• Für die nächsten 8-10 Sekunden nutzen deine Muskeln die Kreatinphosphatspeicher, um ATP bereitzustellen.
• Da du es noch nicht bis zur Uni geschafft hast, schaltet sich das Glykogensystem ein (das keinen Sauerstoff braucht).
• Da es immer noch nicht so weit ist, übernimmt schließlich die aerobe Atmung (die ATP unter Verwendung von Sauerstoff erzeugt).

Die verschiedenen Formen der körperlichen Betätigung nutzen unterschiedliche Systeme zur ATP-Produktion

Ein Sprinter erhält ATP auf eine ganz andere Weise als ein Marathonläufer.

• Mit Kreatinphosphat – Dies ist das Hauptsystem, das für kurze Belastungen (Gewichtheber oder Kurzstreckensprinter) verwendet wird, weil es schnell ist, aber nur 8-10 Sekunden dauert.
• Nutzung von Glykogen (ohne Sauerstoff) – Dies dauert 1,3-1,6 Minuten und ist daher das System, das bei Wettkämpfen wie dem 100-Meter-Schwimmen oder dem 200-Meter- oder 400-Meter-Lauf verwendet wird.
• Nutzung der aeroben Atmung – Dies dauert unbegrenzt lange und ist daher das System, das bei Ausdauerwettkämpfen wie dem Marathonlauf, dem Rudern, dem Langstreckenlauf usw. verwendet wird.

Erfahren Sie mehr darüber im Artikel Marathon versus Sprint.