Energiebereitstellung: aerob vs. anaerob

Der Mensch erhält seine Energie hauptsächlich durch die Ernährung. Die Energie wird in Form von Kohlenhydraten, Fett und Proteinen aufgenommen. Diese Nährstoffe werden dann von der Leber in Glukose umgewandelt, die dann in den Zellen als Energiequelle dient. Die Glukose wird dann in Adenosintriphosphat (ATP) umgewandelt, das die primäre Energiequelle für alle biologischen Prozesse ist.

Energiebereitstellungsmechanismen

Der menschliche Körper nutzt verschiedene Energiebereitstellungsmechanismen, um Energie in Form von ATP zu produzieren. ATP ist eine organische Verbindung, die in den Zellen als Energiequelle dient. Welcher der Mechanismen gerade vorrangig an der ATP-Resynthese beteiligt ist, hängt zum einen davon ab, welche „Brennstoffe“ dem Körper zur Verfügung stehen und zum anderen wie viel Energie pro Zeit (Energieflussrate) benötigt wird.

ATP: der Treibstoff unseres Körpers

ATP bedeutet Adenosintriphosphat.

Bei der Spaltung zerfällt ATP zu Adenosindiphosphat und einem Phosphatrest (ADP + P). Hierbei wird Energie frei, die vom menschlichen Körper genutzt werden kann.

Die Energie wird beispielsweise zur Verrichtung chemischer, osmotischer und mechanischer Arbeit benötigt. Die freigesetzte Energie kann beispielsweise für Prozesse wie Muskelkontraktion, Übertragung von Nervenimpulsen und chemische Synthese verwendet werden.

Unterscheidung zwischen aerob und anaerob

Die Energiebereitstellungsmechanismen können danach unterschieden werden, ob für den biochemischen Prozess Sauerstoff verwendet wird oder nicht.

• Aerob = mit Sauerstoff
• Anaerob = ohne Sauerstoff

Aerobe Energiebereitstellung

Die aerobe Energiebereitstellung ist ein Prozess, bei dem Sauerstoff eine Rolle spielt. Es ist der langsamste Energiebereitstellungsmechanismus, aber er liefert die meiste Energie. Der Körper verbrennt Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße, um ATP zu produzieren.

Aerobe Energiebereitstellung (über Kohlenhydrate)

Wenn genug Sauerstoff zur Verfügung steht bzw. die nötige Zeit dafür zur Verfügung steht, kann Glykogen vollständig abgebaut werden.

Es entsteht ATP, CO₂ und Wasser, aber kein Laktat. Dadurch wird die Funktionsfähigkeit der Enzyme nur sehr wenig beeinträchtigt.

Die Energieausbeute ist deutlich größer als bei der anaeroben Glykolyse.

Die muskulären Glykogenreserven sind bei einer intensiven Dauerbelastung je nach Trainingszustand nach 60 bis 90 Minuten weitgehend erschöpft.

Knochenwachstumsprozesse können durch sportliche Aktivität stimuliert werden. Die Belastung muss dabei aber sehr intensiv sein, um entsprechende Mechanismen in Gang zu setzen. Es ist daher wichtig, das Training und die Belastung von Röhrenknochen angemessen zu dosieren.

Aerobe Energiebereitstellung (über Fette)

Auf aerobem Weg können neben Kohlenhydraten auch Fettsäuren abgebaut werden.

Für die Bildung der gleichen Mengen ATP braucht die Zelle ca. 16% mehr Sauerstoff als bei der Verwendung von Kohlenhydraten.

Die bereitgestellte Energiemenge pro Zeiteinheit (Energieflussrate) ist ungefähr nur halb so groß wie bei der aeroben Energiegewinnung aus Kohlenhydraten.  

Solang die Glykogen-Vorräte noch nicht erschöpft sind, beträgt der Anteil der Fette an der Energiegewinnung maximal 50%.

Fälschlicherweise wird häufig behauptet, dass der Fettstoffwechsel (aerobe Energiebereitstellung aus Fetten) erst nach 30 min einsetzt. Tatsächlich beginnt die aerobe Energiebereitstellung aus Fetten bereits nach wenigen Sekunden.

Anaerobe Energiebereitstellung

Die anaerobe Energiebereitstellung ist ein Prozess, bei dem kein Sauerstoff verbraucht wird. Es ist ein schnellerer Energiebereitstellungsmechanismus als der aerobe, aber er liefert weniger Energie. Der Körper verwendet die Glykolyse, um ATP zu produzieren, indem er Kohlenhydrate verbrennt.

Man unterscheidet bei der anaerobe Energiebereitstellung in die

• anaerobe alaktazide Energiebereitstellung und die
• anaerobe laktazide Energiebereitstellung.

Bei der anaerobe laktaziden Energiebereitstellung entsteht Laktat (Salz der Milchsäure) als Stoffwechselprodukt.

Anaerob-alaktazide Energiebereitstellung

Zunächst wird das in den Mitochondrien gespeicherte ATP zur Energiegewinnung genutzt.

Die Energie eines weiteren Phosphats in der Muskelzelle, das des Kreatinphosphats (KP), sorgt kurzfristig dafür, dass aus ADP und P wieder ATP entsteht (Resynthese von ATP).

Die ATP und Kreatinphosphat-Speicher sind nach ca. 5-10 s aufgebraucht.

Bei der anaerob-alaktaziden Phase der Energiebereitstellung entsteht kein Laktat (Salz der Milchsäure) als Stoffwechselendprodukt, da für diesen Vorgang kein Sauerstoff erforderlich ist.

Anaerob-laktazide Energiebereitstellung

Wenn nicht genug Sauerstoff zur Energiegewinnung vorhanden ist, erfolgt die anaerob-laktazide Energiebereitstellung durch Glykogen (Speicherform der Glukose im menschlichen Körper).

Die benötigte Energie steht bei der anaeroben Glykolyse schnell zur Verfügung. Die Energieausbeute ist jedoch gering und Glykogen wird nicht vollständig verstoffwechselt. Es entsteht Laktat. Dies führt schnell zur Ermüdung, da Enzyme für die ATP-Bildung gehemmt werden.

Im Spitzenbereich wurden Laktatkonzentrationen bis zu 25 mmol/Liter im Blut beobachtet; Untrainierte erreichen bis zu 7-8 mmol/l. Ab ca. 6-8 mmol/l werden i.d.R. die Technik und Taktik beeinflusst.

Letztlich wird die Aufrechterhaltung der Belastungsintensität durch Übersäuerung determiniert.

Alle Energiebereitstellungsprozesse laufen parallel ab

Alle Energiebereitstellungsprozesse laufen parallel und nicht isoliert oder nacheinander ab!

Daher sollte stets von der „Art der vorrangigen Energiebereitstellung“ gesprochen werden.