Energiestoffwechsel bei Bewegung

Ruhebedingungen

In Ruhe, unter Grundumsatzbedingungen gewinnt der Organismus seine Energie  vorwiegend aus der Verbrennung von Glucose und Fettsäuren. Das Verhältnis von oxidierter Glucose zu oxidierten Fettsäuren hängt dabei wesentlich davon ab, ob die Person gerade erst gegessen hat, also viel Glucose anbieten kann oder ob sie schon lange nichts mehr an Kalorien zugeführt hat. Dann verbrennt sie in erster Linie Fettsäuren.

Bei der sogenannten Spiroergometrie kann man unter Ruhebedingungen recht genau ermitteln, wieviele Kalorien verbraucht werden und ob sie aus der Verbrennung von Glucose oder Fettsäuren stammen. (s. Spiroergometrie, folgt). Das ist deswegen möglich, weil bei Verbrennung isoliert von Glucose 1 Mol COpro Mol Sauerstoff  gebildet wird, bei Verbrennung von Fettsäuren aber nur 0,7 Mol CO2/Mol O2

.

Beginn einer Belastung

In Ruhe sind unsere Energie-bereitstellenden Systeme auf Grundlastbedingungen geschaltet. Der Organismus stellt nur soviel chemische Energie zur Verfügung, wie gebraucht wird. Ein Reservoir aus energiereichen Phosphaten (ATP und Kreatin-Phosphat) steht aber zur Verfügung, um sofort – nahezu explosionsartig – zur Flucht oder zum Kampf gerüstet zu sein. Die Aktivierung der aeroben Energiebereitstellung, also der Energiebereitstellung, bei der Sauerstoff verbraucht wird, zur Verbrennung  von Glucose dauert einige Sekunden, die von Fettsäure sogar noch etwas länger. In dieser Phase kommt es bei Bedarf zu einer nicht oxidativen (anearoben) Energiebereitstellung über Laktat. Dabei wird Glucose unter Bereitstellung von nur 2 Molekülen ATP gespalten.

 

Abfolge der Energiebereitstellung beim Start einer Bewegung

Bedenkt man, dass bei der Oxidation, dem aeroben Stoffwechsel, (also unter Verbrauch von Sauerstoff) von 1 Molekül Glucose 38 Moleküle ATP gebildet werden, so wird klar, dass  die anaerobe Energiebereitstellung nur eine Art Notstromaggregat ist, dass mit dem Anspringen der aeroben Energiebereitstellung wieder abgeschalten wird.

Körperliche Belastung

Im Gegensatz zu den Ruhebedingungen ist eine einfache Abschätzung des Verhältnisses von Glucose- zu Fettverbrennung bei intensiver Belastung nur mit der Spiroergometrie nicht möglich. Es muss zusätzlich über die Bestimmung der Blutgase ermittelt werden, wie hoch der Anteil des COist, der nicht aus dem Stoffwechsel, sondern aus der Pufferung des Laktats resultiert. Entsprechende Daten haben wir zu Publikation eingereicht ( zur Publikation angenommen, warten auf die proofs ). Kurz vorweg: die Anteile von Glucose und Fett, die zur Energiegewinnung verwendet werden, ändern sich selbst bei maximaler Belastung nicht nennenswert! Die Annahme, das bei höchster Belastung keine Fettverbrennung mehr statt fände, ist darauf zurückzuführen, dass der Anteil des COin der Ausatmungsluft, der aus der Pufferung des Laktat resultiert, einfach unterschlagen wird!

Mit zunehmender Belastung kommt es zu einem erneuten Anstieg des Laktat. Man spricht vom Übergang des aeroben Stoffwechsels zu einem gemischt aerob / anaerobem Stoffwechsel.

Anteil des Laktat an der Energiegewinnung

In der Literatur liest man nahezu immer, dass der Anstieg des Laktats anzeige, dass die Energiebereitstellung für die Belastung zunehmend anaerob, also in steigendem Ausmaß ohne Sauerstoffverbrauch erfolge.  Wenn der Anteil des anaeroben Stoffwechsel an der Energiebereitsstellung ein nennenswertes Ausmaß hätte, dann wäre allerdings  zu erwarten, dass der Sauerstoffverbrauch pro Watt im oberen Leistungsbereich nennenswert geringer sein müsste, als im rein aeroben Bereich.

Typischer Verlauf der Sauerstoffaufnahme im Verlauf einer Stufenbelastung (plus 40 Watt alle 4 Minuten) bei einem 24 jährigen, 80 kg schweren, 183 cm großen Sportler. Der tatsächlich gemessene Sauerstoffverbrauch nimmt linear zu. Die gepunktete rote Linie zeigt an, wie der Sauerstoffverbrauch langsamer ansteigen müsste, wenn ein wesentlicher Teil der Energiegewinnung anaerob abliefe.

Die oben dargestellte Abbildung zeigt aber, dass man mit steigender Belastung  (gemessen in Watt) keinesfalls eine Abnahme des Sauerstoffverbrauchs sehen kann. Da der Sauerstoffverbrauch/Watt auch im sogenannten anearoben Bereich aber nicht nennenswert niedriger ist, als bei niedrigen Belastungsstufen, möchte ich im Folgenden versuchen, den Anteil des Laktats an der Energiebereitstellung für die verschiedenen Belastungsstufen zu berechnen.

Grundlage für die Berechnung sind Daten, die wir an 8 Sportlern erhoben haben, die einem Stufentest mit einer Steigerung des Belastung alle 4 Minuten um 40 Watt unterzogen wurden. Bei diesen Probanden erfolgte neben der Laktat-Bestimmung eine  Blutgasanalyse und eine Atemgasanalyse (Spiroergometrie). (accepted for publication!)).

In der nachfolgenden Tabelle sind nur die hier wichtigen Daten dargestellt.

Sauerstoffverbrauch, Kalorienverbrauch und Herkunft der Kalorien aus dem oxidativen Fett- oder Glucosestoffwechsel bzw. der anaeroben Laktatbildung aus Glucose bei steigender Belastung. Die Belastung wurde nach den Laktat-Schwellen LT1 und LT2 eingeteilt in: in Ruhe, Belastung unter der LT1, zwischen den Schwellen LT1 und LT2, über der LT2 und Maximal-Belastung. Die Berechnung des Anteils von Fett und Glucose an der Energiebereitsstellung erfolgte nach Abzug der Auswirkungen der Pufferung des Laktats auf die CO2-Elimination über die Lungen mit einem „korrigierten RER“!

Aus der Tabelle kann man entnehmen, dass  die arbeitende Muskulatur unterhalb der 1. Laktat-Schwelle weniger als 1 Promill der zusätzlich verbrauchten Energie aus der Laktat-Bildung gewinnt. Bei Belastungen zwischen der LTund der LT2 trägt die Glycolyse zu weniger als 3 Promill zur zusätzlichen Energiebildung bei. ( zur Methodik der Berechnung s. maximal Belastung)

Unter der maximalen Belastung war das Laktat von 4,69 auf 8,20 mmol/l also um rund 3,5 mmol/l in den 4 Minuten also um 0,875 mmol/l in 1 Minute angestiegen ist. Nun ist das Laktat nicht nur im Blut, sondern auch im Extrazellulärraum angestiegen. Der ist mit rund 25 % des Körpergewichtes anzunehmen. Bei einem Durchschnittsgewicht der Probanden von 83 kg um 0,875 mmol / l x 83 Kg x 0,25, also um rund 18,1 mmol Laktat pro Minute. Pro Mol Laktat wird 1 Mol ATP gebildet. Die Spaltung von ATP stellt 7,3 Kcal / Mol zur Verfügung. Das heißt: durch die zusätzliche Bildung von Laktat bei maximaler Belastung werden 0,133 Kcal / min als Energie bereit gestellt, weniger als 1 % der Energie, die aus dem oxidativen Stoffwechsel stammt!

Bei dieser Kalkulation wird allerdings nicht berücksichtigt, wie viel Laktat während einer intensiven Belastung durch andere Organe aufgenommen und verstoffwechselt, dem Blut entnommen wird. Es ist davon auszugehen, dass die Menge des Laktats, das von nicht an der muskulären Aktivität teilnehmenden Zellen aus dem Blut eliminiert wird,  mit die Konzentration des Laktat im Blut ansteigt. Die Größenordnung für die Laktat-Aufnahme währen der Belastung kann man aus den Laktat-Abklingkurven im Anschluss an eine Belastung durchaus verlässlich abschätzen. Abnahme-Geschwindigkeiten von mehr als 1 mmol Laktat/l/min werden selbst bei sehr gut trainierten Athleten nach einer Ausbelastung nicht erreicht.

Rechnet man die Laktat-Elimination während der Maximal-Belastung zum Laktat-Anstieg hinzu, dann lässt sich unter maximaler Belastung ein Anteil des Laktat an der zusätzlichen Energiebereitstellung von sicher weniger als 2 % berechnen!

Für diese geringen Mengen an anaerob zur Verfügung gestellter Energie den Begriff „anaerober Stoffwechsel“ zu verwenden, ist meines Erachtens nicht hilfreich! geradezu irreführend!

Grafische Darstellung der Einzelwerte aus obiger Tabelle

Zwischen der LT1 und der LT2 beträgt der Anteil des anaeroben Stoffwechsels an der zusätzlichen Energiebereitstellung wenige Promill! In der oben gezeigten Abbildung sind die Verhältnisse aus der darüber gezeigten Tabelle visualisiert. Ich hoffe, dass der minimale Anteil der Energiegewinnung, die aus dem anaeroben Stoffwechsel resultiert auch auf einem Handy noch als rote Linie zu sehen ist!

Da der anaerobe Stoffwechsel in seinem Anteil bis hin zur Maximalbelastung sicher weniger als 2 % der Energiebereitsstellung beträgt, sollte die Bezeichnung der Laktatschwellen als aerob oder anaerob unterbleiben. (s. auch Laktat-Test)

Die Webseite Profheinen.de benutzt Cookies, um seinen Lesern das beste Webseiten-Erlebnis zu ermöglichen. Außerdem werden teilweise auch Cookies von Diensten Dritter gesetzt. Weiterführende Informationen erhalten Sie in der Datenschutzerklärung von Profheinen.de Datenschutzerklärung