Energiebereitstellung im Muskel: Alles, was du für dein nächstes Training wissen solltest!
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©svetikd
Dein Körper verbraucht ständig Energie – während deines Workouts, bei der Arbeit und sogar wenn du abends auf der Couch entspannst. Doch woher bekommst du die benötigte Energie? Und was passiert genau in deinem Muskel, damit du deine Gewichte im Gym stemmen oder einen Marathon laufen kannst? Das und mehr erfährst du hier.
Was ist Energiebereitstellung?
Damit dein Körper funktioniert, ist Energie notwendig. Du brauchst Energie, um dich zu bewegen, deine Körpertemperatur aufrechtzuerhalten, für deine Regeneration und damit alle internen Stoffwechselprozesse im Körper reibungslos ablaufen können1.
Wie du wahrscheinlich schon weißt, ist Nahrung eine gute Energiequelle. Eine ausgewogene Mahlzeit setzt sich aus drei Makronährstoffen zusammen: Kohlenhydraten, Fetten und Eiweiß. Um daraus Energie zu gewinnen, muss dein Essen aber erstmal noch einige chemische Prozesse im Organismus durchlaufen. Etwa 60 % der so gewonnenen Energie wird in Wärme umgewandelt, damit deine Körpertemperatur nicht absinkt. Der Rest wird für Stoffwechselvorgänge und Muskelarbeit zur Verfügung gestellt2.
Unser Tipp: Versorge dich mit ausreichend Energie über den Tag, um sowohl im Alltag als auch beim Training eine Top-Leistung abzuliefern! Du bist viel unterwegs und hast kaum Zeit dir einen gesunden, energiereichen Snack vorzubereiten? Dann probier unsere Energy Bars – leckere Energielieferanten für zwischendurch aus Nüssen, Früchten und Pflanzensirup.
Damit du bei einer körperlichen Belastung wie rennen oder eine schwere Kiste tragen nicht einfach schlapp machst, hat dein Körper Energievorräte parat. Diese werden bei der Muskelarbeit bzw. wenn der Muskel kontrahiert, um eine bestimmte Bewegung auszuführen oder einen Widerstand zu bewältigen, verbraucht und wieder neu aufgefüllt. Auf welche Weise diese Vorräte wieder aufgefüllt werden bzw. aus welchen Quellen dein Körper die benötigte Energie bezieht, hängt von der Intensität und der Dauer der Belastung ab. Aber dazu kommen wir noch.
Was ist ATP?
Der Treibstoff all deiner Muskeln ist das Adenosintriphosphat ATP. Stell dir vor, du hast gerade ein intensives Workout hinter dir oder du hast einem Freund beim Umzug geholfen. Das war anstrengend und hat dir viel Kraft gekostet. Warum? Weil deine Muskeln arbeiten mussten und viel Energie in Form von ATP verbraucht haben.
ATP ist ein Molekül, das aus der Bindung von Adenosin und drei Phosphatgruppen besteht. Jede deine Zelle bezieht ihre Energie aus ATP. Auch deine Muskeln! Das ist die wichtigste Speicherform der chemischen Energie, die du hast.
Bei einer Muskelkontraktion zerfällt ATP in ADP (Adenosindiphosphat) und ein freies Phosphat. Dabei wird Energie freigesetzt und Wärme erzeugt, deswegen wird dir meistens auch warm beim Training. Folge: Dein Muskel kann diese Energie nutzen und kontrahieren.
Das entstandene ADP wird wieder zu ATP umgewandelt, damit dein Körper ständig mit neuer Energie versorgt werden kann. Das freigesetzte Phosphat gibt dem Stoffwechsel das Zeichen dazu. Die Neubildung von ATP wird als Resynthese bezeichnet. Für den Ablauf der ATP Resynthese gibt es verschiedene Wege und es stehen dir unterschiedliche Energiespeicher zur Verfügung.
Welche Arten der Energiebereitstellung gibt es?
Je nachdem ob Kreatinphosphat, Kohlenhydrate oder Fette als Energiequelle genutzt werden und ob Sauerstoff dabei zur Verfügung steht, lassen sich vier unterschiedliche Arten der Energiegewinnung unterscheiden: Kreatinkinase, anaerobe Glykolyse, aerobe Glykolyse oder Lipolyse. Klingt erstmal nach Zungenbrecher! Aber keine Panik die Namen lassen sich auf die genutzten Energiequellen zurückführen. Fangen wir ganz am Anfang an.
In den ersten Sekunden einer körperlichen Belastung zum Beispiel wenn du einen Gegenstand wirfst, nutzt dein Körper das ATP, was in Mitochondrien, den Kraftwerken deiner Zellen, gelagert ist. Leider reicht das gespeichert ATP aber nur für wenige Sekunden aus. Folge: Neues ATP muss fleißig nachproduziert werden! Dafür greift der Körper auf die gespeicherten Nährstoffe zurück.
Kreatinkinase: Kreatinphosphat als Energiequelle
Als erstes springt Kreatinphosphat ein. Kreatin ist eine organische Verbindung, die in der Leber, Nieren und der Bauchspeicheldrüse gebildet wird und anschließend über die Blutbahn in den Muskel gelangt. Dort wird Kreatin durch eine chemische Reaktion zum energiereichen Kreatinphosphat3.
Innerhalb der Muskelzelle erzeugen Kreatinphosphat gemeinsam mit ADP neue ATP-Moleküle. Das ist die schnellste Variante der Energiebereitstellung, bei der aber auch lediglich eine kleine Menge an ATP gebildet werden kann, die nur für eine kurze Zeit ausreicht. Dieser Prozess wird auch als anaerobe alaktazide Energiegewinnung bezeichnet, weil hier für die Resynthese weder Sauerstoff notwendig ist, noch Laktat entsteht.
Kleiner Exkurs: Was ist Laktat?
Laktat ist ein Stoffwechselprodukt, das dein Körper bildet. Am Anfang einer intensiven Belastung ist dein Kreislaufsystem noch nicht in der Lage, die Muskulatur mit genügend Sauerstoff zu versorgen. Da die ATP-Speicher aber trotzdem schnell aufgefüllt werden müssen, wird Energie aus Kohlenhydraten ohne Sauerstoff gewonnen. Dabei wird Laktat produziert. Dabei handelt es sich um das Salz der Milchsäure4.
Wenn sich Kreatinphosphat mit ADP verbindet wird noch kein Laktat gebildet, dazu kommt es erst bei einer längeren Belastungsdauer, die die Zeitspanne von 6 bis 8 Sekunden übersteigt. Dieser Stoffwechselweg ist vor allem bei kurzen intensiven Belastungen wie Sprinten, wo Schnellkraft gefragt ist, oder beim Gewichtheben, wo es auf Maximalkraft ankommt, relevant. Weitere Beispiele dafür wären Kugelstoßen, Weit- oder Hochsprung sowie Golf.
Noch bevor der Vorrat an Kreatinphosphat in der Muskelzelle vollständig verbraucht ist, kommt dein Essen ins Spiel. Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße werden aufgespaltet, damit daraus ATP gebildet werden kann.
Glykolyse: Kohlenhydrate als Energiequelle
Kohlenhydrate werden als Nächstes zur Energiegewinnung verwertet. Nach der Verdauung werden Kohlenhydrate als Glykogen in deinen Muskeln und in der Leber gespeichert. Die Energiegewinnung aus Glykogen kann entweder aerob oder anaerob geschehen.
Was ist der Unterschied zwischen aerober und anaerober Energiebereitstellung?
Anaerobe Glykolyse
Als anaerobe Energiegewinnung wird der Prozess bezeichnet, bei dem aus Glykogen ATP gewonnen wird ohne dazu Sauerstoff zu benötigen. Die Energie steht schnell zur Verfügung, da der ganze Weg vom Sauerstoff über die Lunge und das Blut in die Muskelzelle wegfällt.
Wenn ATP auf diesem Weg gebildet wird, entsteht das Stoffwechselprodukt – Laktat. Deshalb wird dieser Prozess auch als anaerobe laktazide Energiegewinnung bezeichnet. Steigt die Konzentration von Laktat an, kann der Muskel schnell ermüden5. Der klare Vorteil hier ist die Schnelligkeit, mit der ATP gebildet wird. Der Nachteil ist die Entstehung bzw. Überproduktion von Laktat.
Aerobe Glykolyse
Die aerobe Energiegewinnung geschieht dagegen, wie der Name es schon verrät, in Verbindung mit Sauerstoff. Das dauert länger, denn der benötigte Sauerstoff muss erstmal in die Muskelzelle transportiert werden. Hier kann Glucose vollständig und effizient abgebaut werden. Das Abfallprodukt, was dabei entsteht, sind CO2 und Wasser.
Da es sich bei aeroben Energiebereitstellung um einen langsamen Prozess handelt, sollte die Belastungsintensität bzw. der ATP-Bedarf nicht zu hoch, dafür kann aber die Belastungsdauer länger sein. Wichtig: Deine Glykogenspeicher sind begrenzt. Wenn die Reserven aufgebraucht sind, sinkt auch deine Leistungsfähigkeit6.
Lipolyse: Fette als Energiequelle
Bei besonders lang andauernder Belastung werden aerob neben Glukose auch Fettsäuren abgebaut und verbrannt. Folge: Fett wird als Energieträger genutzt und aerob abgebaut. Die Fettverbrennung dauert jedoch noch länger als die aerobe Glykolyse. Der klare Vorteil hier sind die Fettdepots, die als Energiequelle fast unerschöpflich sind.
Übrigens läuft die Fettverbrennung schon während der aeroben Glykolyse ab und nicht erst Stunden danach. Lediglich der Anteil an verbrannten Fetten wird mit der Dauer der Aktivität größer, da die Glykogenspeicher sich langsam leeren.
Eiweiß als Energiequelle
Auch Eiweiß kann zur Energiegewinnung dienen, was aber eher in einer Notsituation eintritt. Zum Beispiel wenn du eine extreme Diät machst, bei der dein Kaloriendefizit viel zu hoch ist. Der Körper fängt an Muskelmasse abzubauen, um Energie zu sparen. Um deine Muskeln und deine Gesundheit zu schützen, achte auf eine ausgewogene Ernährung und fahre ein moderates Kaloriendefizit, wenn du dein Gewicht reduzieren willst.
Übersicht über die verschiedenen Energiequellen
| Energiequelle | Vorrat | Speicherort | Vorteil | Nachteil |
| Kreatinphosphat | wenige Sekunden | Muskelzelle | schnelle Bereitstellung | geringe Menge an ATP |
| Glykogen (anaerob) | bis zu 60 Sekunden | Muskelzelle und Leber | schnelle Bereitstellung ohne Sauerstoff | Speicher ist begrenzt, Überproduktion von Laktat |
| Glykogen (aerob) | bis zu 100 Minuten | Muskelzelle und Leber | kein Laktat, Glucose vollständig verwertet | Bereitstellung dauert länger, Sauerstoff muss in den Muskel transportiert werden, Speicher ist begrenzt |
| Fette | viele Stunden | Muskeln, Unterhautgewebe | Speicher nahezu unerschöpflich | langsame Bereitstellung |
Energiebereitstellung im Sport
Was bedeuten die verschiedenen Arten der Energiegewinnung für dein Training? Sie variieren je nachdem, welche Sportart du betreibst, wie hoch die Belastungsintensität sowie -dauer sind und wie leistungsfähig du bist.
Wenn du Kampfsportarten wie Boxen oder Karate betreibst oder gerne sprintest, ist Schnellkraft gefragt. Also wird hier ATP mithilfe von Kreatinphosphat oder anaerob gebildet. Auch bei Maximalkraft ist dies der Fall, da deine Muskeln in kurzer Zeit intensiv belastet werden, wenn du Gewichte hebst.
Unser Tipp: Kreatin erhöht die körperliche Leistung bei Schnellkrafttraining im Rahmen kurzzeitiger intensiver körperlicher Betätigung. Zusätzlich stellt dir Kreatin mehr Kraft zur Verfügung, wenn es um schnelle, explosive Belastungen beim Krafttraining geht. Dieser Effekt trifft bei einer erwachsenen Person ein, die sich intensiv sportlich betätigt und täglich mindestens 3 Gramm Kreatin aufnimmt.
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Bei Ausdauersportarten wie Radfahren, Laufen oder Schwimmen wird auch aerob Energie gewonnen, wobei der Körper auf die Glykogen- und Fettreserven zugreift. Das hängt zusätzlich von der Länge der Strecke bzw. der Belastungsdauer ab. Um die optimale Leistung zu erbringen, ist es wichtig, das Training und die Ernährung aufeinander abzustimmen.
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Übrigens spielen auch die Muskelfasertypen eine Rolle. Die roten Muskelfasern sind für lange Ausdauerbelastungen unter Verbrauch von Sauerstoff zuständig. Sie nutzen vorwiegend Kohlenhydrate und Fett als Brennstoff. Die weißen Muskelfasern dagegen sind für kurze, schnelle und kraftvolle Bewegungen verantwortlich und besitzen einen Phosphatspeicher. Abhängig davon, ob du gerade ein Marathon läuft oder einen Sprint machst, werden deine Muskeln unterschiedlich belastet.
Der Anteil von roten und weißen Muskelfasern variiert von Person zu Person und ist genetisch bedingt, aber durch spezifisches Training kannst du deine Muskelfasertypen trainieren! So führt regelmäßiges Ausdauertraining zu einer besseren Sauerstoffverwertung der roten Muskelfasern. Das Hypertrophietraining bewirkt die Vergrößerung der weißen Fasern und somit auch eine Steigerung von Kraft und Schnelligkeit7.
Fazit
- Dein Körper verbraucht ständig Energie für Stoffwechselprozesse, für Muskelaktivität und um Körpertemperatur aufrechtzuerhalten.
- Bei Muskelkontraktion wird chemische Energie (ATP) in mechanische Energie und Wärme umgewandelt.
- ATP Resynthese ist der Prozess, bei dem neue ATP-Moleküle gebildet werden. Dazu kann der Körper Kreatinphosphat, Glucose oder Fettsäuren nutzen.
- Die Belastungsdauer und -intensität entscheiden darüber, welche Art der Energiegewinnung stattfindet und welche Energieträger zum Einsatz kommen.
- Energiegewinnung kann aerob (mit Sauerstoff) oder anaerob (ohne Sauerstoff) geschehen.
- Laktat ist ein Stoffwechselprodukt, das bei der anaeroben Glykolyse entsteht. Eine zunehmende Laktatproduktion kann deine Leistungsfähigkeit verringern.
- Die Art der Energiebereitstellung unterscheidet sich je nach Sportart und hängt mit dem Muskelfasertyp zusammen.
Artikel-Quellen
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- 1https://flexikon.doccheck.com/de/Energiestoffwechsel↩
- 2http://www.gesundheits-lexikon.com/Ernaehrung-Diaeten/Sport-und-Ernaehrung/Energiestoffwechsel.html↩
- 3https://www.spektrum.de/lexikon/biologie/kreatin/37295↩
- 4http://www.gesundheits-lexikon.com/Labormedizin-Labordiagnostik/Sonstiges/Lactat.html↩
- 6http://www.gesundheits-lexikon.com/Ernaehrung-Diaeten/Sport-und-Ernaehrung/Energiestoffwechsel.html↩
- 7Dr. Kurt A. Moosburger (1994): Die Muskuläre Energiebereitstellung im Sport. In: Sportmagazin Jan. 1995.↩
