Nahrungsquellen und Energie
Energie ist ein notwendiger Faktor für das Leben des Menschen und wird durch Ernährung bereitgestellt. Die Einheit der Energie ist Kilokalorie, und eine Kilokalorie ist die Menge an Wärme, die erforderlich ist, um die Temperatur von 1 g Wasser um 1°C zu erhöhen. Die meisten Energiequellen stammen aus den folgenden Nährstoffen: Kohlenhydrate (4 kcal oder 17 kJ pro Gramm), Proteine (4 kcal oder 17 kJ pro Gramm) und Fette (9 kcal oder 37 kJ pro Gramm). Kohlenhydrate sind die wichtigste Energiequelle in der menschlichen Ernährung, und die größte Menge dieser Nährstoffe findet sich in Brot, Reis und Nudeln. Proteine sind ein unverzichtbarer Nährstoff für den menschlichen Körper, und gute Quellen für Proteine sind Fleisch, Fisch und Eier. Fette sind auch ein wichtiger Nährstoff und die besten Quellen für Fette sind Pflanzenöle. Vitamine und Mineralien liefern keine Energie, sind aber für die ordnungsgemäße Funktion des Körpers unerlässlich. Der Energiegehalt einzelner Lebensmittel ist unterschiedlich, und Personen mit einem aktiveren Lebensstil benötigen mehr Energie. Die beste Energiequelle für den Menschen sind Kohlenhydrate, und eine ausgewogene Ernährung sollte verschiedene Arten dieser Nährstoffe enthalten.
Ist es wirklich so, dass wir Energie aus Nahrung auf diese Weise gewinnen?
Nach dem Schlucken von Nahrung bleibt diese für eine gewisse Zeit im Magen. Dort beginnt unter dem Einfluss von Verdauungssäften der Verdauungsprozess. Dieser Prozess findet im Dünndarm statt, wo die Nahrung in kleinere Einheiten zerlegt wird, was die Absorption durch die Darmwände ins Blut ermöglicht. In diesem Moment kann der Körper Nährstoffe nutzen, um Energie zu erzeugen, die in Form von ATP produziert und gespeichert wird. Das ATP-Molekül besteht aus Adenosin und drei Phosphatgruppen, die in einer Reihe miteinander verbunden sind. Die Energiereserven sind in chemischen Verbindungen zwischen den Phosphatgruppen konzentriert. Um Energie freizusetzen, muss sich eine Phosphatgruppe abspalten, also ATP zu ADP zerfallen. ATP spielt eine entscheidende Rolle bei den Energie- und Stoffwechselprozessen im Körper. Es ist die universelle Energiequelle für alle biochemischen Prozesse und der Hauptenergieträger in der Zelle. Jede Zelle hat einen begrenzten ATP-Vorrat, der in der Regel innerhalb weniger Sekunden verbraucht wird. Um ADP wieder in ATP umzuwandeln, wird Energie benötigt, die durch die Oxidation von Kohlenhydraten, Proteinen und Fettsäuren in den Zellen entsteht.
Energiereserven im Körper
Nachdem dem Körper Nährstoffe zugeführt wurden, werden bestimmte Mengen davon als Energiereserven in Form von Glykogen und Fett gespeichert. Glykogen, ähnlich wie andere Kohlenhydrate, wird in begrenzten Mengen in der Leber und dem Muskelgewebe gelagert. Während der körperlichen Betätigung zerfällt Glykogen zu Glukose, die zusammen mit Fetten und Blutglukose Energie für die arbeitenden Muskeln liefert. Die Nutzung von Nährstoffen hängt von der Art und Dauer der Übungen ab. Glykogen besteht aus langen Ketten von Glukosemolekülen. Sind die Glykogenspeicher ausreichend, können überschüssige Kohlenhydrate in Fett umgewandelt werden. Normalerweise dienen Proteine und Aminosäuren als Energiequelle für den Körper, aber bei Nahrungsmangel und hohem Energiebedarf können auch Aminosäuren aus dem Muskelgewebe als Energiequelle fungieren. Eiweiß aus Nahrungsmitteln kann als Energiequelle dienen oder in Fett umgewandelt werden, wenn es seine strukturelle Funktion erfüllt hat.
Wie wird Energie während körperlicher Betätigung genutzt?
Zu Beginn des Trainings oder bei einem starken Anstieg des Energieverbrauchs (z.B. beim Sprint) ist der Energiebedarf höher als der Pegel, auf dem die ATP-Synthese durch Kohlenhydrate erfolgt. Das erste Energiequelle sind Kohlenhydrate, die ohne Sauerstoff (anaerob) verbrannt werden. Dieser Prozess wird von der Milchsäureproduktion begleitet, die die Freisetzung einer gewissen Menge ATP ermöglicht. Obwohl die Menge des freigesetzten ATP viel geringer ist als bei aerobem Training, ist der Prozess viel schneller. Die zweite schnelle Energiequelle ist Phosphorsäure, die in kleinen Mengen im Muskelgewebe vorkommt. Beim Abbau von Phosphorsäure wird Energie freigesetzt, die für die Umwandlung von ADP in ATP benötigt wird. Dieser Prozess ist sehr schnell, und die Phosphorsäurevorräte im Körper reichen nur für 10-15 Sekunden. In dieser Zeit findet im Körper der aerobe Stoffwechsel von Kohlenhydraten statt, die Phosphorsäureoxidation endet und die Milchsäureproduktion aufhört. Fettsäuren werden als Energiequelle für die arbeitenden Muskeln verfügbar, und die Umwandlung von ADP in ATP aufgrund von Fettsäureoxidation erhöht sich. Zwischen dem fünften und fünfzehnten Minute nach Beginn des Trainings stabilisiert sich der erhöhte ATP-Bedarf.
Energiequellen, die während körperlicher Anstrengung genutzt werden
Kohlenhydrate sind die wichtigste und notwendige Energiequelle für arbeitende Muskeln und sind für jede Art von körperlicher Aktivität unverzichtbar. Im menschlichen Körper, wie bereits erwähnt, werden Kohlenhydrate in geringen Mengen als Glykogen in Leber und Muskeln gespeichert. Während des Trainings wird Glykogen verbraucht, zusammen mit Fettsäuren und Blutzucker als Energiequelle für Muskeln verwendet. Obwohl Fette mehr Energie liefern, ist der Prozess ihrer Verbrennung wesentlich länger, und die Synthese von ATP durch die Freisetzung von Fettsäuren wird durch die Verwendung von Kohlenhydraten und Phosphokreatin aufrechterhalten. Wenn die Kohlenhydratspeicher fast erschöpft sind, kann der Körper den intensiven Belastungen nicht standhalten.
Einschränkende Faktoren für die Energieverfügbarkeit beim Training
Nahrungsquellen für verschiedene Arten von körperlicher Betätigung Phosphagene (intrazelluläres ATP und Kreatinphosphat für explosive Maximalkraftleistungen unter 10 Sekunden), Muskel- und Leberglykogen (genutzt im anaeroben und aeroben Glukosestoffwechsel bei intensiven Krafteinheiten) sowie freie Fettsäuren zur mitochondrialen Verbrennung bei langanhaltenden aeroben Belastungen.
Niedrige Intensität
: Das erforderliche Ausmaß der ADP-ATP-Umwandlung ist relativ gering und wird durch die Oxidation von Fetten, Glukose und Glykogen erreicht. Sobald die Glykogenspeicher aufgebraucht sind, wächst die Bedeutung von Fetten als Energiequelle. Da Fettsäuren verhältnismäßig langsam oxidiert werden, hängt die Dauer eines solchen Trainings von der Menge an Glykogen im Körper ab.
Durchschnittliche Intensitätsstufe
: Wenn die vom Körper ausgeführte körperliche Betätigung ein Höchstmaß erreicht, um den Prozess der Sauerstoffoxidation fortzusetzen, entsteht ein Bedarf an der sofortigen Wiederherstellung von ATP-Reserven. Kohlenhydrate werden zur Hauptenergiequelle des Körpers. Der ATP-Pegel kann jedoch nicht allein durch die Oxidation von Kohlenhydraten aufrechterhalten werden, daher findet gleichzeitig eine Fettverbrennung und die Bildung von Milchsäure statt.
Höchstes Maß an Anstrengung
:- Die ATP-Produktion wird hauptsächlich durch die Verwendung von Phosphokreatin und die Bildung von Milchsäure aufrechterhalten, da der Stoffwechsel der Verbrennung von Kohlenhydraten und Fetten nicht mit einer derartigen Geschwindigkeit stattfinden kann.
Dauer der Trainingssitzungen
Der Typ der Energiequelle hängt von der Dauer der Trainingssitzungen ab. Zunächst wird Energie durch die Verwendung von Phosphokreatin freigesetzt. Anschließend nutzt der Körper Glykogen, das etwa 50-60% der für die ATP-Synthese erforderlichen Energie liefert. Der restliche Energiebedarf für die ATP-Synthese wird durch die Oxidation freier Fettsäuren und Glukose gedeckt. Sind die Glykogenvorräte aufgebraucht, werden Fette zur Hauptenergiequelle, und der Glukoseverbrauch steigt.
Art der körperlichen Anstrengung, bei der Niedrigbelastungsphasen durch kurze, intensive Anstrengungen ersetzt werden
bei Handlungen, bei denen relativ niedrige Belastungsphasen plötzlich durch kurzzeitige, sehr intensive Anstrengungen ersetzt werden (z.B. Basketball), werden Phosphokreatin und Glycogen abwechselnd als Hauptenergiequelle für die ATP-Synthese genutzt, während in der Niedrigintensitätsphase die Phosphokreatinspiegel im Körper erneuert werden.
Vorbereitung des Organismus
Je besser der Organismus vorbereitet ist, desto höher ist seine Fähigkeit zur Sauerstoffverstoffwechslung (weniger Substanzen werden in Milchsäure umgewandelt) und desto effizienter sind die Energiekosten.. Eine vorbereitete Person führt Übungen mit geringeren Energiekosten als eine Anfängerin durch.
Nahrungsaufnahme
Je höher der Glykogenspiegel im Körper vor dem Training ist, desto später tritt Erschöpfung ein. Um die Glykogenreserven zu erhöhen, muss die Aufnahme von kohlenhydratreichen Lebensmitteln erhöht werden.