ENERGIESYSTEME SIND NICHT NUR FÜR ATHLETEN
Sie haben den Begriff „Energiesysteme“ vielleicht schon im Fitnessstudio, beim Training – oder vielleicht beim Training Ihrer Kinder – in Fitnessartikeln oder anderen Gesundheitsartikeln gehört. Es ist ein komplexer Begriff, auf den oft Bezug genommen wird und der vielleicht eines der verwirrendsten und am meisten missverstandenen Dinge über die menschliche Leistung ist. Und wenn Sie den Begriff „Energiesysteme“ noch nicht gehört haben, dann haben Sie zumindest mit Sicherheit den Begriff „Milchsäure“ gehört. Wenn Ihnen schon einmal jemand gesagt hat, dass „Ihre Muskeln von der Milchsäure, die Sie beim Training produziert haben, wund sind“, dann haben Sie sich aus erster Hand mit den Mythen auseinandergesetzt (dazu später mehr).
Energiesysteme mögen wie etwas klingen, über das nur ernsthafte Sportler nachdenken müssen – weil sie leistungsbezogen sind. Aber wenn Sie ein Mensch sind, dann ist die Leistung Ihrer Zellen tatsächlich wichtig, denn sie beeinflusst Ihre Lebensqualität, Gesundheit und Langlebigkeit. Die Energiesysteme beeinflussen die Gesundheit Ihrer Mitochondrien, des Atmungssystems, des Kreislaufsystems und des Muskelwachstums – all das verbessert das allgemeine Wohlbefinden. Mitochondrien, die zellulären Generatoren, die für die Synthese der Energie des Körpers verantwortlich sind, sind entscheidend für die Langlebigkeit. Tatsächlich beschleunigt eine Verschlechterung der mitochondrialen Gesundheit den Alterungsprozess und erhöht die Sterblichkeit. Mitochondriale Dysfunktion wurde mit einer Reihe von degenerativen Krankheiten in Verbindung gebracht, von Diabetes über neurologische Störungen bis hin zu Herzerkrankungen. Im Grunde können wir es uns nicht leisten, uns nicht um unsere Energiesysteme, die zelluläre Gesundheit und Produktion, Muskelmasse und Robustheit zu kümmern. Und der Weg, sich um diese Systeme zu kümmern, ist regelmäßiges Training und Konditionierung, so dass Sie diese Systeme zur Arbeit bringen. Durch wiederholte Stimulierung dieser Bahnen werden sie gezwungen, sich positiv anzupassen. Gewichte heben, Intervalltraining, Herzleistungstraining und sich selbst an Orte bringen, die körperlich unangenehm sind, wird neues Wachstum und neue Fähigkeiten in Ihrem Körper stimulieren. Und das ist für jeden wichtig – egal, ob Sie ein Eishockeyspieler der ersten Liga sind oder die Eltern eines Eishockeyspielers der ersten Liga.
Energiesysteme sind die chemischen Bahnen, die mit der Energieproduktion und den Produkten der körperlichen Arbeit fertig werden. Ich verwende die Worte „bewältigen“ aus einem bestimmten Grund. Ich möchte nicht sagen, dass sie „Energie erzeugen“, denn Energie wird niemals erzeugt oder zerstört – sie wird übertragen. Ich will auch nicht behaupten, dass diese Energiesysteme nur existieren, um uns die Fähigkeit zu geben, uns zu bewegen – ihre Existenz ist vielseitig. Sie müssen gespeicherte Energie aus Molekülen freisetzen, um die zelluläre Arbeit anzutreiben, aber sie müssen auch mit den Nebenprodukten dieser chemischen Reaktionen umgehen. Insgesamt müssen sie also mit Bewegungsanforderungen und Nebenprodukten (wie Wärme) zurechtkommen, um Energie und Strategien zur Gefahrenabwehr (Überhitzung ist gefährlich) bereitzustellen.
Die Energie für die zelluläre Arbeit kommt aus dem Molekül ATP, oder Adenosintriphosphat. Die drei Phosphate, die an den Zucker des Moleküls gebunden sind, kann man sich als Federn vorstellen, die losgelassen werden, um freie Energie zu liefern. Bei der Spaltung dieser Bindungen entstehen Nebenprodukte – wie Wasser, Wasserstoff und Wärme – sowie verfügbare Energie, um weitere Reaktionen anzutreiben. In dieser Hinsicht dient ATP sowohl als Energieempfänger als auch als Energiespender, da es abgebaut und neu synthetisiert werden kann. Alle Energiesysteme arbeiten daran, ATP zu erzeugen oder Moleküle zu generieren, die die ATP-Produktion weiter vorantreiben, und beschäftigen sich auch mit dem Wasserstoff und der Wärme, die bei solchen Mechanismen an die Oberfläche kommen.
Es gibt drei Energiesysteme: das unmittelbare Energiesystem, das glykolytische System und das oxidative System. Alle drei Systeme arbeiten bis zu einem gewissen Grad gleichzeitig, aber Teile des Systems werden vorherrschend, je nachdem, was die Bedürfnisse des Körpers sind.
Das unmittelbare Energiesystem kommt mit Anforderungen zurecht, die eine explosive, schnelle Reaktion erfordern – wie z. B. ein Ein-Wiederholungs-Maximum bei einem schnellen und schweren Gewichtheben.
Das glykolytische System wird mit Anforderungen fertig, die eine relativ hohe Energieabgabe für eine relativ kurze Zeitspanne erfordern – wie z. B. ein Sprint über das Eis bei einem Hockeyspiel.
Das oxidative System bewältigt Arbeit mit geringerem Output für längere Zeiträume – wie z.B. ein Straßenrennen.
Das Immediate Energy System
Das Immediate Energy System im Skelettmuskel nutzt mehrere integrierte chemische Reaktionen, um in einer explosiven, schnellen Abfolge Energie für zelluläre Arbeit freizusetzen, das ATP dann aber schnell wieder zusammenzusetzen. Es benötigt keinen Sauerstoff (anaerob) und es entsteht kein Laktat (wie bei der Glykolyse). Stattdessen arbeitet dieses System mit ATP und Kreatinphosphat, die in den Muskelfasern gespeichert sind. Durch mehrere enzymatische Schritte setzt das System Energie aus ATP frei und resynthetisiert sie dann unter Verwendung von Kreatinphosphat, um ATP und Kreatin zu produzieren. Die Gesamtkapazität dieses einen Weges ist recht begrenzt, so dass die Energieausbeute aus diesem System während einer explosiven Belastung so lange anhalten kann, bis die Kreatinphosphatspeicher größtenteils aufgebraucht sind, was in etwa zehn Sekunden der Fall sein kann. Der geschwindigkeitsbegrenzende Faktor für dieses System ist teilweise von Kreatinphosphat abhängig, weshalb Athleten oft mit Kreatin supplementieren.
Das glykolytische System
Die Glykolyse ist der Weg, der Kohlenhydrate (Glukose oder gespeichertes Glykogen) spaltet, um ATP für die Zellarbeit zu erzeugen. Nur Kohlenhydrate können als Substrat für diesen Weg verwendet werden. Dieses System funktioniert bei kurzzeitigem, hochintensivem Training. Wahrscheinlich haben Sie schon einmal den Begriff „Milchsäure“ im Zusammenhang mit Muskelkater oder Ermüdung gehört – beide Begriffe sind jedoch unzutreffend. Milchsäure kommt im menschlichen Körper nicht vor, Laktat schon. Und Laktat verursacht keinen Muskelkater. Vielmehr wird es recht effizient zur Leber zurückgeführt.
Das Produkt der Glykolyse ist Pyruvat, und hier kann das glykolytische System alaktisch oder laktisch sein. Das heißt, in Situationen, in denen die Produkte der Glykolyse (Pyruvatmoleküle) die Rate überschreiten, mit der sie in den Zitronensäurezyklus (die nächste Phase des Energiesystems) verlagert werden können, bindet der Körper einen Wasserstoff an jedes Pyruvatmolekül, um Laktat zu bilden, das dann zurück zum Beginn der Glykolyse verlagert wird, um wieder verwendet zu werden. Die Laktatproduktion ist also sowohl ein Bewältigungsmechanismus (Umgang mit dem überschüssigen Wasserstoff), als auch eine Möglichkeit, ATP in Situationen zu erzeugen, in denen das langsamere, effizientere System nicht ausreichen kann, aber die Anforderungen des Körpers zu hoch sind.
Das oxidative System
Das oxidative System tritt bei geringerer Intensität und anhaltendem Training in den Vordergrund, wobei der ATP-Bedarf fast unbegrenzt gedeckt werden kann, die Produktionsraten aber nicht so schnell sind wie bei der Glykolyse. Im Gegensatz zur Glykolyse ist dieses System aerob und kann nicht nur aus Glukose und Glykogen, sondern auch aus Fettsäuren gespeist werden.
Dieses Energiesystem ist ziemlich tiefgreifend, und vorausgesetzt, dass ausreichend Substrat zur Verfügung steht – d. h., Sie haben genug gegessen – kann die Produktion von ATP über lange Zeiträume erfolgen. Das oxidative System wird von so genannten „Hochenergie-Elektronenträgern“ angetrieben, das sind Moleküle, die sich mit Wasserstoff verbinden (drohende Reduktion) und dann ein Wasserstoffgefälle in den inneren Membranen der Mitochondrien erzeugen, um die Elektronentransportkette anzutreiben, die letztlich die Energie für die Resynthese einer großen Menge ATP liefert. Von allen Systemen ist dieses am effizientesten darin, mit Wasserstoff umzugehen und ATP zu regenerieren.
Energiesysteme und Ihr Körper
Diese Wege zur Bewältigung von Arbeit und zur Energieversorgung haben unglaubliche Auswirkungen auf die menschliche Leistung, Gesundheit und Langlebigkeit. Muskelfasern verändern sich und passen sich an, wenn immer wieder neue Reize auf sie einwirken, und einige ihrer Eigenschaften ändern sich, je nachdem, was dieser Reiz ist. Wenn Sie für einen Langstreckenlauf trainieren, werden Ihre Muskelfasern vom Typ I mehr Mitochondriendichte entwickeln, um ein stärkeres oxidatives System zu betreiben. Wenn Sie schweres, explosives Heben betreiben, werden Ihre Muskeln mehr Glykogen und Kreatin speichern (wenn Sie sich richtig ernähren), um die neuen Anforderungen zu erfüllen, die an sie gestellt werden. Und wenn Sie kurze Sprints machen, um an Ihren glykolytischen Anpassungen zu arbeiten, werden Sie vielleicht Ihre Kontraktionsrate in Ihren Typ-IIa-Muskelfasern erhöhen, um Ihren Geschwindigkeitswechsel in Ihrem Hockeyspiel anzutreiben.
Mitochondriale Gesundheit, zelluläre Gesundheit, Muskelgesundheit und so viele andere Facetten unseres Wohlbefindens hängen von der Nutzung unserer Energiesysteme ab. Wenn wir verstehen, was sie sind, können wir im Fitnessstudio und in der Küche daran arbeiten, diese uralten Bahnen, die unseren Körper so anpassungsfähig und plastisch machen, optimal zu trainieren und mit Energie zu versorgen. Auf diese Weise erhöhen wir die Fähigkeit unseres Körpers, über längere Zeiträume leistungsfähig zu sein und zu gedeihen.
ENERGIESYSTEME SIND NICHT NUR FÜR ATHLETEN
Sie haben den Begriff „Energiesysteme“ vielleicht schon im Fitnessstudio, beim Training – oder vielleicht beim Training Ihrer Kinder -, in Fitnessartikeln oder anderen Gesundheitsangeboten gehört. Es ist ein komplexer Begriff, auf den oft Bezug genommen wird und der vielleicht eines der verwirrendsten und am meisten missverstandenen Dinge über die menschliche Leistung ist. Und wenn Sie den Begriff „Energiesysteme“ noch nicht gehört haben, dann haben Sie zumindest mit Sicherheit den Begriff „Milchsäure“ gehört. Wenn Ihnen schon einmal jemand gesagt hat, dass „Ihre Muskeln von der Milchsäure, die Sie beim Training produziert haben, wund sind“, dann haben Sie sich aus erster Hand mit den Mythen auseinandergesetzt (dazu später mehr).
Energiesysteme mögen wie etwas klingen, über das nur ernsthafte Sportler nachdenken müssen – weil sie leistungsbezogen sind. Aber wenn Sie ein Mensch sind, dann ist die Leistung Ihrer Zellen tatsächlich wichtig, denn sie beeinflusst Ihre Lebensqualität, Gesundheit und Langlebigkeit. Die Energiesysteme beeinflussen die Gesundheit Ihrer Mitochondrien, des Atmungssystems, des Kreislaufsystems und des Muskelwachstums – all das verbessert das allgemeine Wohlbefinden. Mitochondrien, die zellulären Generatoren, die für die Synthese der Energie des Körpers verantwortlich sind, sind entscheidend für die Langlebigkeit. Tatsächlich beschleunigt eine Verschlechterung der mitochondrialen Gesundheit den Alterungsprozess und erhöht die Sterblichkeit. Mitochondriale Dysfunktion wurde mit einer Reihe von degenerativen Krankheiten in Verbindung gebracht, von Diabetes über neurologische Störungen bis hin zu Herzerkrankungen. Im Grunde können wir es uns nicht leisten, uns nicht um unsere Energiesysteme, die zelluläre Gesundheit und Produktion, Muskelmasse und Robustheit zu kümmern. Und der Weg, sich um diese Systeme zu kümmern, ist regelmäßiges Training und Konditionierung, so dass Sie diese Systeme zur Arbeit bringen. Durch wiederholte Stimulierung dieser Bahnen werden sie gezwungen, sich positiv anzupassen. Gewichte heben, Intervalltraining, Herzleistungstraining und sich selbst an Orte bringen, die körperlich unangenehm sind, wird neues Wachstum und neue Fähigkeiten in Ihrem Körper stimulieren. Und das ist für jeden wichtig – egal, ob Sie ein Eishockeyspieler der ersten Liga sind oder die Eltern eines Eishockeyspielers der ersten Liga.
Energiesysteme sind die chemischen Bahnen, die mit der Energieproduktion und den Produkten der körperlichen Arbeit fertig werden. Ich verwende die Worte „bewältigen“ aus einem bestimmten Grund. Ich möchte nicht sagen, dass sie „Energie erzeugen“, denn Energie wird niemals erzeugt oder zerstört – sie wird übertragen. Ich möchte auch nicht behaupten, dass diese Energiesysteme nur existieren, um uns die Fähigkeit zu geben, uns zu bewegen – ihre Existenz ist vielseitig. Sie müssen gespeicherte Energie aus Molekülen freisetzen, um die zelluläre Arbeit anzutreiben, aber sie müssen auch mit den Nebenprodukten dieser chemischen Reaktionen umgehen. Insgesamt müssen sie also mit Bewegungsanforderungen und Nebenprodukten (wie Wärme) zurechtkommen, um Energie und Strategien zur Gefahrenabwehr (Überhitzung ist gefährlich) bereitzustellen.
Die Energie für die zelluläre Arbeit kommt aus dem Molekül ATP, oder Adenosintriphosphat. Die drei Phosphate, die an den Zucker des Moleküls gebunden sind, kann man sich als Federn vorstellen, die losgelassen werden, um freie Energie zu liefern. Bei der Spaltung dieser Bindungen entstehen Nebenprodukte – wie Wasser, Wasserstoff und Wärme – sowie verfügbare Energie, um weitere Reaktionen anzutreiben. In dieser Hinsicht dient ATP sowohl als Energieempfänger als auch als Energiespender, da es abgebaut und neu synthetisiert werden kann. Alle Energiesysteme arbeiten daran, ATP zu erzeugen oder Moleküle zu generieren, die die ATP-Produktion weiter vorantreiben, und beschäftigen sich auch mit dem Wasserstoff und der Wärme, die bei solchen Mechanismen an die Oberfläche kommen.
Es gibt drei Energiesysteme: das unmittelbare Energiesystem, das glykolytische System und das oxidative System. Alle drei Systeme arbeiten bis zu einem gewissen Grad gleichzeitig, aber Teile des Systems werden vorherrschend, je nachdem, was die Bedürfnisse des Körpers sind.
Das unmittelbare Energiesystem kommt mit Anforderungen zurecht, die eine explosive, schnelle Reaktion erfordern – wie z. B. ein Ein-Wiederholungs-Maximum bei einem schnellen und schweren Gewichtheben.
Das glykolytische System wird mit Anforderungen fertig, die eine relativ hohe Energieabgabe für eine relativ kurze Zeitspanne erfordern – wie z. B. ein Sprint über das Eis bei einem Hockeyspiel.
Das oxidative System bewältigt Arbeit mit geringerem Output für längere Zeiträume – wie z.B. ein Straßenrennen.
Das Immediate Energy System
Das Immediate Energy System im Skelettmuskel nutzt mehrere integrierte chemische Reaktionen, um in einer explosiven, schnellen Abfolge Energie für zelluläre Arbeit freizusetzen, das ATP dann aber schnell wieder zusammenzusetzen. Es benötigt keinen Sauerstoff (anaerob) und es entsteht kein Laktat (wie bei der Glykolyse). Stattdessen arbeitet dieses System mit ATP und Kreatinphosphat, die in den Muskelfasern gespeichert sind. Durch mehrere enzymatische Schritte setzt das System Energie aus ATP frei und resynthetisiert sie dann unter Verwendung von Kreatinphosphat, um ATP und Kreatin zu produzieren. Die Gesamtkapazität dieses einen Weges ist recht begrenzt, so dass die Energieausbeute aus diesem System während einer explosiven Belastung so lange anhalten kann, bis die Kreatinphosphatspeicher größtenteils aufgebraucht sind, was in etwa zehn Sekunden der Fall sein kann. Der geschwindigkeitsbegrenzende Faktor für dieses System ist teilweise von Kreatinphosphat abhängig, weshalb Athleten oft mit Kreatin supplementieren.
Das glykolytische System
Die Glykolyse ist der Weg, der Kohlenhydrate (Glukose oder gespeichertes Glykogen) spaltet, um ATP für die Zellarbeit zu erzeugen. Nur Kohlenhydrate können als Substrat für diesen Weg verwendet werden. Dieses System funktioniert bei kurzzeitigem, hochintensivem Training. Wahrscheinlich haben Sie schon einmal den Begriff „Milchsäure“ im Zusammenhang mit Muskelkater oder Ermüdung gehört – beide Begriffe sind jedoch unzutreffend. Milchsäure kommt im menschlichen Körper nicht vor, Laktat schon. Und Laktat verursacht keinen Muskelkater. Vielmehr wird es recht effizient zur Leber zurückgeführt.
Das Produkt der Glykolyse ist Pyruvat, und hier kann das glykolytische System alaktisch oder laktisch sein. Das heißt, in Situationen, in denen die Produkte der Glykolyse (Pyruvatmoleküle) die Rate überschreiten, mit der sie in den Zitronensäurezyklus (die nächste Phase des Energiesystems) verlagert werden können, bindet der Körper einen Wasserstoff an jedes Pyruvatmolekül, um Laktat zu bilden, das dann zurück zum Beginn der Glykolyse verlagert wird, um wieder verwendet zu werden. Die Laktatproduktion ist also sowohl ein Bewältigungsmechanismus (Umgang mit dem überschüssigen Wasserstoff), als auch eine Möglichkeit, ATP in Situationen zu erzeugen, in denen das langsamere, effizientere System nicht ausreichen kann, aber die Anforderungen des Körpers zu hoch sind.
Das Oxidative System
Das Oxidative System tritt bei geringerer Intensität und anhaltendem Training in den Vordergrund, wobei der ATP-Bedarf fast unbegrenzt gedeckt werden kann, die Produktionsraten aber nicht so schnell sind wie bei der Glykolyse. Im Gegensatz zur Glykolyse ist dieses System aerob und kann nicht nur aus Glukose und Glykogen, sondern auch aus Fettsäuren gespeist werden.
Dieses Energiesystem ist ziemlich tiefgreifend, und vorausgesetzt, dass ausreichend Substrat zur Verfügung steht – d. h., Sie haben genug gegessen – kann die Produktion von ATP über lange Zeiträume erfolgen. Das oxidative System wird von so genannten „Hochenergie-Elektronenträgern“ angetrieben, das sind Moleküle, die sich mit Wasserstoff verbinden (drohende Reduktion) und dann ein Wasserstoffgefälle in den inneren Membranen der Mitochondrien erzeugen, um die Elektronentransportkette anzutreiben, die letztlich die Energie für die Resynthese einer großen Menge ATP liefert. Von allen Systemen ist dieses am effizientesten darin, mit Wasserstoff umzugehen und ATP zu regenerieren.
Energiesysteme und Ihr Körper
Diese Wege zur Bewältigung von Arbeit und zur Energieversorgung haben unglaubliche Auswirkungen auf die menschliche Leistung, Gesundheit und Langlebigkeit. Muskelfasern verändern sich und passen sich an, wenn immer wieder neue Reize auf sie einwirken, und einige ihrer Eigenschaften ändern sich, je nachdem, was dieser Reiz ist. Wenn Sie für einen Langstreckenlauf trainieren, werden Ihre Muskelfasern vom Typ I mehr Mitochondriendichte entwickeln, um ein stärkeres oxidatives System zu betreiben. Wenn Sie schweres, explosives Heben betreiben, werden Ihre Muskeln mehr Glykogen und Kreatin speichern (wenn Sie sich richtig ernähren), um die neuen Anforderungen zu erfüllen, die an sie gestellt werden. Und wenn Sie kurze Sprints machen, um an Ihren glykolytischen Anpassungen zu arbeiten, können Sie die Kontraktionsrate in Ihren Typ-IIa-Muskelfasern erhöhen, um die Geschwindigkeitsänderung in Ihrem Eishockeyspiel anzutreiben.
Mitochondriale Gesundheit, zelluläre Gesundheit, Muskelgesundheit und so viele andere Facetten unseres Wohlbefindens hängen von der Nutzung unserer Energiesysteme ab. Wenn wir verstehen, was sie sind, können wir im Fitnessstudio und in der Küche daran arbeiten, diese uralten Bahnen, die unseren Körper so anpassungsfähig und plastisch machen, optimal zu trainieren und mit Energie zu versorgen. Indem wir das tun, erhöhen wir die Fähigkeit unseres Körpers, über längere Zeiträume hinweg Leistung zu bringen und zu gedeihen.