Energieumwandlung in der Muskulatur
Der Energiebedarf hängt nur zu einem Teil davon ab, wie viel wir uns bewegen. Dennoch weckt gerade der Gedanke an körperliche Betätigung die Hoffnung, zur gewünschten Figur zu gelangen, ohne sich weiter über das Essen Gedanken machen zu müssen. Wenn man aber nicht weiß, was in der Muskulatur vor sich geht, kann man weder über Maß und Form körperlicher Bewegung entscheiden, noch über richtige Ernährung nachdenken. Was also geschieht in der Muskulatur?
Die Umwandlung der in Nahrung enthaltenen Energie in Bewegungsenergie ist ein chemischer Prozess, bei dem die mit der Nahrung aufgenommenen Kohlenhydrate , Fette und Proteine in ihre molekularen Bestandteile aufgespalten und in neue chemische Verbindungen überführt werden, die die Muskeln durch chemische Umwandlung als Energiequelle nutzen können.
Muskeln bestehen aus Muskelzellen, die ihrerseits aus Muskelfasern bestehen. Die Bewegungen, zu denen wir durch unsere Muskeln in der Lage sind, entstehen, wenn viele Tausend mikroskopisch kleine Muskelfasern sich zusammenziehen. Um sich zusammen zu ziehen, benötigt jede einzelne Muskelfaser Energie. Diese Energie gewinnt die Muskelzelle aus der Umwandlung einer chemischen Verbindung namens Adenosin-Tri-Phosphat. Abgekürzt ATP. Das „Tri“ besagt, dass ATP drei Phosphate besitzt. Spaltet die Muskelzelle von einem ATP-Molekül ein Phosphat ab, entsteht dabei die zur Muskelkontraktion benötigte Energie. Übrig bleibt Adenosin-Di-Phosphat und ein Phosphatrest.
ATP ist also der Treibstoff des Muskels. Leider können Muskelzellen nur winzige Mengen ATP aufbewahren. Ihr Vorrat an ATP reicht kaum länger als für ein bis zwei Muskelkontraktionen. Es muss deshalb kontinuierlich neues ATP gebildet werden, wobei vier unterschiedliche Verfahren zur Verfügung stehen.
Am schnellsten geht die Neubildung von ATP in der Muskelzelle, indem sich das ebenfalls in der Muskelzelle vorhandene Kreatin mit freien Phospaten verbindet. Die Muskelzelle kann dann aus dem übrig gebliebenen Adenosin-Di-Phophat ein neues Tri-Phosphat machen, indem es dem Kreatin-Phosphat das Phosphat wegnimmt. Man nennt dies auch Kreatinkinase. Hierfür wird weder Sauerstoff benötigt, noch entstehen dabei Abfallprodukte, die entsorgt werden müssten. Die im Muskel gespeicherte Menge an Kreatin-Phophat ist außerdem auch ca. 20-30 mal so groß wie die gespeicherte Menge an ATP. Dennoch reicht auch dies nur für maximal 20 Sekunden Muskelkontraktion. Dies genügt jedoch, um die Zeit zu überbrücken, bis der Körper andere Verfahren aktivieren kann, um ATP zu bilden.
Will man sich länger als 20 Sekunden bewegen, werden die benötigten Mengen an gespeichertem ATP und Kreatin-Phosphat als Energiequelle nicht ausreichen. Der Körper geht dann dazu über, ATP aus Traubenzucker zu bilden, weil auch Traubenzucker in geringen Mengen als Glykogen in den Muskelzellen vorrätig ist und zudem als Glukose im Blut zirkuliert. Der Körper hat dabei die Möglichkeit, das ATP aus Traubenzucker mit oder ohne Sauerstoff herzustellen. Stellen die Zellen ATP aus Traubenzucker her, ohne dafür Sauerstoff zur Verfügung zu haben, entsteht ein chemischer Reststoff: Die Milchsäure, auch Laktat genannt. Man spricht deshalb auch von der sauerstofflosen oder anaeroben, laktaziden Glykolyse. Sie funktioniert, bis die Milchsäure den Energiestoffwechsel im Muskel durch Übersäuerung zum Erliegen bringt. Auch die sauerstofflose Bildung von ATP aus Traubenzucker ist also nur eine vorübergehende Lösung, um Energie bereit stellen zu können, solange keine dauerhaft ausreichende Energiebereitstellung mittels anderer Verfahren möglich ist, bei denen keine Abfallprodukte entstehen.
Die größte Ausdauer erreichen wir mit solchen Verfahren zur Bildung von ATP, für die wir Sauerstoff benötigen. Sobald eine Belastung ca. eine Minute lang vorhält, werden Atmung und Kreislauf so weit aktiviert, dass der Muskulatur ausreichend Sauerstoff zur Verfügung steht, um mit Hilfe des Sauerstoffs ATP „aerob“ zu bilden. Die Muskulatur kann ATP dann sowohl aus Traubenzucker, als auch aus Fettsäuren bilden. Nebenprodukte dieses Prozesses sind Kohlendioxid und Wasser. Erst wenn bei großer Anstrengung der ATP-Bedarf die Kapazität der Sauerstoffbereitstellung des Atmungs- und Herzkreislaufsystems übersteigt, wird die fehlende Energie wieder mittels sauerstoffloser, milchsäure produzierender ATP-Bildung bereitgestellt. Jedoch auch nur solange, bis die Milchsäure den Energiestoffwechsel im Muskel lahmlegt, der Muskel durch die Milchsäurebildung übersäuert und wir Muskelkater bekommen.