Da in der Vergangenheit im Abitur bereits des Öfteren die Energiebereitstellung anhand eines vorgegebenen Beispiels erklärt werden sollte, werden wir im Folgenden eine Beispielaufgabe anführen und diese anschließend beantworten.
Beispiel:
Bei einem Duathlon müssen die beiden Ausdauerdisziplinen Laufen und Radfahren in der Reihenfolge Laufen – Radfahren – Laufen absolviert werden. Eine Sondervariante des klassischen Duathlons stellt der Crossduathlon dar. Hierbei erfolgt zuerst ein 4 bis 6 Kilometer langer Crosslauf, gefolgt von einer 15 bis 20 Kilometer langen Radstrecke mit Mountainbikes und anschließend nochmals ein 4 bis 6 Kilometer langer Crosslauf.
Gute Athleten legen die beiden Laufstrecken in jeweils 15 bis 20 Minuten zurück und brauchen für die Radstecke etwa 40 Minuten.
Aufgabe: Beschreiben Sie die zugrundeliegenden Prozesse der Energiebereitstellung bei gut trainierten Athleten beim Absolvieren des Crossduathlons.
Lösung:
Um die Lösungen besser nachvollziehen zu können, haben wir die einzelnen Absätze mit Nummern und Überschriften versehen. Dies wäre im Rahmen des Abiturs nicht nötig.
Zu Beginn einer Belastung erfolgt die Energiegewinnung fast ausschließlich aus den schnellverfügbaren intramuskulären Speichern des Muskels. Dazu wird zunächst der primäre und schnell verfügbare Energielieferant ATP, welcher je nach Belastung etwa 1-2 Sekunden ausreicht, genutzt. Anschließend wird das im Muskel gespeicherte Kreatinphosphat genutzt, um aus ADP + Phosphat ATP zu resynthetisieren. Die Speicher an Kreatinphosphat (KP) reichen für weitere 4-5 Sekunden, je nach Belastungsintensität. Somit wird in den ersten 6-8 Sekunden einer intensiven Belastung Energie ohne den Verbrauch von Sauerstoff oder das Anfallen von Laktat (Milchsäure) gebildet. Sind die Speicher aufgebraucht, muss die Energie auf anderem Wege – der anaeroben alaktaziden Energiebereitstellung – zur Verfügung gestellt werden.
Sind die ATP- und KP-Speicher weitestgehend aufgebracht, gewinnt der Körper aus Kohlenhydraten seine Energie. Zu Beginn einer Belastung liegt jedoch noch nicht genug Sauerstoff vor, um das Pyruvat, das im Rahmen der „Kohlenhydratverbrennung“ entsteht, in die Mitochondrien zu transportieren und weiter zu verwerten. Außerhalb der Mitochondrien kann Pyruvat nicht effektiv verwendet werden, sodass es zu Laktat reduziert wird. Dies ist im Vergleich zur normalen Zellatmung energetisch sehr ineffektiv. Zusätzlich übersäuert der Muskel durch das Anfallen von Laktat und Protonen. Da sich der Kreislauf des Sportlers durch Erhöhung der Atemfrequenz und des Herzminutenvolumens an die Belastung anpasst, wird den Muskelzellen nach kurzer Zeit immer mehr Sauerstoff zu Verfügung gestellt und die Energiegewinnung erfolgt immer mehr auf aerobem Wege.
Ist genug Sauerstoff vorhanden, kann das Pyruvat in die Mitochondrien transportiert werden und die Zellatmung ablaufen. Hierbei werden aus einem Glukosemolekül unter Verwendung von Sauerstoff ca. 36 mol ATP resynthetisiert. Die Laktatbildung bleibt aus. Obwohl während der Belastung im Verlauf des Duathlons ein Großteil der Energie durch die aerobe alaktazide Energiebereitstellung gewonnen wird, fällt immer auch etwas Laktat durch die anaerobe laktazide Energiebereitstellung an.
Neben der Glykolyse werden mit zunehmender Zeitdauer auch Fette zur Energiebereitstellung verwendet. Diese Fette tragen zwar erst ab etwa 30-40 Minuten signifikant zur Energiebereitstellung bei, stehen jedoch in weitaus größerer Menge als Kohlenhydrate zur Verfügung. Im Vergleich zu Kohlenhydraten benötigen Fette zur Energiebereitstellung mehr Sauerstoff und werden daher erst ab 45-60 Minuten als primäre Energiequelle herangezogen.