Laktatkonzentration und Energiebereitstellung?

Hi, wir haben eine Aufgabe für unsere Sport LK Klausur bekommen, welche wir können müssen, dabei bin ich jedoch komplett raus.

Wäre super mir die Lösung dieser Aufgabe ganz grob zu schreiben, damit ich wenigstens verstehe woran das liegt und wie es mit einander zusammenhängt?

Falls die Aufgabe und das Schaubild nicht direkt da ist, entschuldige ich mich, falls doch, sollte sie hier drunter sein

LG

Answer 1

[CliffBaxter]

Hi,

der Energiestoffwechsel der Muskelzellen stellt ATP bereit für Muskelarbeit. Das ist hier am Beispiel des Abbaus der Glucose (Zucker) gezeigt. Der Muskel braucht für eine Kontraktion ATP. Ein Teil des Abbaus der Glucose erfolgt im Zytoplasma (blau) der Zelle (Glykolyse), ein Teil in bestimmten Zellorganellen, den Mitochondrien (beige, Citratzyklus, Atmungskette). Der vollständige Abbau von Glucose in den Mitochondrien liefert ein Vielfaches an Energieträgern (36 ATP/Glucose), als der Abbau im Zytoplasma (2 ATP/Glucose). Es ist daher verständlich, dass es dem Muskel mehr bringt, wenn die Glucose vollständig über die Atmungskette in den Mitochondrien abgebaut wird, da die Ausbeute an ATP hier wesentlich höher ist. Die Sache hat nur einen Haken, der vollständige Abbau erfordert zwingend Sauerstoff, der Grund weshalb wir atmen. Die Sauerstoffaufnahme erfolgt, um den Sauerstoff den Atmungsketten der Mitochondrien der Körperzellen zuzuführen.

Der Muskel braucht also Sauerstoff zur optimalen Energiegewinnung bzw. -bereitstellung. Muskeln können nicht direkt mit Zucker arbeiten, sondern brauchen ein bestimmtes energiereiches Stoffwechselprodukt, das ATP, welches beim Abbau des Zuckers gewonnen wird. Wenn Muskeln Leistung erbringen, steigt daher der Sauerstoffverbrauch, in Abhängigkeit von der Arbeitsbelastung. Je höher die Arbeitsintensität, desto höher ist die erforderliche Sauerstoffaufnahme. Bei starker Belastung liegt die Sauerstoffaufnahme bei mehr als dem 10-fachen der Ruheaufnahme. Darauf gehen diese Abbildungen übrigens gar nicht ein. Das empfinde ich als Manko, weil das zu einer Erklärung der Lactatkurvenverläufe berücksichtigt werden sollte. Sonst versteht man sie nämlich nicht.

Bei andauernder Belastung erreicht der Muskel irgendwann einen Punkt, ab dem er durch aeroben Stoffwechsel allein (über die Mitochondrien, mit Sauerstoff) das energiereiche Produkt ATP nicht mehr ausreichend bereitstellen kann, weil die Sauerstoffaufnahme für die ATP-Bildung nicht mehr ausreicht. Daher gewinnt der Muskel zusätzlich anaerob Energie (ATP), durch den Abbau im Zytoplasma (Glykolyse, ohne Sauerstoff), bei dem als Endprodukt Lactat anfällt, welches ins Blut gelangt und später auch wieder abgebaut wird. Dieser Punkt, wo die Belastung den Stoffwechsel des Muskels von aerob zu moderat anaerob verschiebt und Lactat im Blut messbar wird, ist die 2 mmol-Lactat-Schwelle (y-Achse), auch als "aerobe Schwelle" bezeichnet. Lactat wirkt sich negativ auf den Stoffwechsel des Muskels aus, da es den pH-Wert in Richtung sauer verschiebt. Jedoch gibt es zunächst einen Übergangsbereich, in dem der Muskel ein steady-state halten kann, zwischen Sauerstoffaufnahme, Muskelarbeit und Sauerstoffbedarf. D.h. die Sauerstoffanlieferung durch Lunge, Atmung und Herz-Kreislaufsystem sowie die moderate zusätzliche Energiegewinnung aus anaerobem Stoffwechsel (Glykolyse) unter Lactatbildung und der Lactatabtransport und -abbau halten den Muskel in einem leistungsbereiten Zustand und den Blut-Lactatwert zwischen 2 - 4 mmol/Liter. In diesem Übergangsbereich kann der Muskel über längere Zeit Leistung erbringen.

Wenn jedoch die Belastung des Muskels dazu führt, dass die Sauerstoffzufuhr unzureichend wird, so dass der Muskel in verstärktem Maße anaerob arbeiten muss und mehr Lactat bildet, kann er den steady-state irgendwann nicht mehr halten und zwar ab einem Wert von ca. 4 mmol Lactat pro Liter Blut oder der "anaeroben Schwelle". Wenn dieser Wert überschritten wird, steht der Muskel vor seiner Ermüdung und wird die Belastung bald abbrechen.

Also fassen wird das bisher Gesagte zusammen:

• Bei steigender Belastung der Muskeln, steigt auch die Sauerstoffaufnahme an, um den Bedarf an Energieträgern (ATP) für Muskelarbeit zu decken.
• Gleichzeitig steigt aber auch die Konzentration eines Stoffwechselproduktes an, die Milchsäure bzw. deren Salz, das Lactat, wenn der Energiegewinn ohne Sauerstoff erfolgt.
• Lactat ist ein Indikator dafür, dass der Muskel Energie ohne Sauerstoff gewinnt, wenn nicht ausreichend Sauerstoff vorhanden ist. Dies macht er durch anaerobe Glykolyse, bei der Lactat als Endprodukt anfällt.
• Bei einem mäßig belasteten Muskel, der mit Sauerstoff Energie gewinnt, liegt der Blut-Lactatwert bis ca. 2 mmol/Liter.
• Je mehr der Muskel belastet wird und dabei unzureichend mit Sauerstoff versorgt wird, außerdem Abtransport und Abbau von Lactat nicht mehr ausreichen, desto mehr Lactat fällt an, so dass der Blut-Lactatwert steigt.
• Bei 4 mmol/Liter Lactat im Blut spricht man von der sog. "anaeroben Schwelle". Ab diesem Wert ca. kann man davon ausgehen, dass der Muskel über seiner Dauerbelastungsgrenze arbeitet und überwiegend anaerob (ohne bzw. mit zu wenig Sauerstoff) Energie gewinnt, bald Ermüdung eintritt und die Belastung abbrechen wird.

Die Graphen rechts zeigen, dass die Lactatkurve abhängig vom Trainingszustand einer Person ist. Sie verläuft bei Untrainierten anders, als bei Trainierten. Je mehr eine Person trainiert ist, desto besser ist die Sauerstoffversorgung der Muskulatur durch Lunge, Herz-Kreislaufsystem, Hämoglobin-Wert des Blutes, etc., da der Körper durch das Training an die belastende Situation gewöhnt worden ist und Anpassungsmaßnahmen einleitet, um ihr besser gerecht werden zu können. Man kann bei Trainierten z.B. feststellen, dass der Lactatabtransport aus den Muskelzellen verbessert wird. Der verbesserte Lactattransport ist aber nur dem Umstand zu verdanken, dass der Körper der Belastung ausgesetzt wird. Der Trainierte ist dem Untrainierten, physiologisch betrachtet, mit der Zeit an Leistungsfähigkeit überlegen. Das äußert sich in einer Verschiebung der Lactatkurve und kann dementsprechend durch Abnahme der Blutwerte verfolgt werden.

Das lässt sich weiter ausbauen, indem die Belastungsspitzen im Training langsam weiter nach oben geführt werden, so dass der Körper wieder einen Reiz bekommt, sich anzupassen. Mit der Zeit verschieben sich die Schwellenwerte der Lactatkurve bei einem Trainierten nach rechts (siehe Abb.), in Richtung mehr Leistungsfähigkeit (x-Achse, Belastung). Eine trainierte Person erreicht erst nach mehr Belastungsintensität die aerobe Schwelle, ab dem die Muskeln moderat anaerob zu arbeiten beginnen und wesentlich später erst die anaerobe Schwelle, wo die Muskeln stark anaerob arbeiten und an ihre Belastungsgrenze kommen. LG