Zellatmung Muskelanstrengung?

Question

Was sind die Veränderungen in der Zellatmung von Muskelzellen, wenn sich jemand körperlich anstrengt?

ManFromEarth · Accepted Answer

Wenn sich jemand körperlich anstrengt, steigt der Energiebedarf der Muskelzellen, und es gibt Veränderungen in der Zellatmung, um diesen Bedarf zu decken. Hier sind einige der wichtigsten Veränderungen:

Erhöhung der Sauerstoffaufnahme: Wenn sich jemand körperlich anstrengt, erhöht sich die Atmungsfrequenz und -tiefe, um mehr Sauerstoff aufzunehmen. Dieser Sauerstoff wird benötigt, um die Energie aus der Nahrung freizusetzen und in Form von ATP zu speichern.

Erhöhung der Glykolyse: Wenn die Sauerstoffaufnahme nicht ausreicht, um den Energiebedarf zu decken, wird die anaerobe Glykolyse(*) aktiviert. Hierbei wird Glukose ohne Sauerstoff zu Pyruvat abgebaut, wobei ATP freigesetzt wird.

Erhöhung der Mitochondrienaktivität: Wenn mehr Sauerstoff zur Verfügung steht, können die Mitochondrien mehr ATP durch oxidative Phosphorylierung produzieren. Bei körperlicher Anstrengung steigt die Mitochondrienaktivität, um den gesteigerten Energiebedarf zu decken.

Bildung von Laktat: Wenn die Glykolyse aktiv ist, wird auch Laktat gebildet. Dieses Laktat wird in den Blutkreislauf abgegeben und in der Leber in Glukose umgewandelt, um den Energiebedarf weiter zu decken.

Erhöhung des Energieumsatzes: Bei körperlicher Anstrengung steigt der Energiebedarf der Muskelzellen erheblich. Durch die erhöhte Aktivität der Mitochondrien und die verstärkte Glykolyse kann dieser Energiebedarf gedeckt werden.

(*) Milchsäure ist ein Nebenprodukt der anaeroben Glykolyse, die bei körperlicher Anstrengung stattfindet, wenn nicht genügend Sauerstoff vorhanden ist, um die Energiebedürfnisse der Muskeln zu decken. Wenn die Muskeln Energie benötigen und nicht genügend Sauerstoff vorhanden ist, beginnt die Glykolyse, um Glukose in Pyruvat umzuwandeln, was Energie (in Form von ATP) freisetzt. Wenn jedoch kein Sauerstoff vorhanden ist, wird das Pyruvat in Milchsäure umgewandelt, um den Elektronenüberschuss auszugleichen, der bei der Glykolyse entsteht.

Die Bildung von Milchsäure kann jedoch dazu führen, dass sich der pH-Wert im Muskelgewebe verringert, was als "Azidose" bezeichnet wird. Eine niedrige pH-Wert kann dazu führen, dass die Enzyme, die an der Glykolyse und anderen Stoffwechselprozessen beteiligt sind, nicht optimal funktionieren. Dies kann die Energieproduktion verringern und möglicherweise zu Muskelermüdung führen.

Das Laktat, das durch die Milchsäurebildung entsteht, wird jedoch nicht nur als Abfallprodukt angesehen. Es kann auch als Brennstoff von anderen Geweben, wie z.B. dem Herzmuskel und der Leber, verwendet werden. Das Laktat wird in der Leber zu Glukose umgewandelt, die dann in den Blutkreislauf zurückgeführt wird und von anderen Geweben als Energiequelle genutzt werden kann.

Insgesamt ist die Milchsäurebildung ein wichtiger Teil des Stoffwechsels bei körperlicher Anstrengung und kann dazu beitragen, den Energiebedarf der Muskeln zu decken. Allerdings kann eine hohe Konzentration von Milchsäure auch dazu führen, dass die Muskeln schneller ermüden.

Hier sind einige Quellen, englisch:

Gladden, L. B. (2004). Lactate metabolism: a new paradigm for the third millennium. The Journal of Physiology, 558(Pt 1), 5–30. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2003.058701

Sahlin, K., & Tonkonogi, M. (1999). Mitochondrial adaptations to training in skeletal muscle. Advances in Experimental Medicine and Biology, 471, 223–232. https://doi.org/10.1007/978-1-4615-4793-4_24

Robergs, R. A., Ghiasvand, F., & Parker, D. (2004). Biochemistry of exercise-induced metabolic acidosis. American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology, 287(3), R502–R516. https://doi.org/10.1152/ajpregu.00114.2004

Brooks, G. A. (1986). The lactate shuttle during exercise and recovery. Medicine and Science in Sports and Exercise, 18(3), 360–368. https://doi.org/10.1249/00005768-198606000-00019

Da sind auch sind einige deutsche Quellen:

1. Haller, R. G. (2010). Energiebereitstellung bei sportlicher Belastung: Anaerobe Energiebereitstellung. In R. Böning & H. Holthusen (Hrsg.), Sportmedizin (S. 30-33). Urban & Fischer Verlag/Elsevier GmbH.

2. Hoppeler, H., Howald, H., & Conley, K. (1985). Laktatkonzentration im Muskel und Ermüdung. Schweizerische Zeitschrift für Sportmedizin und Sporttraumatologie, 33(1), 11-22. https://doi.org/10.5167/uzh-157214

3. Mester, J., & Lehmann, M. (2005). Physiologie des Muskelstoffwechsels. In J. Mester, K. Scharhag, & K. Völker (Hrsg.), Grundlagen und Praxis der Trainingslehre (S. 25-47). Sportverlag Strauß.

4. Neubauer, O., & König, D. (2009). Laktatstoffwechsel und Laktatdehydrogenase. In O. Neubauer, S. Röcker, & H. Dickhuth (Hrsg.), Basiswissen Sportmedizin (S. 31-34). Urban & Fischer Verlag/Elsevier GmbH.

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