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Energie und Sauerstoff im Muskel
Der menschliche Körper ist grundsätzlich auf Leistung ausgerichtet. Die Leistung (Watt) wird physikalisch als Arbeit (Joule) definiert, die pro Zeiteinheit (Sekunden) verrichtet werden kann (W = J/s). Die Arbeit wird indessen physikalisch als Kraft (Newton) x Weg (Meter) definiert und mit der Einheit Joule angegeben. Trainiert man gezielt, erhöht sich entsprechend die Leistung der trainierten Organe (Muskeln). Grundsätzlich können Kraft oder Ausdauer trainiert werden.
Energie in Form von ATP
Um Leistung zu erbringen, brauchen Muskeln Energie, die mit der Nahrungsaufnahme und durch die biologische Transformation im Körper den Muskeln bereitgestellt wird. Muskeln brauchen Kohlenhydrate (Glucose), die im Körper in einer speziellen Form als Reserve gespeichert werden (Glykogen). Damit die gespeicherte Energie in Muskeln und Leber in Arbeit umgesetzt werden kann, braucht es Sauerstoff. Der Sauerstoff in den Zellen wird „verbrannt“, und es werden phosphathaltige energiereiche Verbindungen (ATP, Creatinphosphat) gebildet, die unmittelbar danach für die muskuläre Kontraktion, also die Erzeugung von Arbeit, verwendet werden. Insofern funktioniert unser Körper auch nur wie ein mechanischer Motor, der zur Erzeugung von Arbeit energiereiche Substrate und Sauerstoff benötigt.
Anaerobe und aerobe Energiegewinnung
Nur kurzfristig kann Arbeit auch ohne direkten Sauerstoffverbrauch verrichtet werden, indem in erster Linie die letztgenannten energiereichen Verbindungen (ATP, Creatinphosphat) verwertet werden oder die Glykogenreserven ohne Sauerstoffverbrauch zur Erzeugung dieser phosphathaltigen energiereichen Verbindungen (ATP) abgebaut werden (anaerobe Energiebereitstellung). Diese anaerobe Arbeitsleistung ist höchst ineffizient, da aus sehr viel Glucose relativ wenig ATP entsteht. Zudem braucht es letztendlich auch wieder Sauerstoff, um die vorher anaerob verbrauchte Energie in Form von phosphat- und energiereichen Verbindungen (ATP) wieder herzustellen. Bei lange dauernder Arbeit ist die Umsetzung von Energie unter Verbrauch von Sauerstoff (aerobe Leistung) ohnehin die einzige Möglichkeit, die unser Körper hat, um eine Leistung zu erbringen. Sauerstoff wird über die eingeatmete Luft von der Lunge in die Blutbahn transportiert; von dort aus wird er in den inneren Organen verteilt wird. Sauerstoff ist giftig und wird deshalb im Körper immer in gebundener Form transportiert. Im Blut wird der Sauerstoff an das Hämoglobin in den roten Blutkörperchen gebunden transportiert. Einmal vom Blut in die einzelnen Zellen der Organe gelangt, kann der Sauerstoff verwertet und Energie in Form von ATP produziert werden.