Treiben wir Sport, muss der Körper eine deutlich höhere Leistung als gewöhnlich erbringen. Er wird in den Fight-or-Flight-Zustand (Kampf-oder-Flucht) versetzt. In der „freien Wildbahn“ kann bei Jagd, Kampf oder Flucht nicht mit Energiegels oder Energiedrinks nachgeholfen werden, um den nötigen Energiebedarf für die höhere Leistung zu gewährleisten. Der Körper muss auf seine eigenen Reserven zurückgreifen. Um sportliche Leistungen überhaupt zu ermöglichen, werden bei Anstrengung Stresshormone ausgeschüttet, zu denen die sogenannten Glukokortikoide und Katecholamine zählen. Bei den Katecholaminen handelt sich um Neurotransmitter, also Botenstoffe, die ihre hormonelle Wirkung sowohl im Gehirn als auch im restlichen Körper Wirkung entfalten. Hier sind die Akteure vor allem Dopamin, Noradrenalin und Adrenalin (Epinephrin). Aus Dopamin stellt der Körper Noradrenalin und daraus wiederum Adrenalin her.
Dopamin ist als Glückshormon bekannt, was allerdings die Wirkung von Dopamin unzureichend beschreibt. Dopamin ist vielmehr ein „Motivationshormon“, das bei allen Säugetieren vorkommt. Es „belohnt“ Anstrengungen wie z.B. die Nahrungssuche, indem es während und nach erfolgreich durchgeführter Anstrengung verstärkt vom Körper produziert wird und ein Glücksgefühl verursacht. Daher fühlen wir uns nach dem Training glücklich und zufrieden. Man ist motiviert sich erneut anzustrengen. Dopamin wird aus der Aminosäure Phenylalanin (bzw Tyrosin) hergestellt. Es weist einen bestimmten Grundspiegel im Körper auf. Je höher dieser ist, desto mehr Antrieb verspürt jemand und desto glücklicher ist er tendenziell. Erkrankungen wie Parkinson, Angststörungen oder Depressionen gehen häufig mit einem Mangel an Dopamin einher. Sport kann daher nachweislich bei Depressionen helfen, da Sport hilft den Dopaminspiegel dauerhaft zu erhöhen. Ein zu viel an Dopamin kann bei Erkrankungen wie z.B. Psychosen, Schizophrenie oder ADHS auftreten.
Das aus Dopamin gebildete Noradrenalin wird im Gehirn ausgeschüttet und stellt die Weichen für eine Kampf-oder-Flucht-Situation, wobei dann anschließend Adrenalin im Nebennierenmark gebildet und freigesetzt wird. Noradrenalin und Adrenalin entfalten ähnliche Wirkung. Adrenalin wird jedoch innerhalb weniger Minuten abgebaut, während Noradrenalin noch länger im Körper vorhanden ist. Die hormonelle Wirkung von Noradrenalin im Körper ist vor allem eine Gefäßverengung und damit einhergehend eine Steigerung des Blutdrucks. Im Laufe der Belastung steigen die Noradrenalin- und Adrenalinkonzentrationen an.
Adrenalin bewirkt ebenfalls einen Anstieg des Blutdrucks durch Blutgefäßverengung. Unmittelbar vor dem Startschuss eines Wettkampfs steigt der Adrenalinspiegel und damit unser Puls, was die Sauerstoffversorgung verbessert. Durch Adrenalin kommt es zu einer Erschlaffung der sogenannten glatten Muskulatur, wodurch die Magen-Darm-Tätigkeit gehemmt wird. Die Bronchien werden durch Adrenalin erweitert und führen zu einer Erleichterung der Atmung. Adrenalin unterdrückt zudem Wachstumshormone und erhöht die freien Fettsäuren, Glycerin sowie Laktat im Blutplasma, da eine zentrale Aufgabe des Adrenalin eine verbesserte Energiebereitstellung ist. Dies geschieht zum einen durch gesteigerten Fettabbau (Lipolyse) und zum anderen durch eine Unterstützung der Neubildung von Glukose (Glukoneogenese) und anderer Energieträger in der Leber. Dabei erleichtert Adrenalin bei längerer Belastung die Mobilisierung von Stoffen (Metaboliten) für die Glukoneogenese in zur Leber. Die Energiebereitstellung kann durch exogene und endogene Energieträger erfolgen.
Führen wir Energie über Nahrung zu, handelt es sich dabei um exogene Energieträger. Die im Körper vorhandenen Energieträger, die nicht unmittelbar aus der Aufnahme bzw. Verdauung von Nahrung stammen, werden als endogen Energieträger bezeichnet. Zwischen den Mahlzeiten stammt der in unserem Blut befindliche Zucker zur Hälfte aus gespeicherten Kohlenhydraten aus der Leber, die dort abgebaut und ins Blut abgegeben werden. Der Abbau von gespeicherten Kohlenhydraten wird Glykogenolyse genannt. Die andere Hälfte des Blutzuckers kommt von neugebildeter Glukose über die Glukoneogenese in der Leber und einem kleineren Anteil in der Niere zustande. Im Gegensatz zur Niere, kann die Leber durch bestimmte Enzyme Glukose als Glykogen speichern und später in den Blutkreislauf abgeben. Während der körperlichen Belastung spielt die Leber die entscheidende Rolle in der Glukoneogenese. Die wichtigsten Substrate aus denen Glukose über die Glukoneogenese entsteht sind: Laktat, Glycerin und bestimmte Aminosäuren. Die (ketogenen) Aminosäuren Leucin und Lysin können nicht zur Energiegewinnung über Glukoneogenese herangezogen werden. Alle anderen Aminosäuren (glucogene Aminosäuren) werden vor allem beim Fasten, beim Sport und sehr proteinreichen Mahlzeiten zur Energiegewinnung verwendet. Wird Muskelprotein abgebaut, so entsteht unter anderem die Aminosäure Alanin. Alanin wird ins Blut abgegeben und von der Leber aufgenommen, wo sie in den Energieträger Pyruvat und Ammoniak umgewandelt wird. Während das entstandene Ammoniak in Form von Harnstoff über die Niere ausgeschieden wird, wird das Pyruvat über die Gluconeogenese in Glukose verwandelt und gelangt anschließend über das Blut wieder zum Muskel. Dieser Kreislauf-Prozess heißt Alanin-Zyklus. Bei einem weiteren Zyklus, dem sogenannten Cori-Zyklus gibt der arbeitende Muskel gebildetes Laktat ins Blut ab, das zur Leber transportiert und dort aufgenommen wird. Die Leber wandelt Laktat in Glukose um, welches über das Blut wieder zum Muskel gelangt. In nüchternem Zustand kann dies dazu führen, dass die Leber die Laktatkonzentration im Blut über den Cori-Zyklus reduziert. Neben Laktat und Aminosäuren, wird auch ein Abbauprodukt des Fettstoffwechsels in der Leber in Glukose umgewandelt. Glukose kann aus den meisten Fettsäuren nicht synthetisiert werden. Allerdings stammt das im Blut vorhandene Glyzerin, welches in der Leber in Glukose verwandelt werden kann, zu einem großen Teil aus dem Abbau von Triglyceriden, aus denen unser Körperfett besteht. Verbrennen wir beim Sport Fett, entsteht Glyzerin, das in Glukose umgewandelt werden kann. Je besser trainiert eine Person ist, desto höher fällt der trainingsbedingte Anstieg von Glyzerin bei sportlicher Belastung durch Fettverbrennung aus. Die Glukoneogenese in der Leber ist jedoch durch das Vorhandensein von Enzymen begrenzt und kann nicht unendlich viel Glukose herstellen. Daher muss der Körper auf weitere gespeicherte Energieträger zurückgreifen.
Fett ist zwar ein nahezu unerschöpflicher Energielieferant für unseren Körper, die Energiebereitstellung über den Makronährstoff Fett läuft jedoch langsam ab und benötigt zudem Sauerstoff. Der erhöhte Energiebedarf in kurzer Zeit beim Sport kann durch Fett nicht abgedeckt werden, weshalb neben Fett auch andere Energiesubstrate genutzt werden müssen. Proteine sind ein weiterer Makronährstoff und werden normalerweise nicht zu den Energieträgern für den trainierenden Muskel gezählt. Allerdings ist dies ein Trugschluss und die Rate des Aminosäureabbaus steigt während des Trainings deutlich an. Dies ist auf den trainingsbedingten Anstieg verschiedener Stoffwechselprozesse zurückzuführen. Durch die Unterdrückung der Proteinsynthese und damit des Muskelaufbaus (Anabolismus) während einer körperlichen Anstrengung, stehen Aminosäuren für den Abbau (Katabolismus) zur Verfügung. Es gibt Hinweise darauf, dass die Grundkonzentration von Aminosäuren im Blut und im Muskel bei trainierten Personen höher ist als bei untrainierten Personen. In Tierversuchen zeigten sich höhere Konzentrationen freier Aminosäuren in der langsam zuckenden Muskulatur als in der schnell zuckenden Muskulatur. Die Verwertung von Protein ist daher von der jeweiligen Belastung und dem individuellen Stoffwechsel abhängig. Eine Zufuhr von Fett und Protein ist im Training und Wettkampf i.d.R. nicht nötig und mitunter kontraproduktiv, da es die Verdauungsprozesse verzögern und beeinträchtigen kann. Anders sieht es beim dritten Makronährstoff, den Kohlenhydraten, aus. Besonders der Blutzucker (Glukose) sowie gespeicherte Kohlenhydrate (Glykogen) sind als Energiesubstrat unerlässlich. Der Glukosestoffwechsel unseres Körpers ist nicht nur bei der Nahrungsaufnahme gefordert, sondern auch beim Sport. Zwei wichtige Hormone zur Regulierung des Blutzuckers und der Bereitstellung von Glukose sind die beiden Peptidhormone Insulin und Glukagon. Mehr dazu im nächsten Teil.
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