Übungsgrundlagen: Ein besseres Verständnis unseres aeroben Energiepfades

Ein grundlegendes Merkmal der Fitness war schon immer unser unermüdliches Streben nach neuen Ideen beim Programmieren. Ob evolutionär oder inkrementell; Trend oder Modeerscheinung, wir scheinen den Status Quo auf unserer Suche nach besser, größer, stärker oder schneller in Frage zu stellen. Außerhalb der tragbaren Technologie war der vielleicht größte Fitness-Trend in den letzten Jahren die zunehmende Beliebtheit von kürzeren, zeiteffizienteren Ausbildungseinheiten vom Intervalltyp, die mit höheren Intensitäten oder Arbeitsraten durchgeführt wurden (z. B. Tabata, HIIT). Obwohl dieses Ausbildungsformat keineswegs neu ist und auf die Sportkonditionierung von Anfang bis Mitte der neunziger Jahre zurückgeht, hat seine jüngste Einführung in die breite Öffentlichkeit die Bedeutung dieser Übungsmodalität erhöht.

Was könnte mit unserer Besessenheit mit Gewichtsverlust begonnen haben; Verfolgung von Aktivität und Kalorien; und unser Mangel an verfügbarer Zeit zum Trainieren; hat nun unseren gesamten philosophischen Ansatz zur Übungsprogrammierung geändert und widmet dem Stoffwechsel, den Energiepfaden und der Kraftstoffnutzung größere Aufmerksamkeit. Darüber hinaus hat dies auch das Interesse an einer Vielzahl nicht traditioneller Praktiken geweckt, wie z fastete Cardio and ketones. Unfortunately, the complexity of these biological systems has also generated much misinformation and misunderstanding on these topics as well. And, as fitness practitioners, we are held to a standard of providing evidence-based education and programming to the public, and therefore need to understand fuel utilization and the respective roles within the energy pathways. It is the intent of this article to present key essentials of our energy pathways and discuss the popular practice of fasted cardio.

Die Energiepfade:

Energie zur Förderung biologischer Arbeit wird aerob in Gegenwart von Sauerstoff oder anaerob in Abwesenheit von Sauerstoff erzeugt (1). Wie in Abbildung 1-1 dargestellt, erzeugt der aerobe Pfad große Mengen an Energie, wenn auch langsamer, und kann alle drei Makronährstoffe als Kraftstoffquelle nutzen. Im Gegensatz dazu produzieren die anaeroben Wege, die sowohl das (unmittelbare) Phosphagen-Energiesystem als auch den schnellen glykolytischen Weg umfassen, schnell, jedoch in begrenzten Mengen Energie und können nur Glukose als Brennstoffquelle nutzen (2). In Anbetracht des Umfangs dieses Artikels werden wir jedoch nur den aeroben Weg untersuchen, da er die größte Quelle unserer Kalorien an einem Tag widerspiegelt und alle drei Makronährstoffe enthält, die in unserer Ernährung verbraucht werden.

Abbildung 1-1: Überblick über die Bioenergetikpfade

Aerobe Atmung: Mitochondriale Atmung

Die aerobe Atmung erfolgt in den Mitochondrien, den Organellen in Zellen, die Energie produzieren. Alle drei Brennstoffe werden jedoch primär vorbereitet, um sie auf den Eintritt in die Mitochondrien vorzubereiten. Die Wege für alle drei Makronährstoffe sind in Abbildung 1-2 dargestellt. Bevor wir jedoch auf die einzelnen Pfade eingehen, definieren wir zunächst die Kraftstoffe:

• Triglyceride (TG) - ein einfaches Fett das ist die primäre Speicherform von Fett im Körper. Triglyceride bestehen aus einem Glycerinmolekül, das das Rückgrat des Moleküls bildet, das an drei freie Fettsäuren (FFA) gebunden ist. Es sind diese FFA, mit denen viele von uns vertraut sind, da sie anhand ihrer Länge als kurzkettig, mittelkettig oder langkettig eingestuft werden können. und werden durch ihre Struktur als gesättigt, einfach ungesättigt oder mehrfach ungesättigt klassifiziert. Vor dem Eintritt in die Atemwege müssen TGs in die Bausteine ​​Glycerin und FFA getrennt werden. Anschließend werden die FFAs durch Beta-Oxidation, die die längeren Kohlenstoffketten in 2-Kohlenstoff-Fragmente zerlegt, weiter für den Eintritt in den Krebszyklus vorbereitet (3).
• Kohlenhydrate existieren im Körper entweder als gespeicherte Form, die als Glykogen bezeichnet wird, oder als Glukose, wenn sie absorbiert und sofort als Brennstoff verwendet werden. Alle Kohlenhydrate werden einer Glykolyse (anaerober Kohlenhydratstoffwechsel) unterzogen, ein Prozess, der außerhalb der Mitochondrien stattfindet. Das Endprodukt der Glykolyse ist die Bildung von Pyruvat, das entweder in die Mitochondrien übergeht, um in den aeroben Weg überzugehen, oder in Laktat (anaerob) umgewandelt wird - beide können gleichzeitig auftreten. Es ist die Verfügbarkeit von Sauerstoff, der an die Mitochondrien abgegeben wird, die bestimmt, wie viel Pyruvat an die Mitochondrien weitergegeben wird (d. H. Mehr Sauerstoff entspricht einem größeren Eintritt von Pyruvat in die Mitochondrien). Ein Überschuss kann nicht so pyruvat in der Zelle verbleiben, da dies die Glykolyse verlangsamt. Daher wird er durch Verbinden mit Wasserstoffionen, die auch während der Glykolyse entstehen, in Laktat umgewandelt. Normalerweise werden Wasserstoffionen auch zu den Mitochondrien transportiert, um die Atmung zu vervollständigen. Ein Überschuss ist jedoch problematisch, da er den pH-Wert des Gewebes senkt, was die Muskelfunktion und die Energiebahnen beeinträchtigt. Im Wesentlichen ermöglicht die Kombination von Pyruvat mit Wasserstoffionen zur Bildung von Laktat, dass der Muskel länger als normal weiterarbeitet. Dies wird durch die Nummer 1 in Abbildung 1-2 veranschaulicht.
• Proteine ​​unterscheiden sich von Fetten und Kohlenhydraten dadurch, dass sie das Element Stickstoff enthalten, das bei der Atmung keine Funktion hat. Anschließend muss es entfernt werden (Desaminierung), wodurch Ammoniak entsteht, das möglicherweise für den Körper schädlich ist (4). Ammoniak wird in der Leber schnell in Harnstoff umgewandelt und dann hauptsächlich über den Urin über die Nieren ausgeschieden. Dies wird durch die Nummer 6 in Abbildung 1-2 veranschaulicht.

Abbildung 1-2: Die metabolische Mühle - Brennstoffnutzung innerhalb der Energiepfade

Auf den ersten Blick sieht die Stoffwechselmühle kompliziert und verwirrend aus, aber wir werden eine Analogie verwenden, mit der wir besser vertraut sind, um ihre Feinheiten zu verstehen. Betrachten wir zunächst den Krebszyklus - an diesem Punkt laufen alle drei Makronährstoffe in den Mitochondrien zusammen. Stellen Sie sich den Krebs-Zyklus als eine Bar oder einen Nachtclub vor, einen Ort, an dem sich jeder treffen möchte.

• Denken Sie an TGs, die alleinstehende Frauen darstellen, die aus dem TG-Teil der Stadt in die Krebs-Fahrradbar kommen. Sie kommen gekleidet an, um als Acetyl-CoA (die Verbindung, die in den Krebszyklus eintritt) zu tanzen und Kontakte zu knüpfen. Betrachten Sie ihre Vorbereitung auf den Abend als Beta-Oxidation. Dies wird durch die Nummer 3 in Abbildung 1-2 veranschaulicht. Leider gibt es in der Krebs-Fahrradbar nur für Paare, daher benötigen alle alleinstehenden Damen einen Partner, um teilnehmen zu können. Normalerweise rechnen sie damit, einzelne Männer zu treffen, die auch aus einem anderen Teil der Stadt (d. H. Kohlenhydraten) auf der Krebs-Fahrradstange zusammenlaufen. Dies bedeutet im Wesentlichen, dass Fette Kohlenhydrate enthalten müssen, damit sie vollständig metabolisiert werden können.
• Betrachten Sie nun das Schicksal der Kohlenhydrate. Wie bereits erwähnt, produziert die Glykolyse Pyruvat, das insofern einzigartig ist, als es entweder einzelne Frauen (Acetyl-CoA) oder einzelne Männer (Oxalacetat) produzieren kann. Dies wird durch die Nummer 2 in Abbildung 1-2 veranschaulicht. Unter Bezugnahme auf unsere Bar-Analogie liefert der Kohlenhydrat-Teil der Stadt im Allgemeinen die alleinstehenden Männer (d. H. Oxalacetat), wenn man bedenkt, wie der TG-Teil der Stadt reichlich alleinstehende Frauen versorgt. Gemeinsam schließen sich die alleinstehenden Damen aus dem TG-Teil der Stadt den alleinstehenden Männern aus dem Kohlenhydrat-Teil der Stadt an und betreten die Curbs-Fahrradbar.

Während unserer gesamten Existenz mussten Menschen Hungersnöte ertragen, in denen es an Nahrung mangelte oder fehlte. Für den Fall, dass unsere verfügbaren Kohlenhydratvorräte erschöpft oder knapp werden (denken Sie heute an kohlenhydratarme Diäten), beschränken wir die Verfügbarkeit von alleinstehenden Männern, die aus dem Kohlenhydratteil der Stadt kommen. Dies erzwingt einen Zustand des metabolischen Überlebens, in dem der Körper gezwungen ist, sich anzupassen, um zu überleben und nicht umzukommen.

• Wenn Sie auf unsere Bar-Analogie zurückgreifen, denken Sie daran, dass die Bar aufgrund des Mangels an alleinstehenden Männern aus dem Kohlenhydrat-Teil der Stadt nicht genügend Geschäfte erhält. Um das Geschäft anzukurbeln, ruft der Manager seinen Freund an, der eine Sportbar im Proteinteil der Stadt verwaltet (betrachten Sie Geschäft und Rentabilität als Energieerzeugung). Er macht den Gästen an der Sportbar im Proteinland zwei Angebote - schließen Sie sich alleinstehenden Damen an, um im Club Kontakte zu knüpfen, oder lassen Sie sich heimlich in die Hintertür schleichen, um die Getränkespezialitäten zu genießen (d. H. Energie zu verdienen).
• Diejenigen, die mit den alleinstehenden Frauen (glukogene Aminosäuren) in Kontakt treten möchten, werden durch den Kohlenhydratteil der Stadt gebracht und kommen als alleinstehende Männer an. Der Begriff glukogen bedeutet, Glukose zu erzeugen. Mit anderen Worten, wir wandeln Proteine ​​in Kohlenhydrate um, um den Fettstoffwechsel fortzusetzen, und leider sind 99% des im menschlichen Körper verwendbaren Proteins lebendes Gewebe, das als Muskel bezeichnet wird. Dies wird durch die Nummer 5 in Abbildung 1-2 von Teil 1 veranschaulicht.
• Diese Umwandlung reicht jedoch möglicherweise nicht aus, um den Energiebedarf des Körpers zu decken. Daher muss möglicherweise auch zusätzliches Protein zur Energieerzeugung verwendet werden. Dies stellt diejenigen Männer an der Sportbar dar, die daran interessiert sind, die Krebs-Fahrradbar zu besuchen, jedoch nur für die Getränkespezialitäten (d. H. Um Energie zu erzeugen). Sie schleichen sich in die Hintertür der Bar und werden als ketogene Aminosäuren bezeichnet, da sie hauptsächlich Energie produzieren. Sie können jedoch auch Ketone produzieren, die wir als nächstes diskutieren werden. Denken Sie daran, dass diese Proteine ​​auch aus Muskelgewebe stammen.

Was wird nun aus den zusätzlichen alleinstehenden Damen, die sich außerhalb der Bar ansammeln und wegen unzureichender alleinstehender Männer nicht eintreten können? Der Manager informiert diese Damen unter Einhaltung der Stadtgesetze darüber, dass sie nicht außerhalb der Bar herumlungern können und wegziehen müssen. Damit die mitochondriale Atmung fortgesetzt werden kann, werden die zusätzlichen alleinstehenden Frauen (Acetyl-CoA) in Ketone umgewandelt, die dann aus den Mitochondrien entfernt und über das Blut in den Kreislauf gebracht werden können. Dies wird durch die Nummer 4 in Abbildung 1-2 im ersten Teil veranschaulicht. Ketone stellen Verbindungen dar, die als Ergebnis unvollständig metabolisierter Fette (und möglicherweise ketogener Proteine) hergestellt wurden. Die beiden hergestellten primären Ketone sind Acetoaceton und β-Hydroxybutyrat, die von fast jeder Körperzelle als Brennstoff verwendet werden können, mit Ausnahme der Leber und der roten Blutkörperchen, die Glukose benötigen (1, 2). Alle vom Körper nicht verwendeten Ketone werden zur Entfernung aus dem Körper schnell in Aceton umgewandelt, da Ketone den Blut-pH-Wert (Azidose) senken, was zu einer lebensbedrohlichen Erkrankung führen kann, die als Ketoazidose bezeichnet wird, wenn sie sich in großen Mengen ansammeln. Aceton ist dieselbe Verbindung, die auch im Nagellackentferner enthalten ist. Manchmal, wenn der Ketonspiegel im Blut erhöht wird, kann ein süßer „Aceton“ -Duft in Urin, Atem oder Schweiß wahrnehmbar sein, was auf einen metabolischen Überlebenszustand hinweist.

Imbiss - Alle drei Makronährstoffe sind für die Energieerzeugung unverzichtbar, aber die Streichung oder Einschränkung von Kohlenhydraten aus der Nahrung, insbesondere über längere Zeiträume, kann unsere normalen Stoffwechselwege verändern, was erhebliche Konsequenzen haben kann (dh das Konzept des mageren Fettes durch Angriffe fördern Muskelprotein, das wiederum auch die Stoffwechselraten im Körper verlangsamt).

Verweise:

1. Kenny WL, Wilmore H und Costill DL. (2015). Physiologie von Sport und Bewegung (6^th Auflage). Champaign, IL. Menschliche Kinetik.
2. Pocari J, Bryant CX und Comana F. (2015). Bewegungsphysiologie, F. A. Davis Company, Philadelphia, PA.
3. Juekendrup AE. (2002). Regulation des Fettstoffwechsels im Skelettmuskel. Annalen der New Yorker Akademie der Wissenschaften967: 217-235.
4. Brooks GA. (1987). Aminosäure- und Proteinstoffwechsel während des Trainings und der Erholung. Medizin und Wissenschaft in Sport und Bewegung19: S150-S156.