Woher die Energie für Leistung kommt – Mitochondrien

Mitochondrien stecken in so gut wie jeder unserer Zellen, aber auch in den von Tieren und Pflanzen, sie sind etwa 0,001 bis 0,005 mm groß und kugel- oder röhrenförmig. Sie stammen vermutlich von Bakterien ab, die in den Anfängen der Evolution eine Symbiose mit den Zellen unserer Vorfahren eingegangen sind. Je aktiver eine Zelle ist, sprich Energie für seine Funktion benötigt und verbraucht, desto mehr Mitochondrien schwimmen im flüssigen Inneren der Zelle. Unsere Leberzellen haben zum Beispiel etwa einen Anteil von 13 % Mitochondrien, die daueraktiven Herzmuskelzellen von bis zu 50 % im Verhältnis zu gesamten Zelle. Meist heften sie sich aneinander und bilden ein Netzwerk, das die ganze Zelle durchzieht und sich permanent verändert.

mitochondria-3016868_960_720Dank Ihrer eigenen DNA können Sie sich fusionieren und, wie Zellen auch, teilen, bleiben aber immer innerhalb dieser. Die Hülle eines Mitochondriums besteht aus einer äußeren und einer inneren Lipid-Membran die mit verschiedenen Proteinen durchsetzt sind. Die äußere Membran ist durchlässig für den Austausch von benötigten Molekülen und Ionen aus der Zelle, größere Proteine werden aktiv von Transportproteinen in der Membran durch diese gleitet. Die innere Membran ist stark gefaltet und hat damit eine weit größere Oberfläche auf der ebenso viele verschiedene Proteine sitzen. Auf und innerhalb der inneren Membran finden die für unseren Körper wichtigsten Stoffwechselvorgänge statt. Daher wird das Mitochondrium auch als Kraftwerk der Zellen genannt.

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Umwandlungsprozess im Zellkraftwerk
Vereinfacht werden die über die Nahrung aufgenommen Kohlenhydrate, Fette und Eiweiß über das Blut zu den vielen Zellen unseres Körpers geleitet. Dort nehmen die Mitochondrien die Stoffe auf und wandeln sie in mehreren Reaktionsschritten mittels Oxidation um. Das Funktionsprinzip ist dem eines Verbrennungsmotors nicht unähnlich, nur das die chemischen Umwandlungen in kleinen Schritten und nicht mit einem großen Knall passieren. Am Ende entstehen aus z.B. aus einem Molekül Glucose 36 Moleküle ATP hinzu kommen 12 Wassermoleküle und 12 Enzymmoleküle, die aber für den Reaktionsprozess wiederverwendet werden. Der energetische Wirkungsgrad der biologischen Oxidation entspricht etwa 40 %, der Rest geht als Wärme verloren, kann aber für die Regulierung der Körpertemperatur verwendet werden.

Energiemolekül ATP
Aber warum erzählen wir Ihnen hier im Blog von den Mitochondrien? Vor allem weil sie das vorhin genannte aber nicht näher erklärte ATP produzieren. Die Abkürzung steht für Adenosintriphosphat, eine chemische Verbindung mit hohem Energiepotenzial. Wird diese durch weitere Prozesse, z.B. durch die Reaktion mit Enzymen und Wasser, in der Zelle gespalten, wird Energie freigesetzt. Das kann bis zu dreimal geschehen und setzt insgesamt eine Energie von ca 100 kJ/mol frei. Diese Zahl ist für Nicht-Chemiker und Physiker abstrakt, viel wichtiger ist aber, dass diese Energiefreisetzung recht hoch ist und viel schneller vonstattengeht als zum Beispiel bei der direkten Aufspaltung von Glucose in der Zelle. Die freigewordene ATP-Energie treibt Synthesevorgänge, den Transport von Stoffen zwischen und innerhalb von Zellen (Ionen, Molekülen, Neurotransmitter etc.) und die mechanische Arbeit (Bewegung, Verformung, Muskelkontraktion) an. Somit ist das ATP die Grundlage für so gut wie alle Vorgänge in unserem Körper und beeinflusst damit unsere Leistungsfähigkeit erheblich.

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Möglichkeiten der Energieumwandlung

Ein andauernder Energiemangel in den Zellen ist häufig der Anfang einer der Zivilisationskrankheiten wie Krebs, Diabetes oder Depression. Was wir unserem Körper zuführen und wie wir Ihn bewegen, hat direkten Einfluss auf unsere Zellen und die Mitochondrien darin. Gesundheit fängt mit einer gesunden Zelle an. Die größte Auswirkung hat unsere Lebensgestaltung auf die Energiegewinnung in unseren Zellen, diese wiederum positive wie negative Wirkungen auf unseren Stoffwechsel und Wohlbefinden hat. Für die verschiedenen Möglichkeiten bietet sich eine Analogie mit dem Feuer an. Ein Feuer lässt sich mit Papier, Holz oder Kohle entfachen. Papier entzündet sich sehr schnell, die Flammen bzw. die Energie verpufft aber genauso schnell wieder. Holz liegt im Mittelfeld in Sachen Entflammbarkeit und Brenndauer. Kohle hingegen ist schwierig zu entzünden, hält aber dementsprechend lange. Die Zellen haben ebenso drei Möglichkeiten ATP zu produzieren.

  • Papier: Energie aus Zucker ohne Sauerstoff
  • Holz: Energie aus Zucker mit Sauerstoff (aerob in den Mitochondrien)
  • Kohle: Energie aus Fett mit Sauerstoff (aerob in den Mitochondrien)

Die Zelle bevorzugt die Energiegewinnung aus Zucker da dieser Prozess schnell und einfach vonstattengeht. Besonders wenn wir im Stress sind oder schnell Leistung erbringen müssen, sei es im Sport oder Beruf. Erst wenn der Zucker im Blut verbraucht wird Fett als Energieträger herangezogen.

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Abbildung von Seite 11 aus dem Buch „Das Geheimnis der Leistungsfähigkeit“ von Dr. Sebastian Spörer und Miriam Fühler.

Mitochondrien vermehren sich bei steigender Benutzung und umgekehrt. Nur bei Bewegung im Sauerstoffüberschuss (Holz und Kohle) werden sie dafür genug beansprucht. Bei intensiven Sportarten wie Badminton, Fußball, Gewichtheben, Tennis etc. werden kaum mehr Mitochondrien gebildet. Aber auch im Stress, in Notsituationen oder auf der Arbeit ist unser Körper im Papier-Stoffwechsel, da er schnell an Energie kommen will, um möglichen Gefahren und Situationen aufmerksam begegnen zu können. Wer sein Leben im „Dauersprint“ lebt, trainiert alle Muskeln (auch die im Gehirn) auf schnelle Energiegewinnung ohne Sauerstoff. Beim Sport sind die Folgen zwar dicke Muskeln aber wenige Mitochondrien und kaum Fettverbrennung. Bei Stress sind es eine fehlende Ausdauer bis hin zu Diabetes und Übergewicht.

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Leichter Sport und Ernährung für mehr Mitochondrien

Um sich vor Krankheiten und Leistungsabfall zu schützen, ist es daher sinnvoll, sich zu bewegen, aber wenig intensiv. Bei ca. 65-75 % der max. Herzfrequenz erhalten wir die besten Trainingsergebnisse, daher kann eine Pulsuhr, eine sinnvolle Investition sein. Alles was sich auf das Herz-Kreis-Laufsystem positiv auswirkt, wirkt logischerweise auf die Mitochondrien: gezielte Warm-Kalt Wechsel (Sauna), leichtes Ausdauertraining oder Wandern in hohen Höhen, also in einer sauerstoffarmen Umgebung – klinkt paradox, führt aber zu erhöhtem Blutfluss und damit zu einer besseren Sauerstoffversorgung.

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Wie so oft lässt sich eine ausgewogene Ernährung für die Vermehrung der Mitochondrien empfehlen, diese Brauchen Enzyme, Kalzium, Magnesium und Phosphor um gut zu funktionieren und sich teilen zu können. In Sachen Fett ist Omega-3 (aus Fisch und Algen) für die Membranen von Zellen und Mitochondrien besonders gut, da diese aus Fettsäuren, sogenannten Lipiden bestehen. Alle ungesättigten Fettsäuren sind für den Aufbau der Membranen zuständig, sind davon genug vorhanden, sind diese flexibel und lassen die nötigen Stoffe wie Mineralien, Vitamine usw. ins Innere gelangen. Viel Zucker, der leider so gut wie in allen verarbeiteten Lebensmitteln steckt, sorgt dafür das die Mitochondrien ausschließlich Glucose zu ATP verarbeiten. Im Gegensatz zur Verbrennung von Fetten, entstehen dabei viele freie Radikale, also Moleküle denen Elektronen fehlen und diese dann für ihren Ladungsausgleich von anderen Verbindungen „stehlen“ und damit schädigen. Das hat zur Folge das die zuckerverbrennenden Mitochondrien schneller Altern und die Fähigkeit verlieren, effektiv Fettsäuren zu verbrennen und damit in einen Teufelskreis geraten und immer stärker auf die Zuckerverbrennung angewiesen sind. Neben der Abhängigkeit von Zucker und der Zunahme von Fettablagerungen hat dies auch, die schon genannten Auswirkungen die bei sehr intensivem Training oder einer stressigen Lebensführung entstehen.

Das Fazit für gesunde Zellen ist also einfach: Bewegung ist gut, aber nicht zu intensiv, abwechslungsreiche Nahrung mit Fisch oder Algen ist förderlich, zu viel Zucker hingegen nicht.

30° Grad Plus – Tipps für die heißen Tage

Wenn die Sonne scheint und die Temperaturen in schweißtreibende Höhen steigen, es in der Nacht nicht mehr wirklich herunterkühlt, auf der Arbeit keine Klimaanlage gibt und wir uns an diese Temperaturen noch nicht gewöhnt haben, dann schauen wir neidisch auf die Spanier und Ihre Siesta.

Unsere Leistungsfähigkeit ist im Hochsommer eingeschränkt, wir können nur noch an das Freibad oder die kalte Dusche denken, die Konzentration geht uns verloren und wir fühlen uns im Allgemeinen viel schneller schlapp und müde.

Um dann den Tag zu überstehen und unserem Körper nicht zu schaden, hat das Zentrum für Leistungsmanagement einige Tipps für die heißen Tage für Sie gesammelt.

Glaskanne, Korkdeckel, kaltes Wasser mit Zitronenscheiben auf Tisch mit Tischdecke

Flüssigkeit

Das Wichtigste bei heißen Temperaturen ist natürlich ausreichend Flüssigkeit zu sich zu nehmen. Der Grund ist simpel: Unsere Körpertemperatur liegt in der Regel bei ca. 37,5 °C. Alle unsere Organe können somit optimal arbeiten und uns versorgen. Unsere äußere Temperatur liegt bei ca. 34 °C und ist somit kühler. Unsere Wärmeregulierung verläuft über das Blut und transportiert die innere Wärme nach außen ab. Ist unsere Umgebungstemperatur zu hoch, erwärmt sich auch unsere äußere Körperschale und unsere Wärmeregulierung kann nicht mehr einwandfrei funktionieren. Da der Körper stets bemüht ist unsere Kerntemperatur zu erhalten, steigt unser Blutdruck und der Körper beginnt zu schwitzen. Dabei verlieren wir Flüssigkeit und wichtige Mineralstoffe.

Im Sommer genießen wir am liebsten eisgekühlte Getränke. Allerdings führt die plötzliche Kälte im erhitzten Körper dazu, dass die Blutgefäße einen Kälteschock erfahren und sich viel zu schnell verengen. Empfindliche Menschen können dann Kopfschmerzen bekommen. Dieser Effekt kann durch lauwarme oder nur leicht gekühlte Getränke vermieden werden.

Als Faustregel gilt: Trinken Sie bei heißen Temperaturen mindestens 3 Liter Wasser oder ungesüßte Kräuter- und Früchtetees. Wasser gleicht den Flüssigkeitsverlust des Körpers aus, trinken Sie deshalb lieber zu viel als zu wenig. Überschüssige Flüssigkeit wird einfach ausgeschwemmt. Kräutertees führen zusätzlich wertvolle Minerale in den Körper zurück. Eine Smartphone-App die einen regelmäßig an das Trinken erinnert kann dabei helfen hydriert zu bleiben.

Südfrüchte, Obst, Papaya, Kokosnuss, Kiwi, Granatapfel, Blutorange, Messer

Ernährung

Für die Ernährung im Sommer empfehlen wir vermehrt zu Obst und Gemüse zu greifen. Beides enthält zusätzliche Flüssigkeit, Vitamine und Mineralstoffe, die uns über den Tag hinweg mit Energie versorgen und uns somit auch bei hohen Temperaturen leistungsfähig machen. Besonders empfehlenswert sind Südfrüchte wie Mango oder Papaya. Da diese Früchte im Süden auch bei hohen Temperaturen wachsen, ist es nicht verwunderlich, dass ihnen kühlende Eigenschaften nachgesagt werden. Noch dazu enthalten sie viele Vitamine.

Auch Gemüse wie Avocado, Zwiebeln, Lauch, Brokkoli, Blumenkohl, Spinat und Algen sind sehr zu empfehlen. Sie füllen unseren Körper mit den benötigten Vitaminen, Makro- und Mineralstoffen auf. Das ist nötig, um die mit dem Schweiß aus dem Körper gespülten Stoffe zu ersetzen.

Wenn Sie sich wundern, warum der schlanke Körper im Sommer immer noch auf sich warten lässt, empfehlen wir Ihnen eine hohe Zufuhr von einfachen Kohlenhydraten zu vermeiden. Durch die Aufnahme von einfachen Kohlenhydraten, wie z. B. Kekse, Kuchen, Weißmehl und Gebäck, steigt der Blutzuckerspiegel schnell an und der Körper nimmt mehr Energie als benötigt zu sich. Die Bauchspeicheldrüse produziert daraufhin Insulin und der überschüssige Blutzucker wird in Form von Fett im Körper gespeichert. Setzen Sie deshalb lieber auf komplexe Kohlenhydrate wie Gemüse, Getreide und Hülsenfrüchte und ersetzen Sie einfache Kohlenhydrate durch Eiweiß.

Treppenstufen, Läufer, Mütze, Funktionskleidung, Sportschuhe, Sport, Rennen

Bewegung

Im Sommer hegen viele den Wunsch nach einer attraktiven Strandfigur. Viele Menschen machen sich dann nach der Arbeit oder am Abend, wenn die Temperaturen abkühlen, auf den Weg ins Fitnessstudio oder zum Sport. Für viele dient der Sport am Abend auch für den Stressabbau nach einem langen Arbeitstag. Allerdings wissen die wenigsten, dass später Sport für Ihre Ziele wenig förderlich ist.

Intensive Betätigung am Abend treibt den Puls in die Höhe. Über ein HRV-Diagramm (Herzfrequenzvariabilität z.B. mit einem EKG gemessen) lässt sich die Auswirkung von intensiven Trainingseinheiten auf die Erholung des Körpers ganz genau abbilden. Dabei ist zu beobachten, dass der erhöhte Pulsanstieg am Abend, den Schlaf bzw. die Erholung und somit den Stressabbau deutlich verzögern. Da der Wecker am nächsten Morgen trotzdem um die gewohnte Uhrzeit klingelt, verkürzt sich somit die Erholung und Regeneration des Körpers. Das Ergebnis: Wir sind weniger ausgeruht und haben nicht unser volles Energiepotenzial zur Verfügung. Im Sommer spüren wir den Energieverlust noch deutlicher, da unser Körper mit weiteren Einflussfaktoren zu kämpfen hat.

Unsere Empfehlung ist deshalb, das Training auf den Morgen zu verlegen und am besten mit nüchternem Magen zu absolvieren. Ein weiterer Vorteil des Morgensports: Die Temperaturen sind noch erträglich.

Frau im Bett, unter der Bettdecke, braune Haare, strahlende Augen

Schlafen bei Hitze

Kaum ein Mensch benötigt weniger als sieben bis acht Stunden Schlaf. Diese Zeit braucht der Körper zur Regeneration, ansonsten fühlen wir uns am nächsten Tag erschöpft.

Alle unsere Organe haben ihre Kernarbeitszeiten, so ist das Immunsystem bspw. nachts aktiv, die Leber entgiftet ebenfalls in der Nacht und stattet uns am nächsten Tag wieder mit Energie aus. Zu kurzer Schlaf behindert die Regenerationszeit des Körpers, was sich wiederum negativ auf unsere Gesundheit auswirkt.

Nach einer kurzen Nacht und wenig Erholung steht unserem Körper nicht unser volles Energiepotenzial zur Verfügung. Also entsteht das Bedürfnis nach schneller Energie in Form von Zucker und Kohlenhydraten, die wir unserem Körper dann zuführen. Auf lange Sicht nehmen wir an Gewicht zu. Schlafen wir länger, haben unsere Energie verbrauchende Organe auch die Zeit unsere Fettreserven in Kohlenhydrate umzuwandeln. So haben wir auch am Morgen genug Energie und der Heißhunger bleibt aus. Setzten Sie daher auf eine Schlafenszeit von mindestens sieben eher acht Stunden Schlaf pro Nacht.

Doch wie gelingt erholsamer Schlaf, wenn es heiß ist, das Bettlaken durchgeschwitzt, die Grillen durch das geöffnete Fenster zirpen und die Mücken im Zimmer uns den Schlaf rauben? Wer lärmunempfindlich ist kann über den Abend und die Nacht hinweg die Jalousien hoch und die Fenster aufmachen, nur am Morgen nicht vergessen die Sonnenstrahlen wieder auszusperren, sonst droht am Feierabend der Hitzeschock.

Wer nicht ohne Schlafanzug oder Decke schlafen kann, setzt hier am besten auf leichte Stoffe wie Leinen oder Seide, die sind nicht ganz so warm aber schützen vor kalter Zugluft. Was oft gar nicht bedacht wird: Elektrische Geräte wie Laptops oder Fernseher geben auch wenn sie im Stand-by sind einiges an Wärme ab, also Stecker ziehen!

Die erfrischende Dusche nach einem langen Tag, klingt verlockend bringt aber nur wenig. Das kalte Wasser kühlt unseren Körper schlagartig ab und sorgt so für die gegenteilige Reaktion unseres Körpers, die Muskeln fangen an zu zittern und wir wärmen uns wieder auf. Also lieber eine lauwarme Dusche und nicht allzu gründlich abtrocknen, das Wasser entzieht uns beim Verdunsten Wärme, so bleiben wir länger frisch.

Aber auch allgemeine Tipps für guten Schlaf helfen im Sommer: Einige Zeit vor dem Schlafen nichts mehr Essen (insbesondere Fettiges und Alkohol), vor dem Schlafen auf das blaue Bildschirmlicht verzichten und lieber etwas Lesen, Musik oder Podcasts hören.