Glykogen – Ein Grundwissen

In vielen unserer Artikel erwähnen wir Glykogen als unseren effektivsten gespeicherten Treibstoff. Allerdings haben wir selten erklärt, was Glykogen eigentlich ist und wie es funktioniert. Dieser Artikel behandelt, was Glykogen ist, wo es gespeichert wird (in der Leber und den Muskeln sowie in verschiedenen "Zonen" innerhalb der Muskelfaser) und wie es bei steigender Intensität eingesetzt wird. Die Hauptfrage ist, wie der Glykogenspiegel mit Müdigkeit zusammenhängt und warum du dich ausgelaugt fühlen kannst, obwohl dein Körper noch Energie übrig hat. Das Fazit? Es geht nicht nur darum, wie viel Glykogen du hast, sondern auch darum, wo es ist und wie schnell es verfügbar wird.

Glykogen ist ein Polysaccharid, also ein Molekül, das aus vielen Glukoseeinheiten besteht, die miteinander verbunden und kompakt gespeichert sind. Ein Polysaccharid enthält zehn oder mehr Glukosemoleküle und speichert daher eine beachtliche Energiemenge.

Glykogen kommt in kleinen Mengen in den meisten Zellen vor, aber unsere großen Energiespeicher befinden sich in der Leber und den Muskeln. In der Leber haben wir etwa 100 Gramm (400 kcal), was etwa 10% des Lebergewichts ausmacht. In den Muskeln haben wir im Normalzustand etwa 500g (2000 kcal). Da die Muskeln mindestens 35-40% des Körpergewichts ausmachen (Frau–Mann), enthält jedes Kilogramm Muskelmasse bei einer 75 kg schweren Person etwa 15 g Glykogen (1,5%).

Die ungefähr 15 g Glykogen pro Kilogramm Muskel sind energieeffizient; es erfordert etwa 7% weniger Sauerstoff, um Energie (Adenosintriphosphat – ATP) aus Glykogen im Vergleich zu Fettsäuren zu gewinnen. Es gibt einen klaren Zusammenhang zwischen niedrigen Glykogenspeichern und Muskelermüdung, da wir weniger Energie erzeugen können, wenn die Speicher erschöpft sind. Hier wird es wirklich interessant für diejenigen von uns, die Ermüdung vermeiden wollen. Ohne tief in das Kalzium-Management des Sarkoplasmatischen Retikulums (SR) einzutauchen, ist das Prinzip einfach: erschöpfte Glykogenspeicher = weniger Kalziumfreisetzung im Muskel = erhöhte Ermüdung und reduzierte Kraftmöglichkeiten.

Wenn du weiter forschen möchtest, gibt es ein erklärendes, leicht nerdiges Video am Ende.

Glykogen befindet sich an drei Stellen:

1. Subsarcolemmales Glykogen: direkt unter der Zellmembran, die ein Faserbündel umgibt. Es ist also mit den äußeren Fasern verbunden.
2. Intermyofibrilläres Glykogen: zwischen den Myofibrillen, im Bereich um die Stränge herum, die sich zusammenziehen, wenn der Muskel angespannt wird.
3. Intramyofibrilläres Glykogen: am nächsten zum eigentlichen Kontraktionsmotor. Es befindet sich auf der Innenseite der kleinen Filamente (Aktin und Myosin), die übereinander gleiten, wenn sich der Muskel verkürzt.

Interessanterweise existieren etwa 75 % des gesamten Muskelglykogens als intermyofibrilläres Glykogen (Punkt 2). Die beiden anderen Standorte teilen sich den verbleibenden Anteil und machen jeweils zwischen 5 und 15 % aus.

Studien zeigen, dass intramyofibrilläres (Punkt 3) Glykogen zuerst abgebaut wird, da es am nächsten zu den Kontraktionsmotoren liegt. Für Elite-Langläufer war dieser Glykogentyp während eines einstündigen Tests um etwa 90% reduziert, während die anderen beiden Speicher um 75-83% abnahmen.

Forscher verstehen immer noch nicht vollständig, ob wir genau kontrollieren können, von wo das Glykogen abgebaut wird oder wie sich dies auf die Leistung auswirken könnte. Allerdings scheint intramyofibrilläres Glykogen stark mit Muskelermüdung verbunden zu sein, da es die Kalziumfreisetzung im SR beeinflusst.

Ja und nein, aber meistens ja. Erstens, Glykogen wird genau dort gespeichert, wo es gebraucht wird: direkt neben dem arbeitenden Muskel. Dadurch entfällt der Transportweg vom Mund durch Magen und Darm in den Blutkreislauf und letztendlich zum Muskel. Das ist einer der Gründe, warum Glykogen unser bevorzugter Treibstoff ist, sobald mehr Energie benötigt wird. Kurz gesagt: Glykogen ist immer der schnellste Treibstoff.

Zweitens, Glykogen ist, genau wie Maltodextrin, ein Polysaccharid. Da diese Moleküle stark verzweigt sind, gibt es mehrere Enden in der Kette. Die Enzyme (Amylase), die das Molekül abbauen, können sich an ein Ende anheften und ihre Arbeit beginnen, sodass je mehr Enden es gibt, desto mehr Enzyme gleichzeitig arbeiten können und die Energie schneller freigesetzt wird.

Okay, lass uns mal ein bisschen nerdig werden: Polysaccharide können aus Alpha-Glukose oder Beta-Glukose aufgebaut sein. Die Verbindung zwischen den Glukosemolekülen nennt man Alpha- oder Beta-Bindung. In unserem Körper haben wir Amylase, das Alpha-Glukose mit Alpha-Bindungen abbauen kann – das ist Glykogen. Beta-Glukose mit Beta-Bindungen hingegen bildet Zellulose, eine Struktur, für deren Verdauung uns die Enzyme (Cellulase) fehlen. Das ist das, was wir als Ballaststoffe kennen: Es ist vorteilhaft, passiert durch das System und liefert keine Energie.

Da Stärke und Glykogen stark verzweigt sind, können sie schnell abgebaut werden. Das Gleiche gilt für Maltodextrin, eine stark verzweigte Art von Kohlenhydraten, weshalb es in Sportgetränken und Energieprodukten für Ausdauersportler häufig vorkommt.

Die Geschwindigkeit, mit der dein Glykogen aufgebraucht wird, hängt in erster Linie von der Intensität deines Trainings ab: Je höher die Intensität, desto schneller ist das Glykogen verbraucht. Ein konkretes Beispiel ist eine gut durchgeführte Studie von 1974 von Karin Piehl (Link). In dieser Studie trainierten vier Personen intensiv für zwei Stunden, nachdem sie kohlenhydratreiche Nahrung zu sich genommen hatten (also mit vollen Speichern starteten). Über die zwei Stunden sanken die Glykogenspeicher von 125 auf 22, füllten sich dann nach fünf Stunden mit kohlenhydratreicher Energiezufuhr auf 64 und nach zehn Stunden auf 86 auf. Die Teilnehmer kehrten erst nach 46 Stunden zum Ausgangsniveau zurück.

Von den drei Muskelbereichen kann nur das intramyofibrilläre Glykogen völlig geleert werden.

Können wir genau bestimmen, wann du den Mann mit dem Hammer triffst? Nicht ganz. Eine interessante Studie an Elite-Skiläufern ließ die Teilnehmer 4 × 4-minütige Sprints auf Rollski machen (mit 45 Minuten Pause zwischen den Intervallen), während sie in den Ruhephasen 1,2 g Kohlenhydrate pro kg Körpergewicht konsumierten. Bereits nach dem ersten Sprint war das intramyozelluläre Glykogen in den Typ-I-Fasern (laut Studie die wichtigste) um 50% erschöpft, während die Typ-II-Fasern (schnell, explosiv) überhaupt nicht erschöpft waren. Die beiden anderen Vorräte, intermyofibrillär und subsarkolemmal, waren bei Typ I und Typ II jeweils um 20-35% erschöpft.

Nach dem vierten Intervall hatten sich die Werte ausgeglichen und jedes Glykogendepot war ungefähr gleichmäßig erschöpft. Es scheint, dass der Muskel zuerst den nächstgelegenen Speicher nutzt und dann die anderen Vorräte mehr verwendet.

Eine weitere Beobachtung: Die Gesamtmenge an Glykogen nahm von der ersten bis zur vierten Einheit um 35% ab, aber die Leistung war bei den Intervallen 1 und 4 ähnlich. Dies deutet darauf hin, dass eine 35%ige Abnahme die Leistung nicht direkt beeinträchtigt.

Die Forscher vermuten, dass das Sportgetränk, das die Skiläufer in den Ruhephasen konsumierten, dazu beigetragen hat. Die Muskeln nahmen wahrscheinlich Glukose aus dem Blut und der Leber auf, und die Leber regeneriert sich schneller als die Muskeln, was während der Ruhezeiten geholfen haben könnte. Also: Wir haben keine genaue Zeit bekommen, wann der Mann mit dem Hammer zuschlägt. Aber für Elite-Skiläufer scheint es länger als vier Minuten zu dauern, bevor es kritisch wird. 😉

Die genaue Entschlüsselung der regulatorischen Wege und Kontrollmechanismen, die den Glykogenabbau auf eine standortspezifische und nach Fasertyp geordnete Weise steuern, könnte wichtige Implikationen für die Verbesserung der Leistungsfähigkeit im Sport und der Muskelfunktion nicht nur bei Sportlern, sondern auch in der Allgemeinbevölkerung und bei Menschen mit Glykogenspeicherkrankheiten haben. In der Zukunft könnte sich herausstellen, dass Trainings- und Ernährungsstrategien, die sicherstellen, dass die richtige Menge an Glykogen zur richtigen Zeit am richtigen Ort ist, wichtiger sind, um die Muskelfunktion und Leistung zu verbessern, als einfach nur das maximale Laden von Muskelglykogen zu erreichen.