Der Wirkungsgrad von Muskelarbeit
Zusammenfassung eines wissenschaftlichen Beitrags aus der Deutschen Zeitschrift für Sportmedizin (DZSM) mit Link zum Originalartikel und Downloadmöglichkeit als PDF.
Als Wirkungsgrad η einer Energieumwandlung bezeichnet man in der Sportphysiologie das Verhältnis zwischen mechanischer Muskelleistung und metabolischem Energieumsatz. Man unterscheidet ηbrutto (Leistung/Gesamtenergieumsatz), ηnetto (Leistung/(Gesamtenergieumsatz–Ruheumsatz)), ηArbeit (Leistung/(Gesamtenergieumsatz–Umsatz bei Leerbewegung)), ηdelta (∆Leistung/∆Energieumsatz). ηnetto des isolierten Muskels beträgt 30%. Aufgrund zusätzlichen Energieaufwandes für andere Zell- und Körperfunktionen erhält man in vivo bei positiver aerober Arbeit niedrigere Werte. Bei negativer Arbeit speichert der Körper oft Energie (elastisch, potentiell, kinetisch), die bei Wiederverwertung den Wirkungsgrad erhöht.
Die Messung erfolgt mittels Ergometern (Drehkurbelergometer, Laufband u. a.) und indirekter Kalorimetrie (V˙O2 und V˙CO2). Wichtig ist die Bestimmung beider Gase, da wechselnde Anteile von Fett- und Kohlenhydratoxidation den Energieumsatz beeinflussen. Bei Intensivbelastung wird die anaerobe Energielieferung aus Sauerstoffdefizit oder Blutlaktatkonzentration ermittelt. Die Messungen müssen standardisiert sein, da Bewegungsfrequenz und Leistungshöhe η beeinflussen. Für Vergleiche eignet sich besonders ηnetto, der wenig von der Leistung abhängt.
In der Sportpraxis liegen die Werte zwischen 1 (Bogenschießen) und 50% (Laufen). Die Messung des Energieumsatzes je m Weg und kg Körpermasse ist ein praktikables Verfahren zur Wirkungsgradabschätzung. Der Wirkungsgrad komplexer Bewegungen kann durch Übung verbessert werden, weil wegen Koordinationsoptimierung Energie gespart wird. Alter und Ermüdung haben deshalb auch Einfluss. Dagegen scheint die mitochondriale Energielieferung nicht trainierbar zu sein. Eindeutige Geschlechtsunterschiede wurden nicht gefunden. Eine Verbesserung des Wirkungsgrades durch Hypoxie ist unwahrscheinlich, VO2 sinkt durch eine relative Zunahme des Kohlenhydratumsatzes. Eine Verbesserung des Wirkungsgrades durch Nitratgabe ist umstritten.
■ Böning D, Maassen N, Steinach M
