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Bedeutung von Kreatin 

Kreatin ist ein relativ kleines Molekül, das der Körper aus den beiden Aminosäuren Glycin und Arginin und unter Verbrauch des Coenzyms SAM (S-Adenosyl-Methionin) herstellt. Es wird hauptsächlich in der Leber hergestellt und gelangt über das Blut an seinen Bestimmungsort: den Skelettmuskel.

Creatin wird in der Leber gebildet. Ausgangsstoffe sind die Aminosäuren Arginin und Glycin. Zusätzlich benötigt man das Coenzym SAM (S-Adenosyl-Methionin, siehe dazu auch Infos zu Homocystein).

Im ersten Schritt der Synthese wird ein Teil der AS (Aminosäure) Arginin an die AS Glycin gebunden, dabei wird Ornithin frei. In einem zweiten Schritt wird eine Methylgruppe aus S-Adenosyl-Methionin (SAM) übertragen, wobei Kreatin und S-Adenosyl-Homocystein (SAH) enstehen. SAH wird über Homocystein zu Methionin und dann zu SAM regeneriert.

Die Hauptfunktion des Muskels ist die Kontraktion. Für die Kontraktion der Aktin- und Myosinfilamente wird ATP als Energielieferant benötigt (und Magnesium: siehe link zum Nerds only zum Magnesium Mg).

Bei der Kontraktion wird ATP verbraucht – chemisch wird dabei aus ATP (Adenosin-Tri-Phosphat) ADP (Adenosin-Di-Phosphat), es wird also ein Phosphat (hier ‚P‘) abgespalten.

 Muskelstoffwechsel

Der grüne Pfeil zeigt den abbauenden Stoffwechsel. Die aus den Nährstoffen entnommenen Wasserstoffionen und -elektronen werden über die Atmungskette geleitet, an deren Ende die dabei freigesetzten Energie für den Aufbau von ATP aus ADP-P benutzt wird. ATP wiederum liefert Energie für die Muskelkontraktion, indem ATP in ADP+P gespalten wird.

Im Muskelstoffwechsel dienen Glucose, Fettsäuren und ggf. auch Ketonkörper oder Aminosäuren (hier nicht gezeigt) als Nährstoffe. Die Abbauwege aller Nährstoffe münden in den Citratzyklus. Hier wird aus den Zwischenprodukten des Citratzyklus CO₂ und Wasserstoff (H bestehend aus H+ und einem Elektron e-) abgespalten. Diese Hs werden über die Redox-Komplexe der Atmungskette transportiert, wobei am Ende durch die Energie des Wasserstoff-Transportes aus ADP und P-> ATP wird. ATP ist der universelle Energiespeicher. Bei allen energieverbrauchenden Prozessen wird ATP (Adenosin-Triphosphat) benötigt, es wird dabei in ADP und P (Adenosin-Diphosphat + Phosphat) gespalten und gibt dabei Energie ab.

Solange Nährstoffe in ausreichender Menge abgebaut werden, kann kontinuierlich ausreichend neues ATP gebildet werden.

Die Formel fasst den gesamten Stoffwechsel zusammen: Nährstoffe und Sauerstoff werden benötigt. Am Ende der Reaktionsketten werden Kohlendioxyd, Wasser und Energie in Form von ATP und Wärme gebildet.

Die Abbildung zeigt die allgemeine Nährstoff-Gleichung. Der überwiegende Teil der ATP-Bildung läuft in den Mitochondrien ab. Hier werden zusammengefasst Nährstoffe (Kohlenhydrate, Fettsäuren, Proteine) und Sauerstoff benötigt. Insbesondere im Zuge der Atmungskette entstehen daraus Energie in Form von ATP und Wärme sowie Wasser (H2O) und Kohlendioxid (CO2).

Die gebildete Wärme generiert unsere Körpertemperatur. Das H2O geht in den Wasserhaushalt ein. CO2 wird in Bicarbonat umgewandelt und in dieser Form im Blut gelöst zur Lunge transportiert. ATP speichert in Form von Phosphosäure-Anhydrid-Bindungen die Energie und wird bei diversen Reaktionen als Energiespender verbraucht.

Anpassung des Muskelstoffwechsels an die Kontraktionsleistung

1.Der ruhende Muskel hat einen relativ niedrigen Bedarf an ATP. Dieser wird durch ein angepasstes Maß an Abbau von Nährstoffen gedeckt. 2.Bei langsamer Steigerung der Muskeltätigkeit wird der steigende Bedarf an ATP durch eine angepasste Versorgung des Muskels mit Nährstoffen und Sauerstoff, also durch eine stärkere Durchblutung, gewährleistet. Beim Training entspricht die Aufwärmphase dieser langsamen, angepassten Steigerung des Stoffwechsels. 3.Wenn eine Steigerung der Muskeltätigkeit plötzlich einsetzt, wird das ATP schnell verbraucht. Gleichzeitig hatte der Kreislauf für einen kurzen Zeitraum keine Möglichkeit der adäquaten Anpassung. Evolutionär entspricht dies der Situation einer Flucht, im Sport z.B. einem Sprint. 4.In einer solchen Situation wird das dringend benötigte ATP aus dem ADP unter Zuhilfenahme von Kreatin-P direkt gebildet. Es kommt hier also zu einer ATP-Synthese unter Umgehung der Atmungskette. Das Enzym, dass diese Reaktion katalysiert, ist die Kreatin-Kinase (Creatin-Kinase, CK). So kann die Kontraktionsleistung des Muskels einige Sekunden aufrechterhalten werden. In dieser Zeit kann sich das Kreislaufsystem auf die aktuelle Situation einstellen und den Muskel stärker durchbluten.

1.Der ruhende Muskel hat einen relativ niedrigen Bedarf an ATP. Dieser wird durch ein angepasstes Maß an Abbau von Nährstoffen gedeckt.

2.Bei langsamer Steigerung der Muskeltätigkeit wird der steigende Bedarf an ATP durch eine angepasste Versorgung des Muskels mit Nährstoffen und Sauerstoff, also durch eine stärkere Durchblutung, gewährleistet. Beim Training entspricht die Aufwärmphase dieser langsamen, angepassten Steigerung des Stoffwechsels.

3.Wenn eine Steigerung der Muskeltätigkeit plötzlich einsetzt, wird das ATP schnell verbraucht. Gleichzeitig hatte der Kreislauf für einen kurzen Zeitraum keine Möglichkeit der adäquaten Anpassung. Evolutionär entspricht dies der Situation einer Flucht, im Sport z.B. einem Sprint.

4.In einer solchen Situation wird das dringend benötigte ATP aus dem ADP unter Zuhilfenahme von Kreatin-P direkt gebildet. Es kommt hier also zu einer ATP-Synthese unter Umgehung der Atmungskette. Das Enzym, dass diese Reaktion katalysiert, ist die Kreatin-Kinase (Creatin-Kinase, CK). So kann die Kontraktionsleistung des Muskels einige Sekunden aufrechterhalten werden. In dieser Zeit kann sich das Kreislaufsystem auf die aktuelle Situation einstellen und den Muskel stärker durchbluten.

Funktion der Kreatin-Kinase / Creatin-Kinase

1.Wenn der Muskel ATP benötigt, wird ein Phosphat (P) von Kreatin-P auf ADP übertragen, wobei Kreatin und ATP entstehen. Der Kreatin-P-Speicher kann eine kurze Zeitspanne überbrücken, bis dann das ATP durch einen erhöhten Nährstoff-Abbau wieder über die Atmungskette gebildet werden kann. 2.In Ruhephasen wird vermehrt ATP über die Atmungskette, d.h mit erhöhter Stoffwechselrate, erzeugt. Dieses ATP wird dann für die Umwandlung von Kreatin zu Kreatin-Phosphat verbraucht, dabei entsteht ADP. Das katalysierende Enzym ist auch hier die Kreatin-Kinase. In der Ruhephase legt sich der Muskel also einen Kreatin-P-Speicher an. Die insgesamt im Körper vorhandene Menge Kreatin bzw. Kreatin-P hängt von der Muskelmasse ab. 3.Täglich werden ca. 1-2 % des Kreatins in Kreatinin umgewandelt. Kreatinin ist chemisch das zyklische Anhydrid des Kreatins. Es weist, anders als das Kreatin, im Molekül eine Ringbildung auf, wodurch die Bindungsfähigkeit für Phosphat verloren geht. Kreatinin hat daher im Muskel keine Funktion, wird ans Blut abgegeben und über die Niere ausgeschieden.

1.Wenn der Muskel ATP benötigt, wird ein Phosphat (P) von Kreatin-P auf ADP übertragen, wobei Kreatin und ATP entstehen. Der Kreatin-P-Speicher kann eine kurze Zeitspanne überbrücken, bis dann das ATP durch einen erhöhten Nährstoff-Abbau wieder über die Atmungskette gebildet werden kann.

2.In Ruhephasen wird vermehrt ATP über die Atmungskette, d.h mit erhöhter Stoffwechselrate, erzeugt. Dieses ATP wird dann für die Umwandlung von Kreatin zu Kreatin-Phosphat verbraucht, dabei entsteht ADP. Das katalysierende Enzym ist auch hier die Kreatin-Kinase.

In der Ruhephase legt sich der Muskel also einen Kreatin-P-Speicher an. Die insgesamt im Körper vorhandene Menge Kreatin bzw. Kreatin-P hängt von der Muskelmasse ab.

3.Täglich werden ca. 1-2 % des Kreatins in Kreatinin umgewandelt. Kreatinin ist chemisch das zyklische Anhydrid des Kreatins. Es weist, anders als das Kreatin, im Molekül eine Ringbildung auf, wodurch die Bindungsfähigkeit für Phosphat verloren geht. Kreatinin hat daher im Muskel keine Funktion, wird ans Blut abgegeben und über die Niere ausgeschieden.

Kreatinin in der Nierendiagnostik

Weil das Kreatinin ein kleines Molekül ist, das bei intakter Nierenfunktion nahezu vollständig renal eliminiert wird, kann mit der Bestimmung des Kreatinins im Blut auf die Nierenfunktion geschlossen werden. Ein niedriger Kreatinin-Wert deutet auf eine ausreichende Eliminierung, d.h. auf eine intakte Nierenfunktion hin. Dabei sollte beachtet werden, dass die Menge des Kreatinins (bzw. die Menge des zuvor gebildeten Kreatins) von der Muskelmasse abhängig ist.

Dadurch kann es zu Fehlbeurteilungen kommen:

Bei großer Muskelmasse stellt sich die Nierenfunktion falsch-schlecht dar, weil hohe Mengen Kreatinin im Blut gemessen werden, die also (scheinbar) nicht eliminiert wurden.

Bei geringer Muskelmasse, also insbesondere bei Kindern und bei älteren Personen, wird wegen der geringen Muskelmasse ein niedriger Kreatinin-Wert gemessen, was ggf. auf eine falsch-gute Nierenfunktion schließen lässt.

Ein unabhängiger Nierenfunktions-Parameter ist das Cystatin C, weil es von annähernd allen Körperzellen  synthetisiert und ebenso renal eliminiert wird. Zur Diagnostik der Nierenfunktion steht außerdem die Untersuchung von Spontanurin (u.a. Albumin, IgG, alpha-1-Mikroglobulin, alpha-2-Makroglobulin) zur Verfügung. Letztere sind insbesondere bei Patient*innen mit besonderen Risikofaktoren wie Diabetes oder Bluthochdruck bzw. bei Vorliegen eines Metabolischen Syndroms empfohlen.

Kreatin-Kinase / Creatin-Kinase (CK) in der Diagnostik

Die Creatin-Kinase besteht aus zwei Untereinheiten, diese sind vom Typ M oder B. Die Bezeichnung geht auf ihre Organverteilung zurück. Man findet 3 verschiedene Isoenzyme, die eine relative Organspezifität aufweisen.

  • Die CK-BB findet man überwiegend in Zellen des ZNS vor.
  • Die CK-MM findet man hauptsächlich in der Sketettmuskulatur.
  • Die CK-MB findet sich vor allem in der Herzmuskulatur.

Bei Schädigung der jeweiligen Organe können die entsprechenden Isoenzyme in erhöhter Konzentration im Blut nachgewiesen werden.

Eine Erhöhung der CK (gesamt) kann z.B. auf eine Herzmuskelentzündung, eine Verletzung der Muskulatur oder auch auf eine Entzündung der Muskulatur (Myositis) hindeuten. Auch nach sportlicher Betätigung kann der CK-Wert erhöht sein.

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