De werking van de energievoorziening van de spieren

Veel fanatieke sporters letten op hun voeding om beter te kunnen presteren. Voeding is de bron van energie voor ons lichaam. Maar hoe wordt deze energie uit de voeding gebruikt om arbeid te kunnen leveren? Welke energiebronnen zijn er? En wanneer maakt ons lichaam gebruik van welke energiebron? In dit artikel legt (sport)diëtiste Neeke uit hoe het lichaam precies omgaat met energie.

Energielevering in het lichaam

Voor alles wat we doen, is energie nodig. Deze energie halen we uit koolhydraten, vetten, eiwitten en alcohol. Bij de vertering worden koolhydraten omgezet in glucose, eiwitten in aminozuren, en vetten in vetzuren en glycerol voordat het kan worden opgenomen. Alcohol kan direct worden opgenomen. De energie die het lichaam nodig heeft, komt vrij door de afbraak van glucose, vetzuren, glycerol, aminozuren en alcohol. Dit werk als volgt: alle chemische verbindingen bevatten een hoeveelheid energie die vrijkomt wanneer de verbinding verbroken wordt, ook wel bekend als een katabole reactie.

Bijvoorbeeld:

Deze energie wordt uitgedrukt in kilojoule of megajoule. Voor wie heeft opgelet bij natuurkunde: joule is niks meer dan een energieaanduiding, net als kilocalorieën. Een katabole reactie geeft energie, het opbouwen van een verbinding (anabole reactie) kost juist energie. De katabole en anabole reactie samen noemen we de stofwisseling of metabolisme ^[1,2].

Energierijke fosfaatverbindingen

Voor de overdracht van energie bij deze chemische reacties maakt het lichaam gebruik van energierijke fosfaatverbindingen. Wanneer bij een katabole reactie energie vrijkomt, wordt deze voor een deel opgeslagen als energierijke fosfaatverbindingen, namelijk van monofosfaat (AMP) in adenosine-difosfaat (ADP) en uiteindelijke adenosine-trifosfaat (ATP). De rest wordt omgezet in warmte. De chemische energie die opgeslagen is als ATP wordt gebruikt voor de energievragende processen in het lichaam. Hierbij wordt ATP weer omgezet in ADP.

Energiebronnen

Het lichaam heeft beschikking over meerdere energiebronnen. Deze hebben allemaal als functie om energie te leveren in de vorm van ATP. De verschillende energiesystemen en de gemiddelde hoeveelheid in het menselijk lichaam zijn:

• Adenosine trifosfaat (ATP): in elke spier ligt een kleine hoeveelheid vrij ATP opgeslagen. Deze hoeveelheid is genoeg om 2-4 seconden energie te leveren.
• Creatinefosfaat (CrP): in de spier komt als energierijke fosfaatverbinding ook CrP voor. CrP levert een fosfaatmolecuul aan ADP, zodat er weer ATP ontstaat.

In de spier ligt voldoende CrP opgeslagen voor het lichaam om 10-30 seconden energie te leveren. Anaërobe (zonder zuurstof) verbranding van glucose (glycolyse) betekent dat het zonder zuurstof wordt afgebroken. Voor elke molecuul glucose dat wordt afgebroken, ontstaan er twee moleculen ATP. Behalve dat er ATP wordt gevormd, maakt het lichaam ook melkzuur aan. Melkzuur remt de glycolyse en veroorzaakt het zware branderige gevoel in de spieren na een zware inspanning. Het lichaam kan op deze manier ongeveer 1,5-3 minuten energie leveren. Aërobe (met zuurstof) verbranding van glucose betekent dat het lichaam glucose ook kan verbranden met zuurstof. Op deze manier wordt er per molecuul glucose 38 moleculen ATP gevormd. De verbranding van glucose komt later op gang dan de glycolyse. Als het lichaam snel om energie vraagt, kan deze dit niet krijgen uit de aërobe verbranding van glucose maar wordt dit anaëroob geleverd. Bij een langere inspanning zal dit overgaan in aërobe verbranding. Het lichaam slaat glucose op in de vorm van glycogeen.

Ongetrainde mensen hebben ongeveer 400-500 gram glycogeen opgeslagen terwijl getrainde mensen wel het dubbele kunnen opslaan. Gemiddeld komt dit neer op 1200 kcal. De glycogeenvoorraad is voldoende om tijdens een zeer zware inspanning 45-60 minuten energie te leveren. Gemiddeld gezien hebben mensen 48.000 kcal aan energievoorraad aan vet. Een hele boel dus! Vet kan niet anaëroob worden afgebroken maar wordt altijd met zuurstof verbrand. Vet levert veel energie en is vrijwel onuitputtelijk opgeslagen in het lichaam. Wel is er veel zuurstof nodig voor het verbranden van vet. Vetverbranding komt vrijwel direct op gang bij inspanning. Eerst wordt vet dat opgeslagen is in de spier (IMTG) verbrand voordat het onderhuidse vetweefsel wordt verbrand. Vet in de spier wordt later weer aangevuld met vet vanuit het vetweefsel ^[1,2,3,4].

Gebruik van energiesystemen

Het leveren van de energie uit bovengenoemde bronnen kan grofweg verdeeld worden in drie energiesystemen:

• Fosfaatpoel
• Lactaatsysteem
• Zuurstofsysteem

Alle drie zijn altijd werkzaam. Wel is er een groot verschil in de activiteit van de verschillende systemen. Tijdens een korte zeer intensieve arbeid, bijvoorbeeld gewichtheffen of sprinten tot 100 meter, wordt de energie uit ATP en CrP gehaald. Deze energie wordt direct geleverd, heeft een hoog vermogen maar een zeer beperkte capaciteit. Na een paar seconden is deze energievoorraad dan ook op. Bij een wat langere belasting waarbij wel maximale arbeid gevraagd wordt, maakt het lichaam behalve van de fosfaatpoel ook gebruik van de anaërobe splitsing van glucose. Denk hierbij aan inspanningen als 200 meter sprint of 500 meter schaatsen. Deze energielevering komt na 10-20 seconden op gang maar heeft ook een beperkte capaciteit. Na een maximale inspanning van 1-3 minuten is deze uitgeput. Daarnaast wordt er lactaat gevormd. De levering van aërobe verbranding van glucose neemt naarmate de inspanning langer duurt steeds verder toe tot een inspanning van ongeveer 8 minuten. Denk dus aan 400-1500 meter hardlopen, boksen of judo. Hoe langer de inspanning duurt, hoe minder lactaat er gevormd wordt. Op een gegeven moment, na ongeveer 30 minuten wordt de energie voornamelijk aëroob geleverd met verbranding van glucose en vet. Je traint dan op je aërobe drempel, wat betekent dat de energievoorziening bijna volledig wordt gedekt door aërobe processen. Train je hierboven, dan zal er uiteindelijk ook melkzuur ontstaan. Op het moment dat de behoefte aan zuurstof in evenwicht is met het aanbod, spreken we van een steady state. Schiet de aërobe energievoorziening toch tekort, dan springt de anaërobe energieproductie bij. Het lactaatsysteem zal dan extra energie leveren maar helaas ook melkzuur vormen. Per molecuul glucose die anaëroob wordt verbrand, worden slechts twee moleculen ATP gevormd. De rest kan niet verbrand worden en wordt omgezet in lactaat. Het punt waarbij het zuurstofsysteem aan zijn top is en het lactaatsysteem het steeds meer gaat overnemen, noemen we de anaërobe drempel ^[2,3,4].

Vetverbranding versus glucoseverbranding

Uiteindelijk komt alle energie uit de verbranding van glucose en vetzuren. De verhouding waarin het lichaam vetzuren en glucose gebruikt voor de energieproductie is afhankelijk van de intensiteit van de inspanning. Het lichaam heeft meer zuurstof nodig voor het verbranden van vetten dan voor het verbranden van koolhydraten. Bij een inspanning met een lage intensiteit waarbij geen sprake is van een zuurstoftekort zal het lichaam eerder een groot aandeel van de energie uit vetten halen. Bij een hoge intensiteit wordt eerder de glucoseverbranding aangesproken. Toch is het niet de bedoeling om met een lage intensiteit te trainen als je meer vet wilt verbranden. Dit werkt als volgt:
tijdens rust levert de vetverbranding ongeveer 80-90% van de energiebehoefte. Ga er vanuit dat iemand van 90 kg per uur in rust 90 kcal verbrand. Dan wordt hier 80-90%, oftewel 8 gram vet per uur verbrand. Ga je nu matig intensief trainen op 60-65% van maximale hartslag, bijvoorbeeld rustig wandelen, dan is de energiebehoefte hoger. Dezelfde persoon verbrandt dan ongeveer 540 kcal. Hiervan haalt hij 50-60% van de energie uit vet, oftewel 36 gram vet per uur. Bij een intensieve inspanning op 80% van maximale hartslag, bijvoorbeeld hardlopen, verbrandt hij per uur ongeveer 945 kcal. Hiervan wordt 30-35% geleverd door vet oftewel alsnog 36 gram vet.^[3,6]

Kortom, de hoeveelheid vetten die je verbrandt, zullen niet minder worden, maar naarmate je intensiever traint zal je calorieverbruik wel hoger liggen. Juist de energiegebruik is belangrijk als je wilt afvallen aangezien je wil dat het caloriegebruik hoger ligt dan je calorie-inname. Dit wordt ook wel een negatieve energiebalans genoemd.

Overzicht

Referenties: