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:
C6H12O6 (glucose) + 6 O2 (zuurstof) –> 6CO2 (koolstofdioxide) + 6 H2O (water) + energie
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.
ATP –> ADP + P + energie [1]
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.
CrP –> Cr + P + energie ADP + P –> ATP
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 wat een gevoel van vermoeidheid en pijn geeft. 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:
[1] Hartman, E. (2007) Mens en voeding.
[2] Houtman, I.L.D. (2000) Fysiologie voor de sportpraktijk.
[3] Zowerkthetlichaam.nl (2014) fysiologische reactie op inspanning. Geraadpleegd op 27-8-2015 via www.zowerkthetlichaam.nl/1118
[4] Kloosterboer, T. (2010) Elementaire trainingsleer en trainingsmethoden.
[5] Gregoire, L (2010) Anatomie en fysiologie van de mens. [6] Horowitz (2000) Lipid metabolism during endurance exercise.
Informatief en goed geschreven artikel. Voor sporters een must!
Bedankt Hans!
Prettig artikel!
Ik ben net met dit onderwerp bezig voor m’n cursus sportmassage en ben e.e.a. aan het uitzoeken.
Ik lees in “Fysiologie voor de sportpraktijk” dat de totale fosfaatpool (dus ATP en CP bij elkaar) goed is voor 10 seconden maximale activiteit. In “Fysiologie voor lichamelijke opvoeding, sport en revalidatie” ( Fox, Bowers en Foss) kom ik die getallen ook tegen en vind ik een duur tot 25 seconden alleen bij een trainingsvoorstel terug. Dat staat eigenlijk ook zo ongeveer in je overzichtstabel. Toch lees ik in je artikel onder “energiebronnen” dat er genoeg CrP is voor 10-30 seconden.
Kan je mij vertellen waar die 30 seconden vandaan komt?
In je overzichtstabel zie ik bij een activiteit van 4-15 seconden dat het substraat CrP is. Heb ik het goed dat CrP eigenlijk enkel wordt gebruikt om zijn fosfaatgroep af te staan aan ADP zodat er weer ATP (en dus potentieel bruikbare energie) wordt gevormd? Of wordt CrP zelf óók als brandstof gebruikt op dezelfde manier als ATP (er komt bij splitsing immers energie vrij)?
HI Jan,
Goede vraag 🙂 Ik denk dat Neeke in de tekst een wijde range heeft gekozen, omdat zulke voorraaden niet echt in te kaderen zijn in een 0-10 of 0-15. Het ligt aan de intensiteit van de inspanning. Als je semi intensief sprint zul je waarschijnlijk minder snel de creatinefosfaat groep uitputten dan dat je maximaal sprint. Ik denk ook dat je deze stof gradueel moet zien. Echter, weet ik er te weinig van af om hier absolute uitspraken over te doen, maar dit is mij view on things. Wel een leuke/interessant vraagstuk om in te verdiepen.
Je andere punt. Ik raad je aan om je eens te verdiepen in de Citroenzuurcyclus. Google daar eens op. En laat je ons weten of je het antwoord hebt gevonden op je vraag?
Ben benieuwd,
Sportieve groet & succes met je cursus!
Dank voor jullie reactie!
Vraag 1 draait inderdaad om de intensiteit, dat heb ik inmiddels ook in de literatuur teruggevonden!
De krebscyclus moet ik me verder in verdiepen, die is wat lang geleden voor me. Ik vermoed dat ik het moeilijker maak dan nodig is. Het is puur dat mijn interpretatie van de tabel een klein achterdeurtje voor twijfel open laat. Die sluit ik graag weer ?
Hoi Jan,
Ik zie dat Jeroen de vragen al heeft beantwoord. Bron 1-4 heb ik gebruikt voor de duur van het gebruik van CrP. Dus daar zou je het in terug moeten kunnen vinden. Ik heb deze echter niet allemaal meer in mijn bezit dus kan niet precies meer zeggen welke van de 4 het was. Maar de indicatie is gebaseerd op deze literatuur. Ik denk ook dat Jeroen een goed punt is en dit ook per persoon kan verschillen. Maar dit is een aanname.
Groetjes Neeke