Energiesystemen die je gebruikt bij het sporten | Eenvoudige uitleg
arrow_drop_up arrow_drop_down
17 januari 2019 

Energiesystemen die je gebruikt bij het sporten | Eenvoudige uitleg

De inspanningsfysiologie beschrijft de processen en veranderingen die optreden bij lichamelijke inspanning.

De spieren die de beweging moeten uit voeren staan hierbij centraal en hebben hiervoor dan ook de nodige energie nodig.

Daarnaast moet ook de circulatie, ventilatie, voedselopname en spierstofwisseling worden aangepast zodat de spieren optimaal kunnen functioneren.

Er zijn hiervoor verschillende processen nodig die het lichaam in staat stellen om zich in te spannen .

In dit artikel zal inzicht worden gegeven in de energiesystemen bij inspanningen.

Voor elke beweging is energie nodig. Het vrij maken van die energie kan op verschillende manieren plaats vinden, afhankelijk van de intensiteit en de duur van de inspanning.

Elke prestatie vraagt om een geheel eigen aanpak van het zenuwstelsel, het hart en de spiergroepen en dienen ieder op hun eigen manier een beroep op de energievoorraden van suikers en vetten.

Afhankelijk van de intensiteit en duur kiest het lichaam voor de optimale vorm van energiesystemen om aan de vraag te voldoen.

Inzicht in de beschikbare energievoorraden en de werking van de zogenaamde energiesystemen kunnen bruikbaar zijn bij trainingen.

Hieronder zal op een vereenvoudigde manier getracht worden duidelijk te maken hoe de systemen werken en wanneer je lichaam voor welk systeem kiest.

ATP en creatinefosfaat

Voordat we de verschillende energiesystemen zullen doornemen is het van belang te weten dat elk levend organisme voor energie vragende processen een standaard energie leverend molecuul (samenstelling van een aantal atomen bij elkaar) gebruikt

Het menselijk lichaam gebruikt bijvoorbeeld vetten, suikers (koolhydraten) en eiwitten om energie te verkrijgen, maar de daarbij vrijkomende energie kan niet direct worden gebruikt bij alle cel processen.

Voor de meeste enzymatische processen ( een eiwit dat een reactie mogelijk maakt of versnelt) is namelijk een energiedrager nodig die voor alle processen gelijk is.

De in eerste instantie verkregen energie moet dus worden omgezet in een energieleverancier die voor alle lichaamscellen bruikbaar is.

Deze vaste energieleverancier wordt adenosinetrifosfaatgenoemd. Beter bekend als zijn afkorting ATP.

ATP kan de energie uit verbrandingsprocessen tijdelijk opslaan en –wanneer nodig- doorgeven aan energie vragende processen.

De totale voorraad ATP die opgeslagen ligt in de spiercellen is echter klein. (van den Berg, et al., 2005)

We zullen hier niet te diep ingaan op de gehele structuur van dit fosfaat en de reactievergelijkingen die plaats vinden om ATP te vormen.

Het enige wat op dit moment handig is om te weten is dat een afsplitsing van ATP direct bruikbare chemische energie levert waarmee een spiervezel kan samentrekken, het hart kan pompen en een zenuwcel prikkels kan geleiden.

De voorraad ATP is slechts voldoende voor kortdurende arbeid. Bij een persoon met 20kg spiermassa is er in rust net voldoende energie in de vorm van ATP aanwezig om 1 minuut in leven te blijven. (de Morree, Jongert, & van der Poel, 2011).
Een inspanning zoals hardlopen zou dus nooit lukken met deze beschikbare voorraad.
Daarom moet ATP continu worden aangevuld. De energie die daarvoor wordt gebruikt komt uit de verbranding van glucose en vetten

Cellen bevatten naast ATP een tweede snel inzetbare energiebron in de vorm van creatinefosfaat(CP).

In spieren is het een natuurlijke component maar in de sportwereld is het vooral bekend geworden als voedingssupplement voor krachtsporters.

Daarover kun je hier meer lezen. CP wordt niet direct gebruikt voor de contractie (samentrekken) van een spiercel maar vult door middel van afsplitsing van de fosfaatgroep steeds de ATP voorraad aan en zorgt zodoende voor een snelle energie bevoorrading. (van den Berg, et al., 2005)

Energiesystemen

Het lichaam heeft een aantal manieren om ATP te vormen. Om de eigen energievoorraden als brandstof te gebruiken heeft het de hulp nodig van de zogenaamde energiesystemen.

In de inspannings-en trainingsliteratuur worden drie energiesystemen gehanteerd waarover het lichaam kan beschikken.

De benaming van deze systemen varieert nog wel eens. Daarom lijkt het vaak ingewikkelder dan het is. In dit artikel wordt de benaming aangehouden die is beschreven door J.J. de Morree. (de Morree, Jongert, & van der Poel, 2011)

1. Het fosfaatsysteem (Wat in de literatuur ook genoemd staat als fosfaatbatterij, ATP/CR systeem); samenvoeging van de begrippen ATP en CP als energiedragers.
2. Anaeroob systeem (Wat in de literatuur ook genoemd staat als het glycogeen systeem of anaerobe glycolyse); de energievrijmaking uit glucose zonder zuurstof.
3 .Aeroob systeem (Wat in de literatuur ook genoemd staat als de vetverbranding, aerobe glycolyse of oxidatief systeem); de verbranding van glucose en vetzuren met behulp van zuurstof . Dit systeem maakt daarvoor gebruik van 2 opeenvolgende reactieketens:
– de citroenzuurcyclus
– de ademhalingsketen (oxidatieve fosforylering)

Fosfaatsysteem

het fosfaatsysteem bestaat uit de eerder besproken energierijke fosfaten ATP en CP en levert direct inzetbare energie voor o.a. de spieren.

Doordat dit systeem gelijk inzetbaar is, is het ideaal voor gebruik bij korte, explosieve krachtsinspanningen.

Zoals hierboven al een keer is genoemd is de voorraad ATP in de spieren echter beperkt. Een korte sprint met maximale inzet put de voorraad tijdelijk vrijwel volledig uit en maakt het onmogelijk om nog een stap te doen.

Je zou de voorraad kunnen vergelijk met een oplaadbare batterij die maar energie heeft voor een aantal seconden (vandaar dat het in literatuur ook bekend staat als de fosfaatbatterij).

Over de exacte tijdsduur voordat de voorraad is uitgeput wordt verschillend gedacht in de literatuur maar de meeste artikelen en boeken geven een gemiddelde van 8 tot 10 seconden. Volgens (de Morree, Jongert, & van der Poel, 2011) is de voorraad toereikend voor 8 seconden maximale sprint. 

Dit betekend dat de voorraad continu moet worden aangevuld. Na een korte rustpauze van 1 à 2 minuten is dezelfde arbeid echter direct weer te leveren. Ook de tijd voordat het fosfaatsysteem weer is gevuld wordt verschillend beschreven. Hier zit ook een kleine variatie in per persoon.

In die tijd wordt de hoeveelheid energierijke fosfaten door de vrijkomende energie bij de verbranding van vetzuren en glucose aangevuld.

Zolang die reserves voorradig zijn, kan steeds resynthese(‘het opladen van de batterij’) van ATP plaatsvinden. (Takken & Hulzebos, 2011)

Bij het begin van een maximale inspanning is de toevoer van zuurstof ontoereikend om aan de energiebehoeftes te voldoen.

De verbranding van vetten en suikers is te traag om het hoge vermogen te leveren. De energieoverdracht bij energierijke fosfaten gaat 4 tot 8 keer sneller dan bij suiker en vetverbranding (de Morree, Jongert, & van der Poel, 2011).

Vandaar dat je bij een korte explosieve inspanning altijd het fosfaatsysteem aanspreekt omdat de verbranding van vetten en suikers te laat op gang komt.

Voorbeeld: Wanneer iemand een sprint inzet om de trein te halen, levert het ATP in de spiercellen direct de energie voor de contractie van het spierweefsel.
Terwijl de ATP voorraad langzaam begint te dalen (denk aan de batterij) beginnen vrijwel direct de moleculen CP zich af te splitsen, waardoor ATP weer terug gevormd kan worden zonder suiker-of vetverbranding.
Hierdoor daalt de concentratie ATP in de eerste seconden nauwelijks en kunnen de enzymatische processen op hoog niveau doorgaan, terwijl intussen de CP-concentratie afneemt.

Wanneer ATP en CP beide opraken, dreigen alle cel processen te stoppen. ATP en CP moeten dus worden terug gevormd.

Al na een paar seconden sprinten, moet het bewegingstempo en het te leveren vermogen omlaag, zodat suiker- en vetzuurverbranding voor aanvulling van de energierijke fosfaat voorraad kunnen zorgen.

Bij een lagere inspanningsintensiteit kan het ATP gehalte weer op peil gebracht worden.

Anaeroob systeem

In principe verbrandt het lichaam het voordeligst vetzuren. Dit levert namelijk de meest gunstigste ATP vorming op en zorgt daarmee voor een langdurige en efficiënte energielevering.

Hier is echter de aanwezigheid van zuurstof (aeroob) essentieel voor. Vetten kunnen namelijk alleen in aanwezigheid van voldoende zuurstof volledig worden omgezet in koolstofdioxide en water, wat nodig is voor ATP vorming.

Dit systeem komt het traagst op gang en zal bij explosieve krachtontwikkeling, maar ook bij aanvang van lichtere inspanning die langere tijd moet worden volgehouden, te kort schieten.

Bij het begin van een activiteit hebben o.a. de hartspier en de longventilatie tijd nodig om zich aan te passen.

Waardoor er simpel weg niet genoeg zuurstof geleverd kan worden om dit systeem te gebruiken. (Burgerhout, Mook, de Morree, & Zijlstra, 2008)

Hoe zorgt je lichaam er dan voor dat je voldoende energie behoudt tijdens langere afstanden die je toch op een zo snel mogelijke manier af wil leggen? 

Een goed alternatief is de omzetting van glucose zonder zuurstof (anaerobe glycolyse).

Dit is sneller dan omzetting met behulp van zuurstof. Het is een oplossing die het lichaam op een snelle maar kostbare manier energie levert.

Het zogenaamde anaerobe systeem (zonder zuurstof) zet simpel gezegd glucose uit koolhydraten om in bruikbare energie (ATP).

Dit proces van glucose naar ATP omzetting wordt glycolyse (suikersplitsing) genoemd. Dit kan plaatsvinden met zuurstof (aeroob) of zonder zuurstof (anaeroob).

Als een inspanning vanaf het begin maximaal is, zijn de spieren voornamelijk aangewezen op de anaerobe energievrijmaking.

In die tijd hebben het hart en de ventilatie zich nog niet aangepast aan de behoefte en op deze manier kan er zonder het gebruik van zuurstof toch voor de nodige energielevering worden gezorgd.

Net als de beperkte voorraad in het fosfaatsysteem is de anaeroob verlopende glycolyse een proces dat bij zware inspanning maar een paar minuten energie kan leveren (de Morree, Jongert, & van der Poel, 2011).

Terwijl in de eerste paar seconden van een activiteit vooral beroep wordt gedaan op het fosfaatsysteem, versnelt wel al direct de omzetting van glucose.

Als het fosfaatsysteem leeg is. Kan indien nodig, bij gebrek aan zuurstof, worden overgeschakeld op de anaerobe glycolyse (het anaerobe systeem) om zo toch voldoende energie te houden.

Dit is voornamelijk goed te zien bij de 100m wedstrijdsprint op de atletiekbaan wanneer de lopers na ongeveer 7 à 8 seconden beginnen te vertragen.

Zij hebben de voorraad energie van het fosfaatsysteem verbruikt en moeten verder de glycolyse benutten om ATP te vormen.

Er wordt wel ingeleverd aan de snelheid van energieoverdracht ten opzichte van de directe omzetting van energierijke fosfaten.

De snelheid van energieoverdracht bij glycolyse is ongeveer 45% van de maximale waarde bij direct gebruik van het fosfaatsysteem (de Morree, Jongert, & van der Poel, 2011).

Vandaar dat de lopers ook wat in snelheid moeten inleveren.

Glucosesplitsing zonder zuurstof gebeurt echter onvolledig. Waardoor de glucose wordt gesplitst in pyruvaat (eindproduct van afbraak suikers) die bij het ontbreken van zuurstof tijdelijk wordt omgezet in lactaat. (wat in de volksmond ook wel melkzuur wordt genoemd).

De restproducten zijn niet koolstofdioxide (CO2) en water (H2O) die eenvoudig zouden kunnen worden afgevoerd maar lactaationen.

Mede door de term melkzuur leidt dit vaak tot verwarring.

Tot voor kort werd dan ook lactaat gezien als de belangrijkste factor bij het ontstaan van vermoeidheid en ‘verzuring’.

Dit is echter niet het geval maar de reëlere beschrijving zullen we hier verder niet bespreken.

Aeroob systeem

Langdurige inspanning op sub maximaal niveau is alleen goed mogelijk door de energielevering met behulp van zuurstof (aeroob) zoals bij het anaerobe systeem al een keer is benoemd.

Bij activiteiten uit het dagelijks leven is deze vorm van werken niet vermoeiend en vaak uren vol te houden. Zo wordt er tijdens wandelen en fietsen normaal gesproken gefunctioneerd op dit aerobe belastingniveau.

Dit wil niet zeggen dat er altijd sprake is van een traag tempo.

Bij een wedstrijdmarathon is bijvoorbeeld goed te zien hoe lopers een hoge snelheid (20km/u) meer dan 2 uur volhouden omdat ze precies zo hard rennen, dat de aerobe energievoorziening haar grenzen bereikt zonder die te boven te gaan.

Hierbij moet worden vermeld dat zij daar wel optimaal voor hebben getraind. (de Morree, Jongert, & van der Poel, 2011)

Het aerobe systeem zorgt dus met behulp van zuurstof dat glucose(aerobe glycolyse) en vetzuren om worden gezet in ATP.
Waar het anaerobe systeem onvolledig is en pyruvaat omzet in lactaat. Zorgt het aerobe systeem dat bij matige intensieve inspanning zowel de vetzuren als het pyruvaat uit de glycolyse worden gebruikt.
Bij voldoende zuurstof wordt het pyruvaat gelijk verder afgebroken.

De verbranding en winning van ATP vindt plaats in 2 opeenvolgende reactieketens: de citroenzuurcyclus en de ademhalingsketen (oxidatieve forylering).

Zonder deze reacties kan er uit het aerobe systeem geen ATP worden gevormd. Omdat deze reactieketens essentieel zijn worden ze hieronder kort en vereenvoudigd uitgelegd.

Citroenzuurcyclus

Bij de citroenzuurcyclus worden pyruvaat en vetten volledig afgebroken en wordt de basis gelegd voor de vorming van grote hoeveelheden ATP .

Het specifieke proces dat plaatsvindt in deze cyclus is vrij ingewikkeld en laten we achterwege (eventueel na te lezen in het boek: inspanningsfysiologie, oefentherapie en training van J.J. de Morree).

In een sterk vereenvoudigde versie komt het erop neer dat pyruvaat wordt omgezet in oxaalazijnzuur. Tijdens dit proces komen een aantal moleculenvrij die noodzakelijk zijn voor de verdere vorming van ATP (o.a. NADH, H+ en FADH, de taak van deze moleculen zal verder bij de ademhalingsketen worden uitgelegd)

Uit de reacties komt o.a. CO2 als afvalproduct vrij. Dit diffundeert (verplaatsing van een gebied met een hogere naar een lagere concentratie) naar de bloedbaan en wordt met de circulatie afgevoerd naar de longen, waar we het als CO-gas uitademen.

De verbranding van vetzuren in de citroenzuurcyclus blijkt alleen effectief te verlopen als er ook glucose aanwezig is.

Als iemand tijdens een duurinspanning zijn glycogeen (voorraad glucose die in de spieren ligt opgeslagen in de vorm van een reservestof) verbruikt heeft, zal diegene de zogenaamde ‘man met de hamer’ tegen komen (ook wel bekend als hongerklop).

Deze persoon heeft nog genoeg vetzuren als energiereserve, maar voor de vetverbranding is een specifiek zuur (oxaalazijnzuur) nodig die alleen wordt gevormd in de citroenzuurcyclus uit pyruvaat.

Wat ontstaat als eindproduct bij de afbraak van glucose. Dit zuur wordt voor meerdere doeleinden gebruikt en zal steeds opnieuw moeten worden aangevuld uit pyruvaat en koolstofdioxide om voldoende te behouden. Zonder glucose is dit echter niet mogelijk.

Bij zware duurarbeid wordt dit proces bij het opraken van de glycogeenvoorraad onmogelijk en wordt de omzettingssnelheid van de citroenzuurcyclus traag.

Het gevoel dat je ineens niet meer op het gewenste (hoge) niveau of helemaal niet meer kan presteren tijdens duursporten (marathon en triatlon) berust dus niet op een strikt energietekort maar op een glucosetekort.

Dit is te voorkomen door op tijd, dus ruim voor het loodzware man-met-de-hamer gevoel, de licht verteerbare suikers aan te vullen.

Bij duursporten is regelmatig te zien hoe de atleten, bijvoorbeeld vloeibare ‘snelle’ suikers tot zich nemen tijdens de wedstrijd.

Splitsing van glucose en vetzuren en verwerking in de citroenzuurcyclus en de ademhalingsketen.

De synthese van water uit waterstof en zuurstof levert de energie voor de vorming van ATP.

Ademhalingsketen

De ademhalingsketen wordt ook wel het elektronentranssportsysteem of de oxidatieve fosforylering genoemd.

Tijdens de citroenzuurcyclus worden energierijke elektronen en H+ ionen (waterstof) aan (NAD en FAD) zogenaamde carriers (‘overdragers’) gekoppeld.

Dit is van belang omdat deze carriers in de ademhalingsketen de elektronen en H+-ionen overdragen aan een groep enzymen die de elektronen uiteindelijk afgeven aan O2(zuurstof). Waterstof en zuurstof vormt samen water (H2O) en de energie die vrijkomt, wordt gebruikt om ATP te vormen .

Deze vorming van water levert veel energie op.

Aandeel van de aanwezige ATP en creatinefosfaat(CP), de (anaerobe ) glycolyse en het aerobe systeem in de energielevering in de spieren bij het begin van lichte inspanning.

Samenwerking

Hierboven zijn de aerobe en anaerobe systemen apart besproken. Maar in werkelijkheid werken deze systemen samen en lopen ze in elkaar over.

Wanneer een belasting in intensiteit toeneemt tot een prestatiemaximum, zal de oxidatie(chemisch proces) van vetzuren en glucose niet volledig aeroob (met zuurstof) tot aan de fysieke uitputting kunnen verlopen.

Er is een grens aan de zuurstoftoevoer naar de actieve weefsels.

Zware inspanningen worden met een mix van aerobe en anaerobe glycolyse volbracht.

De circulatie en de ademhaling kunnen zich niet direct aanpassen aan het nieuwe belastingsniveau.

In de eerste minuten van een inspanning leveren het al voorradige ATP en CP(fosfaatsysteem) de grootste bijdrage.

De glycolyse(anaerobe systeem) komt na ongeveer een halve minuut op gang en neemt de toelevering van energie aan het fosfaatsysteem op zich.

De citroenzuurcyclus gaat pas na 1-1,5minuten werken.

Vandaar dat pas bij submaximale duurinspanning de aerobe energielevering (aeroob systeem) de hoofdrol gaat spelen (Burgerhout, Mook, de Morree, & Zijlstra, 2008).

In deze video vind je een handige samenvatting van dit artikel:

Als je dit artikel nuttig voor je was zou ik het heel cool vinden als je hieronder een korte reactie zou willen achterlaten.

Over de schrijver

Oprichter van Dutch Fitness & Combat. Ik ben geen guru, wel gek op trainen.

Reactie plaatsen

Wij gebruiken cookies