Metabolisme
Metabolisme is een optelsom van gebeurtenissen die in het menselijk lichaam worden uitgevoerd om energie en andere stoffen te produceren die nodig zijn voor de activiteiten ervan. In ons organisme zijn er katabole en anabole processen.
Catabolisme is een proces waarbij organisch materiaal wordt afgebroken en waarbij tegelijkertijd energie vrijkomt. Het wordt gekenmerkt door het ontbreken van glycogeenreserves en het mobiliseren van niet-saccharide energiebronnen – vetten en eiwitten. Katabolisme vindt plaats tijdens een verhoogde bewegingsactiviteit en is noodzakelijk om de levensfuncties in stand te houden.
Anabolisme daarentegen is een energieverslindend proces waarbij stoffen worden aangemaakt. De voorraad substraten is groter dan de onmiddellijke behoefte. Het organisme legt energiereserves aan, weefsels worden aangemaakt en vernieuwd. Anabolische processen komen het meest voor in situaties van verminderde lichamelijke activiteit.
De basisvoedingsstoffen (koolhydraten, vetten, eiwitten) zijn aanwezig in het voedsel dat we eten. Deze worden omgezet en geabsorbeerd via het spijsverteringsstelsel. Koolhydraten worden afgebroken tot afzonderlijke koolhydraten (monosachariden) waarvan de glucose de belangrijkste is. Lipiden worden afgebroken tot vrije vetzuren en glycerol. Eiwitten worden afgebroken tot aminozuren. Deze eenvoudige stoffen kunnen vervolgens betrokken worden bij meer ingewikkelde processen.
Koolhydraten worden zowel in anaërobe als in aërobe activiteiten gebruikt. ATP wordt opnieuw gesynthetiseerd uit glycogeen (spierglycogeen, leverglycogeen) dat wordt omgezet in glucose. De glycogeenvoorraden in het menselijk lichaam zijn beperkt. Lipiden worden gebruikt bij op uithoudingsvermogen gebaseerde bewegingsactiviteit van lage intensiteit. Terwijl het gebruik van eiwitten bij de ATP-hersynthese zeer beperkt is, worden vrije vetzuren in ruime mate gebruikt. Glucose wordt gegenereerd via gluconeogenese.
Spiermetabolisme
Spieren hebben energie nodig om contracties te produceren (fig. 6). De energie wordt gewonnen uit adenosinetrifosfaat (ATP) dat in de spieren aanwezig is. Spieren hebben de neiging slechts een beperkte hoeveelheid ATP te bevatten. Wanneer deze uitgeput raakt, moet ATP opnieuw worden gesynthetiseerd uit andere bronnen, namelijk creatinefosfaat (CP) en spierglycogeen. Andere glycogeenvoorraden zijn opgeslagen in de lever en het menselijk lichaam is ook in staat ATP te hersynthetiseren uit lipiden, d.w.z. vrije vetzuren. Afhankelijk van de intensiteit en de duur van de op het organisme uitgeoefende belasting worden verschillende wijzen van energievoorziening gebruikt.
Figuur 6 Energie voor de spieren
Het ATP-CP-systeem
De hierboven genoemde ATP en CP zijn de energiebronnen van de spiercontractie (fig. 7, 8, 9). De productie van de energie die bij de spiercontractie wordt gebruikt, geschiedt op anaërobe wijze (zonder zuurstof).
Figuur 7 ATP-molecuul
Figuur 8 ATPase (ATP-afbraak en energieproductie voor spiercontractie)
Figuur 9 ATP-hersynthese uit CP
Anaërobe glycolyse
Het is een chemisch proces waarbij ATP wordt vernieuwd uit glycogeen, d.w.z. glucose in een anaëroob proces.d.w.z. glucose op anaërobe wijze (zonder toegang tot zuurstof). Bij deze processen ontstaat lactaat, d.w.z. zout van het melkzuur, in de spieren. Dit energiesysteem produceert 2 moleculen ATP. Glycolyse – omzetting van glucose in 2 moleculen pyruvaat met als netto-opbrengst ATP-moleculen en 2 NADH-moleculen (anaërobe afbraak van glucose in pyruvaat en lactaat) – zie. Fig. 10.
Oxydatief systeem
Dit is een chemisch proces waarbij de ATP-hersynthese op aërobe wijze (met toegang tot zuurstof) plaatsvindt. Zowel glycogeen of glucose als vrije vetzuren fungeren hier als energiebronnen.
Aerobe glycolyse vindt plaats in het cytoplasma van de cel waar 34 ATP-moleculen worden gegenereerd uit het glycogeen, d.w.z. glucose met aanwezigheid van zuurstof (fig. 10).
Figuur 10 Anaërobe en aërobe glycolyse
Vrije vetzuren aanwezig in mitochondriën van spiervezels die worden omgezet in acetyl-CoA worden gebruikt bij de ATP-hersynthese. Acetyl CoA komt in de Krebs-cyclus terecht en zo worden ATP-moleculen gegenereerd.
Individuele energiesystemen raken betrokken naargelang de intensiteit van een uitgevoerde bewegingsactiviteit. Als de prestatie op het maximumniveau wordt uitgevoerd, is er een geleidelijke betrokkenheid van alle systemen (fig. 11, 12).
Figuur 11 Energiedekking bij maximale werkbelasting
Figuur 12 Energiedekking bij maximale werkbelasting
Typen spiervezels
Menselijke spiervezels hebben verschillende kwaliteiten. Hoewel tegenwoordig bijna 30 typen spiervezels bekend zijn in het menselijk lichaam, werken we meestal alleen met de volgende drie typen:
Lage rode spiervezel I (SO – slow oxidative fibres)
De langzame rode spiervezel wordt gekenmerkt door een hoge aërobe capaciteit en weerstand tegen vermoeidheid. Aangezien hun anaërobe capaciteit traag is, zijn zij niet in staat grote spierkracht te tonen. De spiercontractie verloopt traag – 110 ms/spiercontractie. Een motorische eenheid bevat ongeveer 10-180 spiervezels.
Snelle rode spiervezel IIa (FOG – fast oxidative glycolytic fibres)
De snelle rode spiervezel deelt enkele kwaliteiten met een langzame vezel of een vezel van het type IIx. Deze vezel wordt gekenmerkt door een gemiddelde aërobe capaciteit en weerstand tegen vermoeidheid. Hij vertoont ook een hoge anaërobe capaciteit en is in staat om grote spierkracht te vertonen. De contractiesnelheid bedraagt 50 ms/spiercontractie. Een motorische eenheid bevat ongeveer 300-800 vezels.
Snelle witte vezel IIx (FG – snelle glycolytische vezel)
In tegenstelling tot de eerder genoemde types wordt de snelle witte vezel gekenmerkt door een lage aerobe capaciteit en neiging tot snelle vermoeidheid. Anderzijds heeft zij de grootste anaërobe capaciteit en is zij in staat aanzienlijke spierkracht te vertonen. De contractiesnelheid bedraagt 50 ms/spiercontractie. Eén motorische eenheid bevat ongeveer 300-800 vezels.
Het volume van dit type spiervezels is genetisch bepaald (tot 90 %) (Jančík et al., 2007) en varieert bij individuele personen. Bij de gemiddelde bevolking is de verhouding tussen langzame en snelle vezels 1:1. De volgende figuur (fig. 13) toont de verhouding tussen langzame en snelle vezels bij atleten die verschillende disciplines beoefenen.
Figuur 13 Verhouding tussen snelle (type FG en FOG) en langzame (type SO) vezels bij verschillende type atleten
In spiercontractie worden verschillende typen spiervezels geactiveerd in overeenstemming met de intensiteit van de spierbeweging. Tijdens oefeningen met een lage intensiteit worden vooral langzame vezels aangesproken. Naarmate de intensiteit van de inspanning toeneemt, worden echter snelle vezels geactiveerd. Het is belangrijk hierbij op te merken dat de vezelverhouding verschilt in verschillende spieren van het menselijk lichaam. Zo hebben houdingsspieren de neiging meer langzame vezels te bevatten.