Energie

Uit WikiStrompf
Ga naar: navigatie, zoeken

ATP - The universal energy

ATP: De uiteindelijke brandstof

De belangrijkste uiteindelijke bron van energie voor het menselijk lichaam is ATP, Adenosinetrifosfaat, bijgenaamd the universal energy currency of life. Het is opgebouwd uit het nucleobase adenine, het monosacharide ribose, en drie fosfaatgroepen.

Naast ATP bestaan er nog andere uiteindelijke bronnen van energie: CTP, UTP, GTP en TTP. Deze spelen echter alleen een rol bij specifieke reacties, en kunnen hier buiten beschouwing blijven.

De manier om de energie uit ATP te ontsluiten, is middels hydrolyse met het enzym adenosinedehydrogenase:

ATP + adenosinedehydrogenase + H2O --> ADP + Pi + adenosinedehydrogenase + 29,4 kJ/mol

Hierbij wordt ATP omgezet in ADP, adenosinedifosfaat. ADP kan vervolgens nogmaal gehydrolyseerd worden, waarbij andermaal 29,4 kJ/mol vrijkomt, maar ook dat kan hier buiten beschouden blijven.

In rust verstookt een mens op een dag zo'n beetje zijn eigen gewicht aan ATP, terwijl er op elk willekeurig moment slechts zo'n 1g ATP in het lichaam aanwezig is. ATP kan namelijk vrijwel niet opgeslagen worden, en wordt direct na aanmaak geconsumeerd. ATP wordt deels vanuit andere moleculen aangemaakt, maar voor het overgrote deel wordt het gerecycled vanuit ADP. De hoeveelheid ATP + ADP is daardoor op elk moment vrijwel constant. Aanmaak vindt plaats in de mitochondrieën.

ATP komt helaas niet zomaar uit de lucht vallen. De natuur kunt een groot aantal metabolische reactiepaden om ATP te produceren. De volgende drie zijn hier het meest relevant:

  • Fosforcreatine-systeem;
  • Glycolyse;
  • Celademhaling.

In de volgende hoofdstukken worden deze processen nader besproken, gevolgd door een hoofdstuk over glucose, wat de grondstof is voor zowel glycolyse als celademhaling.

Fosforcreatine-systeem

Het fosforcreatine-systeem, phospho-creatine system, fosfaatpool, phosphagen system, of ATP/PCr-systeem, is het energiesysteem dat direct energie levert. Het hersynthetiseert gesplitste ATP-moleculen met behulp van fosforcreatine (PCr) en het enzym creatinekinase (CK):

ADP + PCr + CK --> ATP + Cr (?) + CK

Dit is een anaëroob proces, dat energie levert voor maximale inspanningen die niet langer duren 3 à 15 seconde. Dit systeem is vooral belangrijk omdat het geen aanlooptijd kent: Het kan gebruikt worden, terwijl de andere twee energiesystemen op gang komen. Ook later gedurende een sportprestatie kan van dit systeem gebruik gemaakt worden (Tom, p. 27), maar het is vooral belangrijk aan het begin. Voorbeelden:

  • Sprinten;
  • Verspringen;
  • Een snelle aanval of combinatie;
  • Bodybuilding.

ATP en ADP worden voortdurend gerecyceld, en zijn dus voortdurend beschikbaar. fosforcreatine, dat door het lichaam wordt gevormd uit fosfor en creatine, is hier de beperkende factor: Hersynthetisatie van fosforcreatine uit fosfaat en creatine, is namelijk relatief langzaam. Met meer creatine neemt zowel kracht als duur toe.

Hoe merk je dit?

Ik ken geen kenmerken waardoor ik kan herkennen dat ik op enig moment gebruik maak van dit energiesysteem, in tegenstelling tot de volgende twee systemen, die wel te herkennen zijn.

Kun je dit trainen?

In principe kun je het fosforcreatine-systeem trainen (Tom, p. 27), maar in de praktijk train je het in combinatie met het glycolyse-systeem.

Een voorbeeld van geïssoleerde training van dit systeem is waarschijnlijk wat bodybuilders doen. [1] behandelt training van dit energiesysteem voor roeiers, middels korte herhalingen met maximale intensiteit, en voldoende rust tussendoor om de hoeveelheid fosforcreatine op pijl te laten komen. Dit artikel betwijfelt het nut van het trainen van dit systeem, omdat dit energiesysteem slechts een beperkte bijdrage speelt in de sportprestatie vam roeiers. Waarschijnlijk speelt dit energiesysteem een grotere rol voor kickboksers. Een andere reden waarom het niet al interessant is om speciaal dit energiesysteem te trainen, is omdat het moeilijk is te scheiden van het glycolyse-systeem. Dit laatste systeem is sowieso belangrijker, en als je dat systeem traint, train je automatisch ook het fosforcreatine-systeem.

Een andere methode om de prestaties van dit systeem te vergroten, is middels een creatinesuplement. Waarschijnlijk zouden kickboksers hier baat bij hebben. Deze suplementen zijn meestal in de vorm van creatinemonohydraat. Het is geen doping, omdat het van nature in voedsel voorkoment, en omdat het geen androgene werking heeft. Verder hebben Jongeren van nature veel creatine in hun lichaam, en voor hen is een creatine-supplement daarom overbodig. Creatine houdt water vast in spieren. Je neemt dus wat toe in gewicht. Van nature bevindt creatine zich oa. in vlees (bv. biefstuk), en zoute haring [2].

Bronnen

Glycolyse

Voor activiteiten die langer duren dan zo'n 3 à 15 seconde, of wanneer er onvoldoende zuurstof is voor celverbranding, schakelt het lichaam over op glycolyse. Het werkt ongeveer zo:

Glycogeen --> glucose --> ATP + pyrodruivenzuur --> ATP + melkzuur

Glycogeen is het polymeer waarin glucose in het lichaam wordt opgeslagen. Hieruit wordt glucose vrijgemaakt. Vervolgens vindt de eigenlijke glycolyse plaats: Glucose wordt omgezet in ATP en pyrodruivenzuur. Indien er voldoende zuurstof is, wordt dat pyrodruivenzuur vervolgens geoxideerd. Echter, dit energiesysteem wordt meestal juist gebruikt wanneer er onvoldoende zuurstof is. In dat geval wordt pyrodruivenzuur in de citroenzuurcyclus omgezet tot melkzuur.

Je kunt ca. 2 à 3 minuten op glycolyse vooruit. Evenals het fosforcreatine-systeem is het een anaërobe bron van energie. Het levert iets minder momentale energie dan het phospho-creatinesysteem. Na inspanning heeft je lichaam zo'n 3 à 5 minuten nodig om voorraden glycogeen en fosforcreatine aan te vullen. Je kunt dus geen wedstrijd vechten op alleen glycolyse: Een ronde duurt al 3 minuten, en de pauze tussen ronden is maar 1 minuut, en dat is te weinig om dit aan te vullen. Verder dacht ik dat het een inefficiënt energiesysteem is. Het is ook niet gemaakt voor efficiëntie, maar voor snelle reactie en noodgevallen.

Nog iets over dat melkzuur: Dat doet pijn, en bij lichte inspanning wordt het alsnog geoxideerd. Daarom is het handig om na een intensieve training een cooling down te hebben met lichte inspanning waarbij je niet buiten adem raakt, om dit melkzuur af te voeren.

Let op: Glucoseverbranding

Glycolyse werkt alleen op glucose, en nog vrij inefficiënt ook. Dit in tegenstelling tot celverbranding, dat vet kan verbranden, en veel efficiënter werkt. Middels glycolyse ga je zodoende vrij snel door je glucosevoorraad heen, waarna gluconeogensis optreedt: je lichaam gaat spiermassa omzetten naar glucose. Glycolyse is dus ongewenst als je wilt afvallen. Daarvoor heb je oefeningen nodig op een lagere intensiteit zodat je voldoende zuurstof krijgt voor celademhaling.

Hoe merk je dit?

Als deze energiebron uitgeput raakt, merk je dat door de pijn van de melkverzuring. Ik denk dat dit is wat mensen bedoelen met 'het voelen branden'. Ga door, en op een gegeven moment kun je geen stap meer zetten en geen stoot meer geven.

Kun je dit trainen?

Weerstandstraining of (denk ik) intervaltraining, benutten zowel het phospho-creatinesysteem als het glycolyse-systeem.

Aërobe verbranding

Celademhaling, oxidatie, aërobe verbranding, aërobe energievoorziening, aërobe glycolyse, the oxidative system, etc., bestaat uit -- ik geloof - twee reactiepaden waarbij de citroenzuurcyclus een centrale rol spelen:

Glucoses + O2 --> 38 ATP + CO2 

en

Vet + O2 --> vetzuren + O2 --> 80-200 ATP  CO2

Van alle drie de energiesystemen is celademhaling verreweg de meest efficiënte, en tevens het systeem dat de meeste ATP kan produceren.

Hoe merk je dit?

Simpel: Doordat je steeds zwaarder gaat ademen. Optimale vetverbranding is bij een relatief lage hartslag, wanneer je nog redelijk kunt praten. Personal trainers verifieren dat door een praatje te maken terwijl iemand traint. Bij (ik geloof) ca. 85% van je maximale hartslag, train je je aerobe uithoudingsvermogen. Daarboven schakelt je lichaam geleidelijk over op anaerobe verbranding.

Kun je dit trainen?

Ja. Dat is wat bedoeld wordt met conditietraining.

Bronnen

Aërobe verbranding: Wel of geen glucose nodig?

Tom stelt in haar boek dat celademhaling altijd een beetje glucose nodig heeft. Ook om bv. lichaamsvet te verbranden. Dat is de reden waarom je volgens haar nooit op een lege maag moet trainen: Als die glucose eenmaal op is, treedt gluconeogenesis op, en ga je spieren verbranden. Een enkele trainer met wie ik dit besproken heb, aanhangt deze theorie: Nooit trainen op een lege maag. Ze noemt de slogan Fat burns in a flame of carbohydrates. Anita Bean stelt hetzelfde in haar boek Sportvoeding op pagina 15.

Sindsdien heb ik verscheidene trainers gesproken die zeiden dat je voor vetverbranding, en waarschijnlijk ook voor cardio, wel degelijk kunt trainen op een lege maag. Sterker nog, vetverbranding zou niet eens werken op een volle maag, omdat eerst de energie uit die maaltijd verbrand moet worden. Iemand nuanceerde dit als volgt: Bv. bodybuilding moet je nooit doen op een lege maag (waarschijnlijk vanwege de fosfor-creatine-cyclus en/of glycolyse), maar vetverbranding juist wel. En ook: Je kunt na bodybuilding nog prima vetverbranding/cardio doen, maar niet andersom: Je hebt die glucose echt nodig voor bodybuilding.

Iemand anders zei me, dat de wetenschap gewoon niet weet hoe dit precies zit, en dat je daarom moet uitproberen wat voor jou werkt. Daarnaast heb ik een manier gevonden om beide visies min-of-meer te verenigen: Ik kan me goed voorstellen dat trainen kort na een maaltijd niet werkt, omdat de energie uit die maaltijd eerst gebruikt wordt. Daarnaast zou vetverbranding op z'n hoogst maar heel weinig glucose vereisen. Daarom kan ik me goed voorstellen dat je in de praktijk wel degelijk vet verbrand door op een lege maag te trainen, zolang je dat maar niet uren achter elkaar doet, en je over voldoende lichaamsvet beschikt. Waarschijnlijk merk je zelf wel wanneer je suikerspiegel zakt. Daarnaast geloof ik dat je op een lege maag geen of weinig activiteiten moet doen die gebruik maken van anaerobe verbranding, omdat je dan wel snel door de glucosevoorraad heen bent, en dus spieren gaat verbranden. Nog iets concreter: 's Morgens een uur vetverbranding/cardio op een lege maag, gevolgd door een niet te intensieve kickbokstraining, lijkt me ok (ik heb op dit moment nog overgewicht). Als ik later op de dag een dergelijke dubbele training doe, eet ik niet gedurende de laatste twee uur voorafgaand aan de training.

Het antwoord op dit vraagstuk -- wel of niet glucose nodig voor aërobe verbranding? -- heeft allerlei gevolgen. Het bepaalt of je wel of niet kunt trainen op een lege maag. Het is ook van invloed op de vraag hoe lang je maximaal achter elkaar kunt trainen, omdat de maximale trainingsduur uiteindelijk wordt bepaald door de glucosevoorraad in je lichaam.

Bronnen

Hoe lang kun je trainen?

Volgens Tom heeft een mens een glucosevoorraad voor ca. één à anderhalf uur inspanning. Dit lijkt echter nogal afhankelijk te zijn van het soort inspanning en de intensiteit. Zelf heb ik de indruk dat ik zonder problemen twee uur voor sportbeoefening niet eet, vervolgens een uur vetverbranding doe (lage intensiteit), gevolgd door een uur matig-zware kickbokstraining.

De glucosevoorraad bevindt zich in de bloedbaan (bloedsuikerspiegel) en in de vorm van glycogeen in de lever en in spieren. Als die voorraad op is, schakelt het lichaam over op gluconeogenesis: Spierweefsel wordt omgezet in glucose.

Als je langer intensief sport dan ca. anderhalf uur (bv. omdat je een marathon loopt), hoe zorg je er voor dat je toch voldoende glucose hebt? Eén manier is door vlak voor sporten een maaltijd te eten die verwerkt wordt in ongveer dezelfde tijdsperiode als dat de training duurt. Practisch is dat niet: Het betekent dat je met een volle maag gaat sporten, en dat je naast de sportprestatie ook nog 's een volle maaltijd aan het verwerken bent.

Een andere oplossing is door tijdens het sporten te eten. En daar heb je sportdranken of gels voor. Die bevatten suikers met een hoge glycemische index, die snel omgezet worden in glucose. De truuk schijnt te zijn om de concentratie aan voeding in die dranken in de gaten te houden: Als deze boven een handjevol procenten ligt, hebben veel mensen moeite met de extra belasting die de vertering met zich meebrengt.

Als kickbokser heb je rondom wedstrijden hier niet mee te maken, maar het kan wel een rol spelen als je een of twee rondjes Sloterplas gaat lopen.

Overigens: De lichamen van getrainde duursporters passen zich hier op den duur op aan: Zowel aanmaak als afbraak van spierweefsel vertraagd. Daarnaast hebben marathanlopers een duidelijke rustperiode nodig voordat ze opnieuw zo'n prestatie kunnen leveren.