ATP: de energie voor de spieren

Alle cellen in ons lichaam hebben een continue aanvoer van energie nodig om te kunnen blijven functioneren. Uiteindelijk wordt die energie geleverd door de voeding die we eten. De lichaamscellen gebruiken de energie die beschikbaar komt echter niet direct; ze hebben ATP nodig. ATP is de chemische energie die direct beschikbaar is voor alle cel functies, inclusief spiercontractie. ATP staat voor adenosinetrifosfaat en heeft een complexe chemische structuur.

Een klein gedeelte van de ATP is beschikbaar in de cellen, echter het overgrote deel van de ATP dat wordt gebruikt voor het samentrekken van de spieren, is afkomstig uit ons voedsel.

ATP uit voeding

Ons voedsel is opgebouwd uit een samenstelling van drie macronutriënten (voedingsstoffen): koolhydraten, vetten en eiwitten. In het spijsverteringsproces worden deze nutriënten afgebroken tot de meest simpelste vorm. Koolhydraten worden verteerd tot de basisbouwsteen glucose, vetten worden afgebroken tot vetzuren en eiwitten tot aminozuren. Deze basisbouwstenen worden vervolgens in het bloed geabsorbeerd en naar de actieve cellen zoals spiercellen en zenuwcellen getransporteerd.

De koolhydraten, vetten en eiwitten die we binnenkrijgen worden of direct gemetalliseerd (afgebroken/omgezet) om ATP te produceren, of deze worden opgeslagen als energie voor periodes waarin een verhoogde energiebehoefte is.

Een te veel aan glucose wordt bijvoorbeeld opgeslagen als glycogeen in de spier- of levercellen. Het te veel aan glucose dat we binnenkrijgen wordt opgeslagen als als overtollig vetweefsel (lichaamsvet). Vetzuren met name de verkeerde vetzuren – de verzadigde- en transvetzuren – die net als glucose ook niet direct gebruikt worden voor de productie van ATP, worden ook als lichaamsvet opgeslagen. Daarentegen worden relatief weinig proteïnen (aminozuren) die we eten gebruikt voor de energievoorziening. Dit is ook de reden waarom we moeten oppassen met het eten van te veel koolhydraten en vetten, terwijl we nooit iemand horen over dat een te veel aan eiwitten je dik maken.

ATP-productie door verschillende metabolische systemen

Hoewel ATP in de (spier)cellen opgeslagen kunnen worden, is de hoeveelheid ATP die direct beschikbaar is voor spiercontractie uiterst gelimiteerd. Er is genoeg energie (ATP) in de spiercellen aanwezig voor inspanningen van slechts een paar seconden. Daarom moet ATP continu gesynthetiseerd worden. Het lichaam kan beroep doen op drie energiesystemen om de benodigde brandstof voor de spieren te resynthetiseren.

Anaeroob alactisch energiesysteem (fosfagen systeem)

De ATP productie gebeurt het snelst in het anaeroob alactisch energiesysteem. Dit systeem is actief aan het begin van een maximale inspanning, zoals een sprong of het optillen van iets heel zwaars. Op dat moment kan het lichaam niet voldoende zuurstof naar de spieren transporteren, om aan de energiebehoeftes te voldoen.

In dit proces staat de splitsing van ATP centraal, waar de nodige energie wordt vrijgemaakt voor de contractie van de spieren. Dit systeem is het meest efficiënte energiesysteem, waardoor de concentraties van ATP nauwelijks dalen, zelfs tijdens de meest zware inspanningen als bijvoorbeeld een sprint.

De energie die doormiddel van dit systeem vrijkomt, is slechts voldoende voor inspanningen van een paar seconden. Als je een inspanning hebt die langer duurt dan slechts enkele seconden, dan wordt ATP gevormd door de resynthese (het heropladen van ‘de batterij’) door andere energiesystemen.

Anaeroob lactisch energiesysteem

Als een maximale inspanning langer dan 20 seconden duurt, dan zal het aneroob lactische energiesysteem in werking treden. In dit proces worden suikers (glycogeen) afgebroken zonder dat er zuurstof voor nodig is, waarbij dus de nodige energie vrijkomt voor het aanvullen van het ATP. Dit proces wordt ook wel anaerobe glycolyse genoemd. Anaeroob betekend letterlijk zonder zuurstof.

Tijdens heftige inspanningen is de zuurstoftoevoer naar de spieren onvoldoende, de energielevering zal dan altijd via de anaerobe glycolyse gebeuren, doordat hierbij geen zuurstof nodig is voor de productie van ATP. Dit systeem is in staat om ATP snel te leveren en is geschikt voor een iets langere periode dan het anaeroob alactisch energiesysteem, zo’n 1 tot 3 minuten.

Aerobe energiesysteem

Naarmate de inspanningsduur toeneemt, zal meer en meer van de benodigde energie gevormd worden in het aerobe energiesysteem. Doordat aeroob letterlijk betekend in het bijzijn van zuurstof, heeft het aerobe energiesysteem een continue aanvoer van zuurstof  – dat door de bloedsomloop wordt geleverd –nodig.

De aerobe glycolyse vindt plaats in zogenaamde energiefabriekjes van de cel, oftewel de mitochondria. Dit zijn gespecialiseerde celstructuren die enzymen bevatten (oxidatieve enzymen) die nodig zijn om zuurstof te kunnen gebruiken voor de productie van ATP. Dit systeem is erg efficiënt en wordt voornamelijk gelimiteerd door het cardiorespiratoire systeem om voldoende zuurstof te vervoeren.

In onderstaand filmpje wordt (in het engels) de werking van de drie systemen nader toegelicht.

[youtube]http://www.youtube.com/watch?v=PQMsJSme780&list=PL169FE15123C5378B[/youtube]

Lage intensities-training ≠vet verbranden

Wat de kern is, is dat je energie die je verbruikt niet door dezelfde energiesystemen geleverd worden, maar elk specifieke eigenschappen hebben, en ook elk een eigen energiebron hebben.

Koolhydraten en vetten worden verbruikt bij lage intensiteits-trainingen doordat deze in de aerobe glycolyse verbruikt worden, in het bijzijn van zuurstof. Glucose, of de opgeslagen vorm glycogeen worden afgebroken in het anaerobe systeem, waarbij dus geen zuurstof nodig is.

Het feit dat vooral bij relatief rustige trainingen (trainingen waarbij je jezelf weinig hoeft in te spannen) koolhydraten en vet verbrand worden, betekend niet dat je met lage hartslag moet trainen om vet te verbranden. Ondanks dat de displays op hometrainers, loopbanden, of ergometers die je in de sportschool vindt, dit wel aangeven. Dit is helemaal niet waar, in relatieve zin verbruik je meer vetten en koolhydraten maar in absolute zin verbrand je veel minder vet.

Als je een training op lage hartslag uitvoert, betekend dit dat je relatief meer vetten dan koolhydraten verbrandt voor de energieaanvoer van je spieren. Echter, het trainen met een hogere intensiteit (70-90% van je VO2-max) zorgt ervoor dat je in absolute zin veel meer vet verbrand doordat je veel meer energie van je lichaam vraagt.