Energiegebruik en metabolisme (stofwisseling)

Tijdens inspanning kunnen de spieren gebruik maken van verschillende energiebronnen en energiesystemen. In dit artikel wordt kort ingegaan welke energiesystemen er zijn, van welke energiebronnen/voedingsstoffen het betreffende energiesysteem gebruik maakt. Ook wordt beschreven bij welk soort inspanning welk energiesysteem wordt gebruikt om in de vraag van energie te voorzien.

Waar bestaat het energiegebruik uit?
Voordat wordt ingegaan op de verschillende energiesystemen wordt eerst beschreven waar energie voor nodig is. Het totale energiegebruik bestaat uit:
• Basaal metabolisme (Basal Metabolic Rate; BMR)
• Thermische effect van voeding (TEF)
• Onwillekeurige bewegingen
• Willekeurige lichamelijke activiteit
• Groei
Het basaal metabolisme is het energiegebruik van het lichaam in totale rust. Het basaal metabolisme maakt 60 tot 70% uit van het totale energiegebruik. Genetische factoren, leeftijd, sekse, vetvrije massa, hormonen en het sympatische zenuwstelsel zijn van invloed op het rustmetabolisme. Thermische effect is het extra energiegebruik wat nodig is voor het verteren en absorberen van voedsel. Het thermische effect van voedsel maakt ongeveer 10% uit van het totale energiegebruik en wordt beïnvloed door de hoeveelheid en soort voedsel. Onwillekeurige bewegingen maken 2-5% uit van het totale energiegebruik en wordt beïnvloed door genetische factoren, hormonen en het sympatische zenuwstelsel. Willekeurige bewegingen kunnen sterk het energiegebruik beïnvloeden. Bij een persoon die matig actief is, maakt beweging ongeveer 30% ongeveer 30% van het totale energiegebruik uit. Afhankelijk of er sprake is van groei, kan groei sterk het energiegebruik doen toenemen.

De energiesystemen en hun energiebronnen
Het lichaam kent verschillende energiesystemen. Het doel van de verschillende energiesystemen is energie in de vorm van ATP (Adenosinetrifosfaat) leveren. ATP is de universele energiedrager in het menselijk lichaam. ATP is een molecuul wat drie fosfaatmoleculen bezit. De verbindingen tussen de fosfaatatomen zijn zeer energierijk. Als genoemde verbindingen worden verbroken, komt dus zeer veel energie vrij. Als ATP wordt afgebroken ontstaat ADP+P en energie. Het lichaam kan gebruik maken van de volgende energiesystemen:
• Vrij ATP
• Creatinefosfaat (CP)
• Anaërobe verbranding van glucose (=glycolyse)
• Aërobe verbranding van glucose
• Aërobe verbranding van vet

In de volgende paragrafen wordt hier kort op ingegaan.

Vrij ATP
In elke spier ligt in het cytoplasma een kleine hoeveelheid vrij ATP opgeslagen. Deze hoeveelheid is genoeg om twee tot vier seconden energie te leveren. Nu rijst mogelijk de vraag:
Waarom slaat het lichaam niet alle energie als ATP op?
Het antwoord is simpel. ATP is een groot en dus zwaar molecuul. Het lichaam zou ruim het eigen lichaamsgewicht aan ATP mee moeten dragen om in de energiebehoefte van een dag te kunnen voorzien. Dit is niet erg efficiënt.

CP
In elke spier ligt in het cytoplasma een kleine hoeveelheid CP opgeslagen. CP levert een fosfaatmolecuul aan ADP, zodat weer ATP ontstaat. In de spier ligt een hoeveelheid CP opgeslagen waarmee het lichaam 10 tot 30 seconden energie kan leveren.
Sprinten, bodybuilding en powerliften zijn sporten waarbij met name het ATP-CP systeem wordt gebruikt om energie vrij te maken.

Anaërobe verbranding van glucose (=glycolyse)
Glucose
kan zonder zuurstof worden afgebroken. Dit chemische proces waarbij energie vrijkomt noemt men glycolyse en vindt in het cytoplasma plaats. Wanneer 1 mol glucose wordt afgebroken ontstaan 2 moleculen (=2 mol) ATP. Naast de productie van ATP wordt er echter ook melkzuur geproduceerd. Melkzuur is een molecuul wat het interne milieu van de spier zuur maakt, waardoor de glycolyse niet meer verder kan gaan. Dit is het zware, branderige gevoel wat je hebt in je spieren na een zeer zware inspanning. Het zuur inactiveert fosfofructokinase (een enzym in de glycolyse) en dekt de tropomyosinekoppen af. Het lichaam kan ongeveer anderhalf tot drie minuten energie leveren middels de glycolyse.

Aërobe (betekent met zuurstof) verbranding van glucose
De aërobe verbranding van glucose en vet vindt altijd in de mitochondrie plaats.
Het lichaam kan er ook voor kiezen om glucose met zuurstof te verbranden. Als 1 mol glucose wordt verbrand, ontstaat er 38 mol ATP. Dit is 19 keer zoveel, dan bij de anaërobe energievrijmaking van glucose. Nu rijst er mogelijk wederom een vraag bij je:

Waarom verbrandt de spier niet alle glucose?
Het antwoord is wederom simpel: de aërobe verbranding van glucose is een relatief langzaam proces. Als het lichaam snel om energie (ATP) vraagt kan de aërobe verbranding van glucose deze niet leveren. Het lichaam zal dan anaeroob energie uit glucose vrijmaken.

Het lichaam draagt zelf een voorraad van glucose mee. Deze voorraad noemt men glycogeen. Ongetrainde mensen hebben ongeveer een glycogeenvoorraad van 400-500 gram. Getrainde mensen hebben een glycogeenvoorraad van 1000 gram. Deze glycogeenvoorraad is voldoende om tijdens zeer zware inspanning 45 tot 60 minuten energie te leveren.

Aërobe verbranding van vet
Vet kan alleen met zuurstof worden verbrand. Vet kan zeer veel energie leveren als het wordt verbrand en het is bijna onuitputtelijk in het lichaam aanwezig. Vet kan echter alleen worden verbrand als er zeer veel zuurstof aanwezig is. Bij inspanningen van zeer lage intensiteit wordt voornamelijk vet als energiebron gebruikt. Naarmate de inspanningsintensiteit toeneemt, wordt relatief minder vet verbrand. Absoluut neemt de vetverbranding echter steeds meer toe!! Het totale energieverbruik (totale hoeveelheid calorieën) is bij inspanningen van lage intensiteit echter zeer laag en dus zeker niet geschikt als afvalmethode. Hiervoor kan beter een aërobe inspanning van zeer hoge intensiteit worden gekozen. Hierbij is het energiegebruik veel hoger. Het is onjuist te denken dat vetverbranding pas na enige tijd inspannen op gang komt. Vetverbranding komt bijna direct bij inspanning op gang, alleen de bron is anders. Bij begin van inspanning wordt met namelijk vet die in de spier is opgeslagen (IMTG) verbrand, later ook het vet uit het onderhuidse vetweefsel. Vet in de spier wordt na inspanning weer aangevuld vanuit het vetweefsel.

Soort inspanning en energiesysteem
Bij zeer intensieve kortdurende inspanningen van bijvoorbeeld twee tot vier seconden, wordt voornamelijk gebruik gemaakt van het vrije ATP in de spier. Een voorbeeld is powerliften. Bij zeer intensieve inspanningen die tussen de 10 en 30 seconden duren, wordt gebruik gemaakt van het vrije ATP en CP in de spier. Voorbeelden van inspanningsvormen zijn: 100 en 200 meter sprint. Bij iets minder intensieve inspanningen die tussen de anderhalf en drie minuten duren, maakt het lichaam voornamelijk gebruik van de anaërobe glycolyse. Voorbeelden zijn: 800 meter hardlopen, 1500 meter bij schaatsen. Bij intensieve aërobe inspanningen maakt het lichaam gebruik van de aërobe verbranding van glucose. Voorbeelden zijn: tijdrit bij wielrennen, marathon. Bij aërobe inspanningen die minder intensief zijn, maakt het lichaam gebruik van de energievoorziening middels de verbranding van vet. Voorbeelden zijn: wandelen, rustig fietsen. Het energieverbruik bij deze vormen van inspanning zijn echter zeer laag en alleen effectief voor gewichtsvermindering wanneer het uren wordt gedaan.

Energiegebruik bij diverse inspanningen
Bewegen kost energie. Het energiegebruik kan uitgedrukt worden in calorieën.
Hieronder staan een aantal activiteiten en de hoeveelheid calorieën die je ermee verbrandt:
• Wandelen 3,2km/uur 3,0 kcal/kilogram lichaamsgewicht per uur
• Wandelen 4,0km/uur 4,0 kcal/kilogram lichaamsgewicht per uur
• Wandelen 5,6km/uur 5,5 kcal/kilogram lichaamsgewicht per uur
• Hardlopen 8,0km/uur 8,0 kcal/kilogram lichaamsgewicht per uur
• Hardlopen 10,0km/uur 10,5 kcal/kilogram lichaamsgewicht per uur
• Hardlopen 12,0km/uur 12,5 kcal/kilogram lichaamsgewicht per uur
• Hardlopen 15,0km/uur 15,5 kcal/kilogram lichaamsgewicht per uur
• Fietsen 17 km/uur 6,0 kcal/kilogram lichaamsgewicht per uur (op stadsfiets)
• Fietsen 23 km/uur 10,0 kcal/kilogram lichaamsgewicht per uur (op stadsfiets)
• Bodybuilding 7,0 kcal/kilogram lichaamsgewicht per uur
• Basketbal 6,0 kcal/kilogram lichaamsgewicht per uur
• Boksen 10,0 kcal/kilogram lichaamsgewicht per uur
• Voetbal 7 tot 10 kcal/kilogram lichaamsgewicht per uur
• Zwemmen 8 tot 10 kcal/kilogram lichaamsgewicht per uur
• Slapen 80 kcal/uur
Een man en vrouw met een matig intensief leven (=gemiddeld Nederlands leefpatroon) hebben respectievelijk 2500 en 2000 kcal nodig. Een wielrenner in de Tour de France kan tot wel 9000 Kcal nodig hebben.

Lees ook:

Loop geen inkomsten mis, schrijf over hobby, werk of studie en verdien extra inkomsten!

Maak je eigen geldmachine in 8 stappen en wordt financieel onafhankelijk

Doping in de sportschool (bodybuilding); een overzicht

Vertering van koolhydraten, eiwitten en vetten

Bouw en functies van vet in het lichaam

Transport en afbraak van vetten

Eiwitten; eiwitmetabolisme

Afbraak en opbouw van koolhydraten; koolhydraatverbranding

Afvallen, vetverbranding en bewegen

Soorten spieren, anatomie van spieren, werking van spieren

Sport en voeding

Bronnen:
A van Geel, Hermans J (2009) Sport en Voeding, De Vriesebosch, Baarn
RJ Maughan, Burke LM vertaald en bewerkt door J Hermans en G Rietjens (2004), Sportvoeding, Elsevier Gezondheidszorg