ATP<------>ADP + P + energie

In ons lichaam, meer bepaald in de spieren, zijn slechts minieme hoeveelheden ATP opgeslagen, voldoende om ons gedurende een paar seconden van energie te voorzien. Wanneer we een inspanning leveren moet er bijgevolg beroep gedaan worden op andere energiebronnen.

Waar komt onze energie vandaan?
In onze voeding zijn er 4 stoffen die kunnen omgezet worden in energie

• Koolhydraten
  
• Vetten
  
• Eiwitten
  
• Alcohol
  

Wanneer we eten worden deze voedingsstoffen omgezet in het maag-darmstelsel tot kleinere deeltjes die door de darmwand kunnen opgenomen worden en zo in de bloedstroom terecht komen. Koolhydraten worden omgezet in monosachariden zoals glucose, fructose en galactose, vetten in vetzuren en eiwitten in aminozuren. Alcohol wordt zeer snel opgenomen en komt snel in de bloedstroom terecht.
Het uiteindelijke doel van deze voedingsstoffen is het leveren van energie, alhoewel koolhydraten, eiwitten en vetten ook andere belangrijke functies vervullen.
Koolhydraten en alcohol leveren de snelle energie; vetten worden gebruikt als energie-reservoir voor tragere en langdurige inspanningen terwijl eiwitten noodenergie leveren indien bv. koolhydraten tekort schieten. Eiwitten kunnen aan het eind van hun "levens" cyclus eveneens als energiebron verbruikt worden..
Vroeg of laat eindigen alle voedselcomponenten als energiebron.


Meten van energie
Omdat een groot gedeelte van de energie vrijkomt als warmte kan men deze warmte gebruiken als maat voor energie. In wetenschappelijke termen is 1 Joule de energie die nodig is om 1 kg te verplaatsen over 1 meter met de kracht van 1 Newton.
Maar vaak wordt gebruik gemaakt van de (kilo)calorie als meeteenheid voor energie. Hierbij is 1 cal de warmte die nodig is om 1 gram water met 1 ° C te doen stijgen. Omdat deze eenheiden zeer klein zijn maakt men gebruik van de kilojoule kJ of de kilocalorie (kcal).

Een voorbeeld:
Een wielrenner van 70 kg (+10 kg fiets, kledij, drank) bestijgt een col van 7% gedurende 15 km.
Energie (joule) = massa x g x h
Massa=80 kg, g= 9.8 , h = 1050 meter…… m x g x h = 823.200 Joules
Rendement van de arbeid 25%
823.200 Joules x 4 = 3.292.800 Joules of 3.293 kJ ( 784 kcal)

Om kilocalorieën om te zetten in kiloJoules vermenigvuldigt men met 4.2
Om kiloJoules om te zetten in kilocalorieën deelt men door 4.2

Energieverbruik
Om te weten hoeveel energie een wielrenner dagelijks nodig heeft kan men gebruik maken van tabellen en formules.

De energie die men dagelijks nodig heeft is de energie voor het basaal metabolisme ( alle activiteiten van een lichaam in rust zoals hartwerking, ademhaling, urineproductie,…en de energie voor de activiteit (dagelijkse activiteit +sport)
Om een idee te krijgen van het energieverbruik van een wielrenner (mannen) kan men gebruik maken van de volgende formules:

Berekening van het basale energieverbruik

Activiteitsberekening

Energieverbruik voor wielrennen

Voor de berekening van het energieverbruik van een wielrenner moet men:

• Eerst het basaal metabolisme berekenen (afhankelijk van geslacht, leeftijd, lichaamsgewicht)
  
• Rekening houden met de dagelijkse activiteit
  
• Rekening houden met het energieverbruik tijdens fietsen
  Voorbeeld:
  
• Een wielrenner van 75 kg en 20 jaar heeft een basaal metabolisme van 15.3 x 75 kg + 679 = 1827 kcal
  
• Voor zeer geringe activiteit 1837 kcal x 1.3 = 2375 kcal
  
• 2 uur fietsen aan 30 km/uur = 12 x 2 uur x 75 kg = 1800 kcal

Dagelijkse behoefte: 2375 kcal + 1800 kcal = 4175 kcal

Energie uit voeding
Verschillende voedingstoffen, verschillende hoeveelheid energie
Voedingsmiddelen bestaan uit verschillende hoeveelheden koolhydraten, vetten eiwitten en eventueel alcohol. Deze verschillende voedingsstoffen leveren niet dezelfde hoeveelheid energie wanneer ze worden afgebroken in het lichaam. Zo levert 1 gram vet 9 kcal, 1 gram koolhydraat of eiwit 4 kcal en 1 gram alcohol 7 kcal.

Vet, met 9 kcal per gram, is een zeer geconcentreerde energiebon. Het levert ons lichaam meer dan tweemaal zo veel energie dan koolhydraten of eiwitten en zelfs meer energie dan alcohol.
Voedingsmiddelen bestaan meestal uit verschillende soorten voedingsstoffen. De uiteindelijke hoeveelheid energie van een voedingsmiddel hangt af van de hoeveelheid eiwit, vet en koolhydraten dat het bevat.

2 sneetjes volkorenbrood (80 g ) leveren evenveel kcal als 1 zakje chips (30 g) of ongeveer 160 kcal . De samenstelling is echter verschillend. In 2 sneetjes volkorenbrood zitten slechts 1.6 gram vetten terwijl in het zakje chips 10.5 gram vet zit.

Berekening van de hoeveelheid energie uit eiwitten, vetten, koolhydraten

100 g chips bevat 6 g eiwit, 35 g vet en 52 g koolhydraten

5 g eiwit x 4 = 20 kcal
35 g vet x 9= 315 kcal
52 g koolhydraat x 4 = 208 kcal Totaal 543 kcal

Om het % energie uit koolhydraten te berekenen:
Aantal g koolhydraten x 4 x 100
Totaal kcal = % energie uit koolhydraten

Om het % energie uit vetten te berekenen:
Aantal g vetten x 9 x 100
Totaal kcal = % energie uit vetten

Om het % energie uit eiwitten te berekenen:
Aantal g eiwitten x 4 x 100
Totaal kcal = % energie uit eiwitten

Om het % energie uit alcohol te berekenen:
Aantal g alcohol x 7 x 100
Totaal kcal = % energie uit alcohol

5 g eiwit x 4 = 20 kcal 4% eiwit
35 g vet x 9= 315 kcal 58% vet
52 g koolhydraat x 4 = 208 kcal 38% koolhydraten
Totaal 543 kcal

3 energiesystemen en hun brandstofmengsel

Naargelang de duur en de intensiteit van de inspanning, kan het lichaam beroep doen op 3 verschillende energiesystemen om de opgeslagen energie om te zetten in mechanische energie en dus ATP te vormen.

Het anaëroob alactisch systeem
De cel beschikt over een beperkte hoeveelheid energierijke fosfaten (ATP zelf, maar vooral creatinefosfaat) om korte, zeer intense inspanningen, gedurende enkele seconden mogelijk te maken.
De afbraak van fosfocreatine gebeurt zonder de tussenkomst van zuurstof (anaëroob) en zonder vorming van melkzuur (alactisch).
Indien de spiercel enkel over energierijke fosfaten zou beschikken, dan zou er dus voldoende energie kunnen vrijkomen om gedurende een 6-tal seconden met maximale intensiteit een inspanning uit te voeren. In werkelijkheid zullen bij maximale inspanning onmiddellijk ook andere processen geactiveerd worden, zodat er op het einde van die 6 seconden toch nog energie beschikbaar blijft. Natuurlijk zijn deze andere processen niet in staat om even snel ATP te leveren, zodat de intensiteit van de inspanning onvermijdelijk afneemt. Dit is typisch wat gebeurt bij alle sprintactiviteiten: gedurende ongeveer 7 seconden kan de snelheid maximaal aangehouden worden, maar dan wordt er vertraagd. De energierijke fosfaten zijn niet alleen de belangrijkste bron van energie voor sprintnummers, maar ook voor andere explosieve inspanningen: een versnelling tijdens bvb. voetbal, basketbal, volleybal, het opheffen of weggooien van een gewicht, het werpen van een speer, een snelle actie in een judo- of karatewedstrijd, een opslag of volley in het tennis, een smash tijdens tafeltennis ….
De energierijke fosfaatreserves moeten constant aangevuld worden: zoniet kunnen zelfs sub-maximale inspanningen slechts korte tijd aangehouden worden. Ook exogeen (door creatinesupplementen) kan de hoeveelheid creatinefosfaat in de cel gemanipuleerd worden.

Het anaëroob lactisch energiesysteem
Voor maximale inspanningen van circa 1 minuut blijft de energielevering voornamelijk anaëroob (zonder zuurstof). Glucose wordt zeer snel afgebroken tot melkzuur en hierbij komen (slechts) 2 ATP molecules vrij
Dit systeem wordt maximaal gebruikt bij intense inspanningen die langer dan enkele seconden duren, maar korter zijn dan een 2-tal minuten: bvb. 1 km fietsen op piste, 100 meter zwemmen, 400 meter lopen. Het is ook noodzakelijk voor snelheidsveranderingen tijdens duurinspanningen: bv. de wielrenner die in de achtervolging gaat, of de marathonlopers die versnellen naarmate de eindstreep in zicht komt.

De anaërobe afbraak van suikers wordt niet alleen gekenmerkt door de opstapeling van melkzuur, maar ook door een erg snelle afbraak van de suikerreserves in het lichaam. Voor inspanningen die langer dan enkele minuten duren zal dit systeem dus niet voldoen.


Het aëroob energiesysteem
Als de intensiteit wat daalt en de duur van de inspanning toeneemt, zal de energielevering meer en meer met tussenkomst van zuurstof gebeuren. Deze vorm van energielevering wordt dan ook aërobe (met zuurstof) energielevering genoemd. Het is hèt energiesysteem van de duuratleet.
Naast suikers zullen natuurlijk ook vetten, en bij zware inspanning zelfs eiwitten, als energiebron gebruikt worden.
Onder aërobe omstandigheden kan 1 glucosemolecule 38 ATP molecules vrijstellen (in plaats van 2). Het systeem is dus twintig maal efficiënter dan de anaërobe afbraak van glucose.
In dit systeem kunnen ook vetten worden verbrand tot energie. Echter alleen wanneer de energiebehoeften relatief gering zijn want vet verbranden gebeurt traag (= dieselbrandstof) . Voordelig is wel dat 1 vetzuurmolecule van 80 tot 200 ATP moleculen kan genereren!

Wat met melkzuur?
Melkzuur dat wordt gevormd gedurende bijna alle types van inspanning ( niet alleen tijdens anaërobe inspanning) kan opnieuw worden omgezet tot energie. Dit kan gebeuren in de spiercel of in de nabij gelegen spiercellen in dezelfde spier, op voorwaarde dat er voldoende zuurstof aanwezig is. Melkzuur kan eveneens naar de lever worden vervoerd via de bloedstroom en daar terug tot glucose omgezet.

Energiesystemen en hun brandstoffen

Vermoeidheid
Bij anaërobe inspanningen zijn de energierijke fosfaten (ATP en creatinefosfaat) en het glycogeen de belangrijkste energieleveranciers. Alhoewel verzuring (metabole acidose) en ionenstoornissen hier de belangrijkste oorzaken van vermoeidheid zijn kan ook een lage spierglycogeenreserve bijdragen tot vermoeidheid. Bij aërobe inspanningen is glycogeen een belangrijke energieleverancier en is de voornaamste oorzaak van vermoeidheid een lege tank (uitgeputte glycogeenvoorraden in de spier). In het begin van de aërobe inspanningen is het spierglycogeen de belangrijkste energiebron maar wanneer de inspanning langer duurt zal ook het bloedglucose een belangrijke rol gaan spelen. Om te weten hoe we vermoeidheid kunnen uitstellen is het nuttig om de verschillende brandstofvoorraden in het lichaam te kennen.
Energievoorraden in het lichaam

Koolhydraten
De koolhydraatvoorraad in het lichaam bevindt zich vooral onder vorm van glycogeen in de lever en in de spier. Dit glycogeen is een grote molecule die is samengesteld uit lange ketens van glucose. Iedere molecule glycogeen bevat ongeveer driemaal zijn gewicht aan water.
De koolhydraatvoorraden in het lichaam zijn beperkt in omvang! Dit is net als een benzinetank, er kan slechts een zeker hoeveelheid brandstof in worden opgeslagen.
De hoeveelheid glycogeen die kan worden opgeslagen in het lichaam bedraagt ongeveer 2000 kcal of voldoende om het lichaam 1 dag van energie te voorzien, indien we niet zouden eten . (Of om 90 minuten te fietsen aan 80% van de maximale zuurstofopnamecapaciteit).

Energiereserves (koolhydraten) voor een persoon van 70 kg
Energiereserve gewicht/volume koolhydraatvoorraad (g) potentiële hoeveelheid kcal
Lever 1.8 kg 70 g (van 0 g tot 135 g) 280
Spierweefsel 32 kg 450 g (van 300 g tot 900 g) 1800
Extra cellulair vocht 12 liter 10 g (van 8 g tot 11 g) 40
De schuingedrukte waarden zijn de extremen die mogelijk zijn. Het verschil tussen "goed geladen" en "leeg" zijn

De bloedbaan bevat een kleine hoeveelheid koolhydraten (het bloedglucosegehalte). De concentratie van dit bloedsuikergehalte wordt binnen zeer nauwe grenzen geregeld om normaal te functioneren. Zowel tijdens inspanning als tijdens rust moet het bloedsuikergehalte op peil blijven (normaalwaarde bloedglucose: 0.6 tot 1.1 g/liter). Een laag bloedsuikergehalte noemt men hypoglycemie.

Vetten
Vetten worden opgeslagen als vetweefsel in het gehele lichaam. Een kleine hoeveelheid vet vindt men in het spierweefsel (intramusculair vet) maar de hoofdmoot is gestockeerd rond de organen en onder de huid.

Energiereserves (vetten) voor een persoon van 70 kg
Energiereserve potentiële hoeveelheid kcal
Lever 450
Spierweefsel 350
Vetweefsel 135.000

Hoeveel vet een persoon heeft is voornamelijk afhankelijk van zijn genetische opmaak (zie ouders, grootouders) en van zijn of haar levenswijze ( voeding, (in)activiteit).

Eiwitten
De eiwitten worden niet op dezelfde manier opgeslagen als vetten en koolhydraten. Eiwitten zijn de bouwstenen voor de vorming van de lichaamsweefsels (spieren, organen, huid, bloed, …) en dienen eigenlijk niet als energieleveranciers. Toch kunnen eiwitten ook afgebroken worden en omgezet in energie in noodsituaties.

Energiebronnen tijdens inspanning
Koolhydraten, vetten en eiwitten zijn mogelijke energieleveranciers, ze kunnen allen worden vervoerd naar de spiercellen, er worden afgebroken, en omgevormd tot energie.
Alcohol kan dit niet rechtstreeks. Enkel de lever bezit specifieke enzymen om alcohol om te zetten. Het heeft dus geen zin om rondjes te lopen wanneer men te veel gedronken heeft. De lever verwerkt alcohol aan gemiddeld 150 mg per kg en per uur. Dit wil zeggen dat een persoon van 75 kg ongeveer 11 gram alcohol kan verwerken per uur (1 glas wijn of bier).
Eiwitten leveren slechts een gering deel van het brandstofmengsel tijdens inspanning. Alleen tijdens "energiecrisissen", wanneer na een uitputtende bergrit de spieren leeg zijn, kunnen eiwitten ongeveer 10% van het brandstofmengsel leveren. Ook tijdens dieetperiodes, wanneer door koolhydraatarme diëten de spieren leeg zijn, wordt eiwit verspild als energiebron.
De productie van ATP tijdens inspanning komt dus voornamelijk van de verbranding van koolhydraten en vetten.

Welke brandstof kiest het lichaam?
De hoeveelheid brandstof en de soort brandstof die wordt gebruikt is afhankelijk van:

• Duur en intensiteit van de inspanning
  
• Fitnessniveau en trainingsprogramma
  
• Dieet en voedingsstatus
  

De intensiteit
Het brandstofmengsel (de koolhydraat/vetverhouding) die wordt gebruikt tijdens een sprint verschilt van het mengsel tijdens een lange duurinspanning. Naarmate de intensiteit van de inspanning stijgt, daalt de hoeveelheid vet in het brandstofmengsel.
Tijdens inspanningen met een lage tot matige intensiteit worden koolhydraten én vetten verbrand. Naarmate de intensiteit stijgt, stijgt het totale energieverbruik maar daalt het aandeel van vetten in het brandstofmengsel.
Bij zeer intense inspanningen worden enkel koolhydraten gebruikt als energieleverancier.
Figuur 1


Traag trainen, meer vet verbranden?
Een vraag die in dit verband zeer dikwijls wordt gesteld is of het beter is om te trainen aan een lage intensiteit om meer vet te verbranden? Dit is niet noodzakelijk het geval. Alhoewel vet een groter energiepercentage inneemt bij inspanningen aan een lage intensiteit moet men steeds rekening houden met de totale hoeveelheid kcal die worden verbruikt.
Door 1 uur te sporten aan een zeer lage intensiteit zal men ongeveer evenveel vet verbranden als door 1 uur zeer intens te sporten. Wanneer het doel is om vet te verbranden (vermageren) en de tijd is beperkt kiest men beter voor inspanningen met een hogere intensiteit omdat op die manier het energieverbruik ook hoger is.
Is men niet fit genoeg of geniet men meer van laag-intense inspanningen, sport dan lang en traag. Uiteindelijk is het om te vermageren belangrijk om rekening te houden met het totale energieverbruik en niet zozeer om naar de % vetverbranding te kijken.

Vetverbruik tijdens diverse inspanningen

De Duur
Wanneer de inspanning lang duurt zal men steeds meer vet en minder koolhydraten verbranden. Het lichaam spaart als het ware zijn koolhydraatreserve. Glycogeen in de spieren is beperkt aanwezig en kan uitgeput raken. Dit gebeurt na:

• 90 tot 180 minuten aan een intensiteit van 60 tot 80% van de maximale aërobe capaciteit (fietsen, lopen…)
  
• 30 tot 45 minuten aan een hoog intense/anaërobe inspanning (bv. gewichttraining)
  
• 45 tot 90 minuten van een duur/anaërobe activiteit (bv. voetbal)
  

Op het einde van een lange duurinspanning, na 3 -4 uur uur, zijn de koolhydraatvoorraden in de spier uitgeput. In dit stadium wordt gezocht naar andere energiebronnen. De afbraak van koolhydraten uit de lever, energie uit de afbraak van aminozuren (afkomstig van eiwitafbraak) en uit melkzuur. In dit stadium is vet uiteraard een belangrijke energiebron. Wanneer de koolhydraatvoorraad echter uitgeput is kan de vetverbranding niet meer doorgaan. Vetten branden in het vuur van de koolhydraten wil zeggen dat er steeds een minimum aan koolhydraten nodig is in het energiemengsel.
Gaat de inspanning door wanneer de lever en spierglycogeenreserves zijn uitgeput dan kan een laag bloedsuikergehalte optreden ( vermoeidheid, duizeligheid, misselijkheid, appelflauwte…)

Het fitheidsniveau
Het resultaat van een aërobe training is dat spieren leren om meer vet te verbranden en koolhydraten te sparen. Dit wil zeggen dat getrainde atleten langer kunnen doorgaan vooraleer de koolhydraatreserve opraakt. De natuurlijke aanpassing van een lichaam na aërobe training is dat dit efficiënter leert vetten afbreken, transporteren en omzetten tot energie.

De voeding
Het belang van koolhydraten voor het leveren van goede duursportprestaties werd reeds in de jaren dertig (Christensen en Hansen) aangetoond. Ze bewezen dat een koolhydraatrijk dieet prestatieverhogend werkte. Het was echter pas in de jaren 60 (Bergström et al.) dat men erachter kwam dat het de grootte van de spierglycogeenreserve (afhankelijk van de hoeveelheid koolhydraten in de voeding) de prestatie kon beïnvloeden.

De Bergström studie:
Drie groepen atleten werden gevormd. De eerste groep at een koolhydraatarm dieet, de tweede groep een normaal dieet en de derde groep een koolhydraatrijk dieet. Het spierglycogeen in de beenspieren van diegenen die een normaal dieet aten was tweemaal hoger dan dat van de eerste groep. In de koolhydraatrijke groep was het spierglycogeen zelfs 7 maal hoger! Bij een inspanningstest aan 75% van de VO2 max tot uitputting fietste de eerste groep 60 minuten, de tweede 1 uur 44 minuten en de derde groep 2 uur 50 minuten. Dit experiment bewees het verband tussen de koolhydraten in de voeding, de hoeveelheid spierglycogeen en de inspanningscapaciteit.