Energie op celniveau-Deel1

In onze cellen liggen energiefabriekjes, mitochondrien, die ervoor zorgen dat we energie hebben om bijvoorbeeld te bewegen. Om de spiercel van energie te voorzien beschikt het lichaam over drie energiesystemen die er allemaal voor zorgen dat de energiefabriekjes werken, dat energie kan worden afgetapt en dat de voorraden worden aangevuld.

 Energie tappen en opladen: Over ATP.

Moleculaire verandering van ATP naar ADP en weer terug waarbij een fosfaatgroep (P) wordt afgesplits om energie vrij te maken en daarna weer erbij wordt gezet (Bron:  dreamstime.com)
1 Moleculaire verandering van ATP naar ADP en weer terug waarbij een fosfaatgroep (P) wordt afgesplits om energie vrij te maken en daarna weer erbij wordt gezet (Bron: dreamstime.com)

Gelijk na activatie van een spiercel wordt er energie vrijgemaakt in de mitochondriën, dat zijn de energiefabrieken van de cel. Deze energiefabrieken geven gelijk energie af. Bijvoorbeeld tijdens de afzet van een sprint. De brandstof voor dit energiesysteem is ATP. Het zorgt voor maximale kracht, maar de voorraad ervan is beperkt. Na maximaal 20 seconde moet de voorraad worden aangevuld. We duiken nu eerst de cel in op moleculair niveau.

ATP is een afkorting voor Adenosine Tri Phosphate. Dit is een molecuul Adenosine (dus A) wat eerst drie (tri=3 dus T) fosfaatgroepen heeft (´phosphate´ dus P). Van deze fosfaatgroepen splitst één van die P´s af (zie Figuur), waardoor het geen drie (Tri) maar twee (di) groepen krijgt. Het nieuwe molecuul heet ADP Bij deze reactie komt energie vrij.  ATP wordt nu ADP (Di=2) dat arm is aan energie, de energie wordt in deze reactie dus afgetapt.

Om dit energie-arme molecuul ADP weer op te laden moet de missende fosfaatgroep er weer bij komen (Figuur 1). Deze reactie vindt onder andere ook plaats in de mitochondriën waar het proces oxidatieve fosforilatie heet (zie ook Figuur 1). Oxidatieve fosforilatie -het opladen van ADP naar ATP-heeft zuurstof nodig en is afhankelijk van andere energiesystemen. Het opladen van de energiemoleculen gebeurt echter niet gelijktijdig met het aftappen, waardoor het fosfaatsysteem maar kortdurend voor de volle 100% werkt. Doordat zuurstof nodig is voor het opladen zou je kunnen zeggen dat het wordt aangevuld door het derde energiesysteem, het zuurstof systeem.

Creatine-fosfaat

Dan is er nog creatine-fosfaat, ookwel phospho-creatine of PCr genoemd (zie ook Figuur 2). Hierbij is een fosfaat groep aan creatine gekoppeld, wat het geheel energierijk maakt. Ook deze fosfaatgroep kan worden afgesplitst. Deze fosfaatgroep kan worden gebruikt om een ADP molecuul weer op te laden naar ATP. Dit kan sneller gebeuren, lang voordat de oxidatieve fosforilatie op gang is gekomen. Door aanwezige creatine-fosfaat komen er dus weer ATP ´s bij en creatinefosfaat kan het fosfaatsysteem als het waren opladen (Figuur 2). Aangezien de hoeveelheid creatine in de cel beperkt is heeft dit systeem een tijdslimiet. De spiercel kan met het creatine-fosfaat systeem voor maximaal 20 seconde aan energie leveren, met het grootste vermogen in de eerste 6 seconde van de inspanning (Bompa en Buzzicelli).

2. Moleculaire verandering van ATP naar ADP en weer terug waarbij een fosfaatgroep (P) wordt afgesplitst om energie vrij te maken en daarna weer erbij wordt gezet (a,b) en waarbij Creatine en Creatinefosfaat (Phosphocreatine) in elkaar worden omgezet Bron: https://doi.org/10.1016/j.aca.2018.03.027)

Training van het fosfaat systeem

In rust zijn er ongeveer 1 miljoen ATP moleculen per cel aanwezig, allemaal worden ze elke 2 minuten vervangen. In beweging stijgt dit aantal tot wel 1000 keer meer! (Meyer en Wiseman, 2012). Als de intensiteit van beweging meer dan 60 % is van de maximale zuurstofopname (VO2max), wordt glucose de belangrijkste energiebron (Jensen en Richter, 2012). De omzetting van glucose en vetzuren zal ik volgende keer beter toelichten.

We spreken van capaciteit om uit te drukken hoe lang creatinefosfaat beschikbaar is en dus hoe lang dit systeem werkt (Tabel 1).  Daarna moet het weer ´opladen´, wat betekent dat de mitochondriën van de energiearme ADP weer energierijke ATP maken. Vervolgens kan het proces weer opnieuw beginnen. Hoe snel het oplaadproces plaatsvindt en hoeveel het systeem wordt opgeladen is afhankelijk van de andere energiesystemen.

Vuistregels voor training

Als vuistregel geldt dat het creatine-fosfaat systeem bij volledige rust 2 minuten nodig heeft om op te laden. Na 17 seconde is het systeem voor 50% opgeladen, na 34 seconde voor 75%, na 51 seconde voor 87.5% .

Wanneer men de capaciteit van het fosfaatsysteem wil trainen zou een werk/rust verhouding van 1/3 kunnen worden gehanteerd. Bijvoorbeeld 20 sec werken (maximale inzet) met daarna 1 min rust. Die rust kan actief zijn bijvoorbeeld bij een getrainde kickbokser door rustig schaduwboksen te doen of een andere spiergroep te laten bewegen dan waarmee je de hoge intensiteits oefeningen doet.

Door het fosfaatsysteem uit te putten komt er een prikkel voor de cel om meer mitochondriën te maken. Zodanig wordt de fosfaatpoel vergroot, en spreken van een verhoogde capaciteit. Een trainingsvorm die hier goed bij past is hoge intensiteit intervallen training (HIIT).

Literatuur referenties:

Bompa en Buzzichelli, ´Periodization Training for Sports, derde editie

Meyer RA, Wiseman RW. The metabolic systems: control of ATP synthesis in skeletal muscle. In: Farrell PA, Joyner MJ, Caiozzo VJ, ed. ACSM’s Advanced Exercise Physiology. 2nd ed. Philadelphia, PA: Wolters Kluwer; 2012:363–378. 17.

Jensen TE, Richter EA. Regulation of glucose and glycogen metabolism during and after exercise. J Physiol (London). 2012;590:1069–1076.