METABOLISME EN VOEDING - WEEK 4
MODULE 4.2: HOE HET MENSELIJK LICHAAM ENERGIE UITGEEFT
Ons energiemetabolisme is zeer efficiënt, dit komt omdat we vroeger leefde in periodes
met voedselschaarste. Maar nu leven we in een samenleving waar energie-dens voedsel
het goedkoopst is en 24/24 verkrijgbaar is, zo wordt om een omgeving gecreëerd waarin
iedereen te dik wordt = obesogene leefomgeving.
GROOTTE VAN ENKELE ENERGIEREKENINGEN
Wat we vooral verbruiken:
• ∆ Kinetische energie. Bijvoorbeeld een topatleet (massa 75 kg) die zijn
topsnelheid van 10 meter per seconde bereikt op de 100 m sprint, heeft op dat
moment een toename van de kinetische energie van 4 kJ. Die rekening wordt
betaald door het verbranden van vooral suikers in de beenspieren. (formule zie
slide)
• ∆ potentiële energie. Bijvoorbeeld vier studenten hebben een gezamenlijke
lichaamsmassa van 250 kg en wandelen/lopen tegen de gravitatie in het
trappenhuis van KU Leuven O&N1 van de begane grond naar het 9e verdiep:
gezamenlijke toename van potentiële energie van 20 meter stijgen: 50 kJ. Ook
deze rekening wordt betaald door het verbranden van vooral suikers (ook
vetzuren) in de beenspieren. (formule zie slide)
• De hersenen: van een baby een nacht laten slapen. De gemiddelde dagelijkse
energiebehoefte van een volwassen mens is ongeveer 8000 kJ. Hiervan
gebruikten de hersenen ongeveer 20% dus 1600 kJ per dag of 67 kJ per uur. Het
zal misschien verbazen,maar de (relatief grote!) hersenen van een baby
gebruiken bijna evenveel energie als van een volwassene. Voor een nachtrust van
12 uur is de energierekening van de babyhersenen dus ongeveer 800 kJ. Deze
dure rekening wordt uitsluitend betaald met verbranding van D-glucose.
,DRIE GROTE POSTEN VAN ENERGIE-UITGAVE
Energie wordt uitgedrukt in SI eenheden van Joules (J), maar er zijn in het dagelijks
leven twee andere belangrijke:
• In de voeding en menselijke energie-huishouding zien we meestal de kilocalorie
(kcal) ; de conversiefactor is 1 kcal = 4,2 kJ;
• In het huishouden betalen we een energiefactuur voor de verbruikte kilowatt-uur
(kWh) 1 kWh = 3,6 MJ of 3600 kJ; uit het voorgaande blijkt dat 1 kWh gelijk is aan
ongeveer 900 kcal. In Vlaanderen en Nederland is het gemiddelde dagverbruik
voor het huishouden van een alleenstaande persoon ongeveer 2 kWh en van een
doorsneegezin 10 kWh
• Een gemiddelde volwassene gebruikt alleen al om zijn eigen lichaam in stand te
houden ongeveer 2000 kcal energie (dus 2,2 kWh) per dag, hiervan is ongeveer
20% dus 0,45 kWh per dag nodig om de hersenen te laten leven. Maar pas op! In
functie van de leeftijd neemt de energie-uitgave per kg lichaamsgewicht af, in het
begin van het leven is er een veel meer rustmetabolisme doordat kinderen
groeien etc. vanaf dat de groei stopt gaan er minder kcal verbruikt worden en
worden we meer afhankelijk van lichaamelijke inspanning om kcal te verbranden.
Want het rustmetabolisme daalt met de leeftijd en het thermisch effect van
voeding blijft ongeveer constant.
• Afhankelijk van het gewicht van een volwassenen gaat die ongeveer 2000-
2500 kcal per 24 uur verbranden. Maar een volwassenen eet ook
doorgaans 2000 tot 2500 kcal per dag en hier wordt 60-70% van verbruikt
in het rustmetabolisme, 10% aan het thermisch effect van voeding en 20-
30% ervan afhankelijk van hoeveel activiteit je op een dag verzet:
mechanische arbeid.
GROTE VERSCHILLEN IN DE ENERGIEREKENINGEN VAN WEEFSELS EN ORGANEN
Grote energieverbruikers (samen 90% rustmetabolisme)
• Hersenen (bij een volwassene ±10 maal meer dan het gemiddelde per kg
weefsel), redenen zijn o.a. intens werkende ionenpompen voor elektrische
activiteit; ze gebruiken glucose maar kunnen in geval van nood switchen naar het
verbruik van ketonen.
• Skeletspieren vanwege een basale tonus en omdat spieren een groot deel van
de lichaamsmassa zijn; het energieverbruik neemt toe als je die spieren gebruikt
voor mechanische arbeid; ze verbruiken vooral vetzuren maar bij korte intense
inspanningen verbranden ze vooral glucose
, • Hart dit vanwege de mechanische arbeid, het pompen van bloed tegen een
weerstand (bloeddruk) in; het verbruikt vooral vezturen
• Lever hier gebeuren intense metabole activiteiten ten dienste van de andere
organen en weefsels in het lichaam; zorgen voor de aanmaak van ketonen;
stockeert glucose en maakt glucose aan via gluconeogenese; verbruikt vooral AZ
• Maag-darmstelsel vanwege intense uitgave in de aanmaak van
spijsverteringsenzymen, en de resorptie van nutriënten
• Nieren vanwege intens actief transport van nuttige metabolieten (recuperatie) of
afvalstoffen (uitscheiden in de urine); verbruiken vooral glucose en vetzuren
De rest van het lichaam verbruikt dus slechts 10% van onze energie-inname bij de
voeding.
ENERGIE-OMZETTINGEN ZIJN NIET 100% RENDABEL
Energie wordt voortdurend van de ene vorm in de andere omgezet. Voorbeeld:
Chemisch (voedsel) => Chemisch (ATP) => Mechanisch (arbeid). Maar die omzettingen
zijn niet perfect en er gaat dus energie verloren als warmte. De mate van perfectie is
uitgedrukt als rendement. In de meest rendabele systemen is dit rendement ongeveer
50%, dat wil zeggen dat voor elke 2 Joules input (oorspronkelijke energievorm) er 1 Joule
output is (nieuwe energievorm).
Gevolg: het globaal rendement: van elke Joule uit onze voeding gaan we ongeveer 25%
Joule overhouden om arbeid mee te verrichten want de bij de omzetting van energie uit
de voeding naar ATP gaat ongeveer 50% energie verloren en bij de omzetting van ATP
naar arbeid gaat nog eens 50% van de overgebleven energie verloren waardoor er
uiteindelijk 25% overblijft om arbeid mee te verrichten.
ATP AANMAAK
ATP kan op 2 manieren aangemaakt worden:
• Fosforylering op substraatniveau: snel en krachtig met laag rendement
• Oxidatieve fosforylering: trager en minder krachtiger maar heel hoog rendement
o Bv. De ademhalingsketen in de mitochondriën
ATP ALS PASMUNT IN DE HERSENEN
In de weefsels bestaat er taakverdeling tussen verschillende celtypes, bv in de
hersenen:
• Neuronen gaan voornamelijk via oxidatieve fosforylering ATP aanmaken
, • Gliacellen gaan eerder fosforyleren op substraatniveau
In vele weefsels gaan dus niet alle cellen dezelfde manieren benutten om ATP aan te
maken.
ATP ALS PASMUNT VOOR MECHANISCHE ARBEID DOOR SKELETSPIEREN EN HART
Bij contractie van spierweefsel (hart-, skelet-, glad spierweefsel) is ATP nodig om de
contractiele filamenten te laten samentrekken zodanig dat de spier verkort en er dus
mechanische arbeid kan geleverd worden.
HOE SKELETSPIEREN AAN DE PASMUNT ATP GERAKEN
Ook in de skeletspieren is er een soort taakverdeling tussen de verschillende subtypes
van gestreept spierweefsel:
• Sprint-type: heeft een heel hoog vermogen maar is maar zeer kort vol te houden
omdat de energie onmiddellijk verbruikt wordt met een heel laag rendement
o Dit komt voornamelijk voor in witte spiervezels die anaerobe glycolyse
gebruiken om op susbstraatniveau te gaan fosforyleren met als
eindproduct lactaat
• Marathon-type: heeft een heel hoog rendement maar een laag vermogen en is
zeer lang vol te houden
o Dit komt voornamelijk voor in rode spiervezels waar mitochondriën in
zitten omdat die spiervezels meer voor duurinspanningen gaan dienen en
die gebruiken dus de aerobe glycoslyse, vetzuurverbranding die iets
langer duren maar veel langer vol te houden zijn omdat ze geen lactaat
opbouwen. Ze verbranden initieel glucose en schakelen uiteindelijk over
naar vetzuurverbranding.
TAAKVERDELING BINNEN EEN SKELETSPIER
• Witte spiervezels gebruiken anaerobe glycolyse en pompen lactaat uit als
afvalstof. Hier winnen ze maar weinig ATP per mol glucose uit maar ze kunnen
wel heel snel een intense inspanning leveren met laag rendement
• Rode spiervezels gebruiken beta oxidatie, aerobe glycolyse, oxidatieve
fosforylatie, krebs cyclus om heel veel ATP per mol glucose te maken, dit
verloopt trager maar is langer vol te houden want er worden geen zuren zoals
lactaat opgebouwd.
MODULE 4.2: HOE HET MENSELIJK LICHAAM ENERGIE UITGEEFT
Ons energiemetabolisme is zeer efficiënt, dit komt omdat we vroeger leefde in periodes
met voedselschaarste. Maar nu leven we in een samenleving waar energie-dens voedsel
het goedkoopst is en 24/24 verkrijgbaar is, zo wordt om een omgeving gecreëerd waarin
iedereen te dik wordt = obesogene leefomgeving.
GROOTTE VAN ENKELE ENERGIEREKENINGEN
Wat we vooral verbruiken:
• ∆ Kinetische energie. Bijvoorbeeld een topatleet (massa 75 kg) die zijn
topsnelheid van 10 meter per seconde bereikt op de 100 m sprint, heeft op dat
moment een toename van de kinetische energie van 4 kJ. Die rekening wordt
betaald door het verbranden van vooral suikers in de beenspieren. (formule zie
slide)
• ∆ potentiële energie. Bijvoorbeeld vier studenten hebben een gezamenlijke
lichaamsmassa van 250 kg en wandelen/lopen tegen de gravitatie in het
trappenhuis van KU Leuven O&N1 van de begane grond naar het 9e verdiep:
gezamenlijke toename van potentiële energie van 20 meter stijgen: 50 kJ. Ook
deze rekening wordt betaald door het verbranden van vooral suikers (ook
vetzuren) in de beenspieren. (formule zie slide)
• De hersenen: van een baby een nacht laten slapen. De gemiddelde dagelijkse
energiebehoefte van een volwassen mens is ongeveer 8000 kJ. Hiervan
gebruikten de hersenen ongeveer 20% dus 1600 kJ per dag of 67 kJ per uur. Het
zal misschien verbazen,maar de (relatief grote!) hersenen van een baby
gebruiken bijna evenveel energie als van een volwassene. Voor een nachtrust van
12 uur is de energierekening van de babyhersenen dus ongeveer 800 kJ. Deze
dure rekening wordt uitsluitend betaald met verbranding van D-glucose.
,DRIE GROTE POSTEN VAN ENERGIE-UITGAVE
Energie wordt uitgedrukt in SI eenheden van Joules (J), maar er zijn in het dagelijks
leven twee andere belangrijke:
• In de voeding en menselijke energie-huishouding zien we meestal de kilocalorie
(kcal) ; de conversiefactor is 1 kcal = 4,2 kJ;
• In het huishouden betalen we een energiefactuur voor de verbruikte kilowatt-uur
(kWh) 1 kWh = 3,6 MJ of 3600 kJ; uit het voorgaande blijkt dat 1 kWh gelijk is aan
ongeveer 900 kcal. In Vlaanderen en Nederland is het gemiddelde dagverbruik
voor het huishouden van een alleenstaande persoon ongeveer 2 kWh en van een
doorsneegezin 10 kWh
• Een gemiddelde volwassene gebruikt alleen al om zijn eigen lichaam in stand te
houden ongeveer 2000 kcal energie (dus 2,2 kWh) per dag, hiervan is ongeveer
20% dus 0,45 kWh per dag nodig om de hersenen te laten leven. Maar pas op! In
functie van de leeftijd neemt de energie-uitgave per kg lichaamsgewicht af, in het
begin van het leven is er een veel meer rustmetabolisme doordat kinderen
groeien etc. vanaf dat de groei stopt gaan er minder kcal verbruikt worden en
worden we meer afhankelijk van lichaamelijke inspanning om kcal te verbranden.
Want het rustmetabolisme daalt met de leeftijd en het thermisch effect van
voeding blijft ongeveer constant.
• Afhankelijk van het gewicht van een volwassenen gaat die ongeveer 2000-
2500 kcal per 24 uur verbranden. Maar een volwassenen eet ook
doorgaans 2000 tot 2500 kcal per dag en hier wordt 60-70% van verbruikt
in het rustmetabolisme, 10% aan het thermisch effect van voeding en 20-
30% ervan afhankelijk van hoeveel activiteit je op een dag verzet:
mechanische arbeid.
GROTE VERSCHILLEN IN DE ENERGIEREKENINGEN VAN WEEFSELS EN ORGANEN
Grote energieverbruikers (samen 90% rustmetabolisme)
• Hersenen (bij een volwassene ±10 maal meer dan het gemiddelde per kg
weefsel), redenen zijn o.a. intens werkende ionenpompen voor elektrische
activiteit; ze gebruiken glucose maar kunnen in geval van nood switchen naar het
verbruik van ketonen.
• Skeletspieren vanwege een basale tonus en omdat spieren een groot deel van
de lichaamsmassa zijn; het energieverbruik neemt toe als je die spieren gebruikt
voor mechanische arbeid; ze verbruiken vooral vetzuren maar bij korte intense
inspanningen verbranden ze vooral glucose
, • Hart dit vanwege de mechanische arbeid, het pompen van bloed tegen een
weerstand (bloeddruk) in; het verbruikt vooral vezturen
• Lever hier gebeuren intense metabole activiteiten ten dienste van de andere
organen en weefsels in het lichaam; zorgen voor de aanmaak van ketonen;
stockeert glucose en maakt glucose aan via gluconeogenese; verbruikt vooral AZ
• Maag-darmstelsel vanwege intense uitgave in de aanmaak van
spijsverteringsenzymen, en de resorptie van nutriënten
• Nieren vanwege intens actief transport van nuttige metabolieten (recuperatie) of
afvalstoffen (uitscheiden in de urine); verbruiken vooral glucose en vetzuren
De rest van het lichaam verbruikt dus slechts 10% van onze energie-inname bij de
voeding.
ENERGIE-OMZETTINGEN ZIJN NIET 100% RENDABEL
Energie wordt voortdurend van de ene vorm in de andere omgezet. Voorbeeld:
Chemisch (voedsel) => Chemisch (ATP) => Mechanisch (arbeid). Maar die omzettingen
zijn niet perfect en er gaat dus energie verloren als warmte. De mate van perfectie is
uitgedrukt als rendement. In de meest rendabele systemen is dit rendement ongeveer
50%, dat wil zeggen dat voor elke 2 Joules input (oorspronkelijke energievorm) er 1 Joule
output is (nieuwe energievorm).
Gevolg: het globaal rendement: van elke Joule uit onze voeding gaan we ongeveer 25%
Joule overhouden om arbeid mee te verrichten want de bij de omzetting van energie uit
de voeding naar ATP gaat ongeveer 50% energie verloren en bij de omzetting van ATP
naar arbeid gaat nog eens 50% van de overgebleven energie verloren waardoor er
uiteindelijk 25% overblijft om arbeid mee te verrichten.
ATP AANMAAK
ATP kan op 2 manieren aangemaakt worden:
• Fosforylering op substraatniveau: snel en krachtig met laag rendement
• Oxidatieve fosforylering: trager en minder krachtiger maar heel hoog rendement
o Bv. De ademhalingsketen in de mitochondriën
ATP ALS PASMUNT IN DE HERSENEN
In de weefsels bestaat er taakverdeling tussen verschillende celtypes, bv in de
hersenen:
• Neuronen gaan voornamelijk via oxidatieve fosforylering ATP aanmaken
, • Gliacellen gaan eerder fosforyleren op substraatniveau
In vele weefsels gaan dus niet alle cellen dezelfde manieren benutten om ATP aan te
maken.
ATP ALS PASMUNT VOOR MECHANISCHE ARBEID DOOR SKELETSPIEREN EN HART
Bij contractie van spierweefsel (hart-, skelet-, glad spierweefsel) is ATP nodig om de
contractiele filamenten te laten samentrekken zodanig dat de spier verkort en er dus
mechanische arbeid kan geleverd worden.
HOE SKELETSPIEREN AAN DE PASMUNT ATP GERAKEN
Ook in de skeletspieren is er een soort taakverdeling tussen de verschillende subtypes
van gestreept spierweefsel:
• Sprint-type: heeft een heel hoog vermogen maar is maar zeer kort vol te houden
omdat de energie onmiddellijk verbruikt wordt met een heel laag rendement
o Dit komt voornamelijk voor in witte spiervezels die anaerobe glycolyse
gebruiken om op susbstraatniveau te gaan fosforyleren met als
eindproduct lactaat
• Marathon-type: heeft een heel hoog rendement maar een laag vermogen en is
zeer lang vol te houden
o Dit komt voornamelijk voor in rode spiervezels waar mitochondriën in
zitten omdat die spiervezels meer voor duurinspanningen gaan dienen en
die gebruiken dus de aerobe glycoslyse, vetzuurverbranding die iets
langer duren maar veel langer vol te houden zijn omdat ze geen lactaat
opbouwen. Ze verbranden initieel glucose en schakelen uiteindelijk over
naar vetzuurverbranding.
TAAKVERDELING BINNEN EEN SKELETSPIER
• Witte spiervezels gebruiken anaerobe glycolyse en pompen lactaat uit als
afvalstof. Hier winnen ze maar weinig ATP per mol glucose uit maar ze kunnen
wel heel snel een intense inspanning leveren met laag rendement
• Rode spiervezels gebruiken beta oxidatie, aerobe glycolyse, oxidatieve
fosforylatie, krebs cyclus om heel veel ATP per mol glucose te maken, dit
verloopt trager maar is langer vol te houden want er worden geen zuren zoals
lactaat opgebouwd.
