INSPANNINGSFYSIOLOGIE
SAMENVATTING 2022 MEREL VERHEYDEN PROF HESPEL
H1: ENERGIE VOOR DE CONTRAHERENDE SKELETSPIER. ALGEMEEN OVERZICHT VAN
ENERGIELEVERENDE PROCESSEN EN SUBSTRATEN
P1: ENERGIERIJKE FOSFATEN
Energie altijd door de reactie:
ATP
ATP + H2O ADP + Pi + H+ + 31 KJ energie
Concentratie ATP in spier 5-6 mmol/kg 1 mol ATP = 505 g
concentratie blijft constant tijden inspanning: per mol ATP afgebroken wordt er een nieuwe mol ATP opgebouwd
concentratie ATP in spieren is beperkt, geen reserve energie
ATP in spier is energiecarrier ipv energiereserve
Functie: chemische energie omzetten in mechanische energie (contracties) of andere vormen van energie
ATP zeer geschikt hiervoor want kan grote hoeveelheid energie vrijmaken met 1 reactie
Door katalysators: - Myosine ATPase
- Na+ - K+ ATPase
- Ca++ ATPase
Mechanische efficiëntie:
bepaalt hoeveel ATP er wordt verbruikt/ nodig is
31 kJ wordt geproduceerd
80 % omgezet in warmte: lichaamstemperatuur stijgt 1°C per 6 minuten (totale opwarming is relatief door afkoelen
door zweten, dehydratatie)
20% mechanische arbeid
Toepassend voorbeeld
Lopen: 10 000m in 30 minuten aan 1.7 mmol/kg per seconde
1.7mmol/kg/sec*1800sec*10kg spiermassa = 30.6 mol ATP = 15.5 kg ATP
Tijdens 10km lopen wordt er dus heel veel kg ATP verbruikt, dit kan niet als reserve zijn opgeslagen in de spieren dus ATP moet
worden gerecycleerd
1
,CREATINE FOSFAAT CP
Recyclage reactie
ATP + H2O ADP + Pi + H+ + 31 KJ energie
CP
Creatine
Concentratie CP: fosfor creatine reserve PCR = 17-22 mmol/kg spier
Energiereserve: kan worden opgebruikt op 3 mmol na die dient als reserve om de spieren te beschermen
14-19 mmol/kg bruikbare CP
Voorraad voor ongeveer 5 seconde maximale inspanning
Functie:
Vooral bij snelle spiervezels
Door afbraak van creatine fosfaat kan ADP terug worden omgezet in ATP en creatine door enzym creatinekinase =
temporele energiebuffer
zorgt voor constante concentraties ATP bij inspanningen aan hoge intensiteit
!!! deze reactie is PH-neutraal: geen verzuring bij lange inspanningen
Zolang er recyclage is met creatine kinase wordt H + terug verbruikt in metabolisme en is er dus geen verzuring
H+ buffer/chemische buffer: beschermen tegen verzuring, belangrijk voor pH homeostase in spiercellen bij hoge intensiteit
Verhouding ADP/ATP constant houden in cytoplasma van de spiercel: belangrijk voor de kinetica van het myosine ATPase
enzym, energieproductie die vrijkomt bij afbraak van ATP
Beletten van ADP accumulatie in de spiercellen
Vooral bij trage spiervezels
Fosfor creatine shuttle (CP-shuttle): zorgt voor efficiënt transport van energierijke fosfaten tussen mitochondria en
cytoplasma van de spiercel
spiervezel
1: plaats waar ATP wordt verbruikt:
CK mitochondriaalmitochondria
overlappingszone actine en myosine
2: aerobe recyclage van ADP door oxidatieve
Na+ K+ ATPase
fosforylering (krebcyclus, beta-oxidatie,….)
pomp
Anorganische fosfaat is nodig om van ADP naar ATP te gaan. Fosfaat wordt getransporteerd tussen mitochondria en
cytoplasma door te koppelen aan creatine tot fosfor creatine.
In mitochondria is de concentratie ATP zeer hoog en de concentraties creatinefosfaat laag, creatine kinase gaat creatine
fosfaat opbouwen waarna het diffundeert naar cytoplasma.
Tijdens inspanningen is de concentratie ADP in myofibrillen hoog. In cytoplasma gaat creatinefosfaat afbreken tot
creatine door creatine kinase om zo met de fosfaat groep ATP te vormen. Dit is de cytoplasmatische creatine kinase
reactie. (hierbij wordt er energie getransporteerd van creatine fosfaat naar ATP)
In cytoplasma: creatine kinase die creatine fosfaat afbreken
In mytochondria: creatine kinase die creatine fosfaat opbouwt
2
,Kenmerken
+ afbraak van CP levert zeer groot vermogen: 7-8 mmol ATP/ seconde —> ideale brandstof voor korte inspanningen aan hoge
intensiteit
+ stand-by vermogen: kan zeer snelle schommelingen in de energiebehoefte van de spiercel opvangen, kan direct worden
ingezet (t.o.v. glysolyse: 3-4 sec, koolhydraten: 2-3 minuten, vrije vetzuren: 15-30 minuten)
+ anaerobe afbraak van CP: geen zuurstof nodig, vooral belangrijk bij snelle spiervezels want deze krijgen minder bloed en dus
minder zuurstof
- klein reserve CP: kan maar gedurende heel korte tijde gebruikt worden voor levering van energie
Kan maar beperkt worden opgedreven door interval training of door voeding
Dus ATP is het meest gepaste substraat voor het leveren van hoge vermogen in de snelle spiervezels
Toepassend voorbeeld
Vergelijking 100 meter sprint professionele atleet t.o.v. student
Atleet:
PCR = 25 mmol/kg door groter aantal snelle spiervezels
22 mmol effectief bruikbaar = 7 seconde maximale inspanning
10 seconde op 100 meter
tot ongeveer 60 meter recyclage erna verzuring
3 sec H+ productie: beperkte verzuring die spierwerking niet beïnvloed
Student:
PCR = 15 mmol/kg
10 mmol/kg effectief bruikbaar = 4 seconde maximale inspanning
14 seconde op 100 meter
tot ongeveer 30 meter recyclage erna verzuring
Meer dan 10 sec H+ productie: heel veel verzuring die spierwerking beïnvloed
Wanneer recyclage van ATP niet kan worden volhouden opstapeling van H+ zorgt voor verzuring en vermoeidheidsproces
Glycerol pyruvaat melkzuur lactaat + H+
Deze overgang van ATP recyclage naar H+ productie gebeurt geleidelijk aan
??? waarom vallen we stil bij het einde van een 400 meter sprint ?
1) Door verzuring: pH daalt
2) ADP/ATP verhouding daalt waardoor vrije energie productie van ATP vermindert
3) Influx van vocht H2O in de spieren wat zorgt voor problemen in de contractiele filamenten
3
, P2: KOOLHYDRATEN: D-GLUCOSE
Welke ?
Monosacharide
enkel glucose geraakt binnen in spiercel (specifieker: D-glucose = dextrose)
1 gram glucose = 4 kcal = 16kJ
Disacharide moeten eerst worden omgezet in D-glucose
Polysacharide
Reserve glucose
1. Spieren spierglycogeen
60-150 mmol/kg spier (kan worden beïnvloed door training en voeding tot 250 mmol/kg)
Glucose komt niet in vrije vorm voor in cytoplasma gestockeerd in kleine partikels (glycogeen + glycogeen
synthetase en fosforylase (enzyme die zorgen voor opbouw en afbraak van glycogeen))
Voor vrouw 60 kg met 10 kg spieren met 100 mmol/kg = 1 mol of 180g glycogeen in spieren
2. Lever leverglycogeen
300 mmol/kg (+- 450 mmol gestockeerd in de lever)
Glucose opgeslagen in glycogeenpartikels
Enige bron van waaruit glucose in bloed kan worden gesecreteerd na hydrolyse tot D-glucose, om de
concentratie bloedglucose op peil te houden tijdens een inspanning.
Kan ook glucose produceren uit melkzuur, glycerol en aminozuren via gluconeogenese.
3. Bloed + extracellulaire ruimte
Glucose in bloed en extracellulaire ruimte is in evenwicht
4.5-5 mmol/L = +- 75 mmol bloedglucose (maar 30 mmol mag gebruik worden om hypoglycemie te voorkomen
dus maar kleine reserve)
(glucose homeostase is heel belangrijk zodat lever voldoende glucose terug aan bloed toevoegt)
Spierglycogeen structuur:
Glycogeen sacroplamatisch riticulum complex
T-tubuli
Ca++
Glucose partikels: glycogeen + alle enzymes
SR SR SR (glycogeen synthetase en fosforylase) die
triades nodig zijn voor glycogeen af te breken en op
te bouwen
GLYC
GLYC ADR
Fosforylase
Glyc fosfo
synth G-1-P
UDP
GIUC
futile cycling = Ca++
G–6P
ADR stimuleert de werking van fosforylase maar ook synthetase
stress en adrenaline zorgen er dus voor dat glycogeen al wordt afgebroken en opgebouwd nog voor de
spierwerking start
wanneer spieren dan gaan samentrekken komt er Ca++ vrij, dit zorgt voor stimulatie van de afbraak van
glycogeen en blokkeert de opbouw van glycogeen waardoor er heel veel glycogeen wordt afgebroken bij de start
4
SAMENVATTING 2022 MEREL VERHEYDEN PROF HESPEL
H1: ENERGIE VOOR DE CONTRAHERENDE SKELETSPIER. ALGEMEEN OVERZICHT VAN
ENERGIELEVERENDE PROCESSEN EN SUBSTRATEN
P1: ENERGIERIJKE FOSFATEN
Energie altijd door de reactie:
ATP
ATP + H2O ADP + Pi + H+ + 31 KJ energie
Concentratie ATP in spier 5-6 mmol/kg 1 mol ATP = 505 g
concentratie blijft constant tijden inspanning: per mol ATP afgebroken wordt er een nieuwe mol ATP opgebouwd
concentratie ATP in spieren is beperkt, geen reserve energie
ATP in spier is energiecarrier ipv energiereserve
Functie: chemische energie omzetten in mechanische energie (contracties) of andere vormen van energie
ATP zeer geschikt hiervoor want kan grote hoeveelheid energie vrijmaken met 1 reactie
Door katalysators: - Myosine ATPase
- Na+ - K+ ATPase
- Ca++ ATPase
Mechanische efficiëntie:
bepaalt hoeveel ATP er wordt verbruikt/ nodig is
31 kJ wordt geproduceerd
80 % omgezet in warmte: lichaamstemperatuur stijgt 1°C per 6 minuten (totale opwarming is relatief door afkoelen
door zweten, dehydratatie)
20% mechanische arbeid
Toepassend voorbeeld
Lopen: 10 000m in 30 minuten aan 1.7 mmol/kg per seconde
1.7mmol/kg/sec*1800sec*10kg spiermassa = 30.6 mol ATP = 15.5 kg ATP
Tijdens 10km lopen wordt er dus heel veel kg ATP verbruikt, dit kan niet als reserve zijn opgeslagen in de spieren dus ATP moet
worden gerecycleerd
1
,CREATINE FOSFAAT CP
Recyclage reactie
ATP + H2O ADP + Pi + H+ + 31 KJ energie
CP
Creatine
Concentratie CP: fosfor creatine reserve PCR = 17-22 mmol/kg spier
Energiereserve: kan worden opgebruikt op 3 mmol na die dient als reserve om de spieren te beschermen
14-19 mmol/kg bruikbare CP
Voorraad voor ongeveer 5 seconde maximale inspanning
Functie:
Vooral bij snelle spiervezels
Door afbraak van creatine fosfaat kan ADP terug worden omgezet in ATP en creatine door enzym creatinekinase =
temporele energiebuffer
zorgt voor constante concentraties ATP bij inspanningen aan hoge intensiteit
!!! deze reactie is PH-neutraal: geen verzuring bij lange inspanningen
Zolang er recyclage is met creatine kinase wordt H + terug verbruikt in metabolisme en is er dus geen verzuring
H+ buffer/chemische buffer: beschermen tegen verzuring, belangrijk voor pH homeostase in spiercellen bij hoge intensiteit
Verhouding ADP/ATP constant houden in cytoplasma van de spiercel: belangrijk voor de kinetica van het myosine ATPase
enzym, energieproductie die vrijkomt bij afbraak van ATP
Beletten van ADP accumulatie in de spiercellen
Vooral bij trage spiervezels
Fosfor creatine shuttle (CP-shuttle): zorgt voor efficiënt transport van energierijke fosfaten tussen mitochondria en
cytoplasma van de spiercel
spiervezel
1: plaats waar ATP wordt verbruikt:
CK mitochondriaalmitochondria
overlappingszone actine en myosine
2: aerobe recyclage van ADP door oxidatieve
Na+ K+ ATPase
fosforylering (krebcyclus, beta-oxidatie,….)
pomp
Anorganische fosfaat is nodig om van ADP naar ATP te gaan. Fosfaat wordt getransporteerd tussen mitochondria en
cytoplasma door te koppelen aan creatine tot fosfor creatine.
In mitochondria is de concentratie ATP zeer hoog en de concentraties creatinefosfaat laag, creatine kinase gaat creatine
fosfaat opbouwen waarna het diffundeert naar cytoplasma.
Tijdens inspanningen is de concentratie ADP in myofibrillen hoog. In cytoplasma gaat creatinefosfaat afbreken tot
creatine door creatine kinase om zo met de fosfaat groep ATP te vormen. Dit is de cytoplasmatische creatine kinase
reactie. (hierbij wordt er energie getransporteerd van creatine fosfaat naar ATP)
In cytoplasma: creatine kinase die creatine fosfaat afbreken
In mytochondria: creatine kinase die creatine fosfaat opbouwt
2
,Kenmerken
+ afbraak van CP levert zeer groot vermogen: 7-8 mmol ATP/ seconde —> ideale brandstof voor korte inspanningen aan hoge
intensiteit
+ stand-by vermogen: kan zeer snelle schommelingen in de energiebehoefte van de spiercel opvangen, kan direct worden
ingezet (t.o.v. glysolyse: 3-4 sec, koolhydraten: 2-3 minuten, vrije vetzuren: 15-30 minuten)
+ anaerobe afbraak van CP: geen zuurstof nodig, vooral belangrijk bij snelle spiervezels want deze krijgen minder bloed en dus
minder zuurstof
- klein reserve CP: kan maar gedurende heel korte tijde gebruikt worden voor levering van energie
Kan maar beperkt worden opgedreven door interval training of door voeding
Dus ATP is het meest gepaste substraat voor het leveren van hoge vermogen in de snelle spiervezels
Toepassend voorbeeld
Vergelijking 100 meter sprint professionele atleet t.o.v. student
Atleet:
PCR = 25 mmol/kg door groter aantal snelle spiervezels
22 mmol effectief bruikbaar = 7 seconde maximale inspanning
10 seconde op 100 meter
tot ongeveer 60 meter recyclage erna verzuring
3 sec H+ productie: beperkte verzuring die spierwerking niet beïnvloed
Student:
PCR = 15 mmol/kg
10 mmol/kg effectief bruikbaar = 4 seconde maximale inspanning
14 seconde op 100 meter
tot ongeveer 30 meter recyclage erna verzuring
Meer dan 10 sec H+ productie: heel veel verzuring die spierwerking beïnvloed
Wanneer recyclage van ATP niet kan worden volhouden opstapeling van H+ zorgt voor verzuring en vermoeidheidsproces
Glycerol pyruvaat melkzuur lactaat + H+
Deze overgang van ATP recyclage naar H+ productie gebeurt geleidelijk aan
??? waarom vallen we stil bij het einde van een 400 meter sprint ?
1) Door verzuring: pH daalt
2) ADP/ATP verhouding daalt waardoor vrije energie productie van ATP vermindert
3) Influx van vocht H2O in de spieren wat zorgt voor problemen in de contractiele filamenten
3
, P2: KOOLHYDRATEN: D-GLUCOSE
Welke ?
Monosacharide
enkel glucose geraakt binnen in spiercel (specifieker: D-glucose = dextrose)
1 gram glucose = 4 kcal = 16kJ
Disacharide moeten eerst worden omgezet in D-glucose
Polysacharide
Reserve glucose
1. Spieren spierglycogeen
60-150 mmol/kg spier (kan worden beïnvloed door training en voeding tot 250 mmol/kg)
Glucose komt niet in vrije vorm voor in cytoplasma gestockeerd in kleine partikels (glycogeen + glycogeen
synthetase en fosforylase (enzyme die zorgen voor opbouw en afbraak van glycogeen))
Voor vrouw 60 kg met 10 kg spieren met 100 mmol/kg = 1 mol of 180g glycogeen in spieren
2. Lever leverglycogeen
300 mmol/kg (+- 450 mmol gestockeerd in de lever)
Glucose opgeslagen in glycogeenpartikels
Enige bron van waaruit glucose in bloed kan worden gesecreteerd na hydrolyse tot D-glucose, om de
concentratie bloedglucose op peil te houden tijdens een inspanning.
Kan ook glucose produceren uit melkzuur, glycerol en aminozuren via gluconeogenese.
3. Bloed + extracellulaire ruimte
Glucose in bloed en extracellulaire ruimte is in evenwicht
4.5-5 mmol/L = +- 75 mmol bloedglucose (maar 30 mmol mag gebruik worden om hypoglycemie te voorkomen
dus maar kleine reserve)
(glucose homeostase is heel belangrijk zodat lever voldoende glucose terug aan bloed toevoegt)
Spierglycogeen structuur:
Glycogeen sacroplamatisch riticulum complex
T-tubuli
Ca++
Glucose partikels: glycogeen + alle enzymes
SR SR SR (glycogeen synthetase en fosforylase) die
triades nodig zijn voor glycogeen af te breken en op
te bouwen
GLYC
GLYC ADR
Fosforylase
Glyc fosfo
synth G-1-P
UDP
GIUC
futile cycling = Ca++
G–6P
ADR stimuleert de werking van fosforylase maar ook synthetase
stress en adrenaline zorgen er dus voor dat glycogeen al wordt afgebroken en opgebouwd nog voor de
spierwerking start
wanneer spieren dan gaan samentrekken komt er Ca++ vrij, dit zorgt voor stimulatie van de afbraak van
glycogeen en blokkeert de opbouw van glycogeen waardoor er heel veel glycogeen wordt afgebroken bij de start
4
