Inspanningsfysiologie - Theorie
Stefan De Smet
Spierbundels: bestaan uit spiervezels.
Spiervezel: 1 cel maar een lange, deze
heeft verschillende celkernen. Lange cel
en er zit vanalles in. Bv myofibrillen =
aaneenschakeling van contractiele
elementen. Kleinste unit = sarcomeer.
Bel 2 componenten = myosine (dikker) en
actine (dunner)
Sarcomeer:
Sarcomeer = tussen 2 Z – lijnen. EN vrijgeven,
chemisch EN omzetten naar mechanische EN.
Myosine hoofd op actine binden, naar zich toe
trekken. Richting de M lijn getrokken.
Aanhechtingsplaats voor de actine filamenten.
SR: Helemaal rondom de myofibrillen. Dit geeft
stabiliteit. Opslagplaats voor Ca 2+. Later
spiercontracties toelaten
T – Tubuli: verderzetting van plasmamembraan.
Tunnels naar binnen de cel, rondom elk myofibril
nestelen. In cc met SR.
T-tubuli:
- Tunnel van sarcolemma
- Rondom elke myofibril
- In contact met het SR
- Voortzetting van de elektrochemische depolarisatiegolf van het sarcolemma naar het SR
SR:
- Omwikkeld rond elke myofibril -> Structurele integriteit van de cel
- Ca2+-opslag (actief transport naar het SR)
- Rust: [Ca2+] hoger in SR dan in sarcoplasma → Ca2+-afgifte in de cel zet de
samentrekking van het sarcomeer in gang
,Neuromusculaire junctie:
Zenuwimpuls bereikt het axonuiteinde. Acetylcholine wordt
vrijgegeven. Activatie van acetylcholinereceptoren op het
sarcolemma → Receptoren worden ionkanalen: wat K+ gaat naar
buiten, maar nog meer Na+ gaat naar binnen. Verandering van de
membraanpotentiaal: → het binnenste van de cel wordt tijdelijk +
geladen = AP.
Sarcolemma, T-tubuli, SR en kruisbrugcyclus
Voortgezet voortplanten van actiepotentiaal langs het sarcolemma
en door de T-tubuli. Ca2+ vrijgave vanuit SR. Ca2+ bindt aan
troponine -> blootstellen van de myosine-bindingsplaats op actine
-> kruisbrugcyclus.
AP: elektrisch signaal uit hersenen richting de spier, maakt cc met
membraan van spiervezel; signaal om Ach vrij te zetten op
membraan, daar zitten receptoren. Binden -> van vorm veranderen:
dit wordt een transporter. K+ uit spier vloeien en heel veel Na
binnen vloeien. + geladen dus verandering in potentiaal van de
spiervezel. = een AP. AP verder over membraan, naar binnen via T
tubuli; in cc met SR.
Cross bridge formation
- Ca2+ influx into sarcoplasma (from SR)
- Ca2+ binds troponin
- Troponin changes chape
- ‘Activated’ myosin head binds actine
Activation of myosin head
- ATP binds myosin
- ATP hydrolysation -> ‘cocked’ position
Crossbridge cycle
- Myosin binds actin (Pi release)
- Power stroke (ADP release + movement)
- Detachment of myosin from actine (ATP binding)
- Reactivation myosin head
ENERGY FOR MUSCLE CONTRACTIONS: ATP HYDROLYSIS
ATP gebruikt voor:
- Sliding filaments
- Heropname CA2+ vanuit cytoplasma naar SR ->
relaxatie met dus de serca pomp.
- NA/K pomp -> actieve pomp, om NA en K in en buiten te normaliseren. Hersteld worden. Per ATP 3NA naar
buiten en 2K naar binnen.
, ATP: adenosine, en 3 fosfaat.
Belangrijk: tussen de fosfaat groepen = waar de EN is
opgeslagen, afsplitsen van fosfaatgroep, dan komt er EN vrij.
Gekatalyseerd door myosine ATPase. EN wordt vrijgezet.
Hydrolysatie ATP gaat al H+ vrijzetten in de cel -> verzuren.
- High-energy bonds between phosphate groups
- Energy release during hydrolysis
ATP SYSTEM: ENERGY STORE OR ENERGY CARRIER?
ATP-store = eerder een carrier en geen voorraad, het wordt snel hermaakt dus nooit echt helemaal op.
- Similar in men vs. women
- Similar in athletes vs. sedentary individuals
➔ 4-6 mmol ATP/kg muscle
Cycling sprint @ 900 Watt = sprint @ ~3.7 mmol ATP/s verbruiken -> ATP system would be
‘exhausted’ within ~2 s
100m sprint (sub elite) 30 km/h (peak 40 km/h) @ ~3 mmol ATP/s -> ATP system would be ‘exhausted’
within 1-3 s
10 km run (example for teaching purpose)
- 20 km/h -> 30 min (1800 s) in duration
- @ ~1.7 mmol ATP/s
- 10 kg muscle mass
- 1800 s * 1.7 ATP/S * 10 kg = 30600 mmol ATP
- 1 mol ATP = 507 g
- 16 kg ATP-breakdown
ATP = too heavy as energy store -> ATP = energy carrier.
Continuous and instant ATP resynthesis required! ATP-
afbraak evenredig met intensiteit van de inspanning. Hoger de
EN nood. ATP-resynthese.
ENERGY SYSTEMS AND SUBSTRATES FOR RESYNTHESIS OF ATP
1. Phosphocreatine system in the cytoplasma
2. Glycolysis in the cytoplasma
- ‘Anaerobic glycolysis’: Glucose -> Pyruvate à lactic acid (lactate- + H+)
- ‘Aerobic glycolysis’: Glucose -> Pyruvate à Acetyl-CoA -> oxidative phosphorylation
- Substrate store: muscle glycogen, liver glycogen, gut (CHO intake), blood glucose
3. Krebs cycle and oxidative phosphorylation in the mitochondria
- Substrate store: intramuscular triglycerides, peripheral triglycerides, blood triglycerides
, ➔ Maximal ATP production rate (power) -> energie per tijdseenheid
➔ Substrate and substrate storage (capacity) -> hvl EN opgeslagen in ons lichaam, hoelang EN gebruiken
➔ Time required for maximal energy system activation -> tijd om EN systeem te activeren en max flux te
genereren.
➔ O2 requirement
➔ Metabolites
Zeer hoog voor creatine fosfaat -> bevat maar 1 reactie. Reageert met H+. Minste EN per tijd = vet oxidatie
Kijken we naar capaciteit dan is de figuur omgekeerd. Vetreserve niet leegrijden in koersen, dus grote voorraad als EN
substraat. Glycolyse anaeroob en aeroob groot verschil. Koolhydraatvoorraad leegrijden.
Anaeroob -> capaciteit niet alleen afh van voorraad koolhydraten maar ook van mate waarin we met H+ kunnen
omgaan, de PH reguleren, zorgt voor verzuring. Inspanning stopzetten zonder voll decretie van spierglycogeen.
PCr: kleinste voorraad.
Time required to reach maximal energy system activation (depending on consulted textbook)
- PCr: practically instantaneous
- Anaerobic glycolysis: 3-4 s (some textbooks: longer)
- Aerobic glycolysis: 2-3 min
- Fat oxidation: 20-30 min
Energy systems at play: estimated relative energy contribution
Telkens meer en meer EN door aerobe glycolyse.
Stefan De Smet
Spierbundels: bestaan uit spiervezels.
Spiervezel: 1 cel maar een lange, deze
heeft verschillende celkernen. Lange cel
en er zit vanalles in. Bv myofibrillen =
aaneenschakeling van contractiele
elementen. Kleinste unit = sarcomeer.
Bel 2 componenten = myosine (dikker) en
actine (dunner)
Sarcomeer:
Sarcomeer = tussen 2 Z – lijnen. EN vrijgeven,
chemisch EN omzetten naar mechanische EN.
Myosine hoofd op actine binden, naar zich toe
trekken. Richting de M lijn getrokken.
Aanhechtingsplaats voor de actine filamenten.
SR: Helemaal rondom de myofibrillen. Dit geeft
stabiliteit. Opslagplaats voor Ca 2+. Later
spiercontracties toelaten
T – Tubuli: verderzetting van plasmamembraan.
Tunnels naar binnen de cel, rondom elk myofibril
nestelen. In cc met SR.
T-tubuli:
- Tunnel van sarcolemma
- Rondom elke myofibril
- In contact met het SR
- Voortzetting van de elektrochemische depolarisatiegolf van het sarcolemma naar het SR
SR:
- Omwikkeld rond elke myofibril -> Structurele integriteit van de cel
- Ca2+-opslag (actief transport naar het SR)
- Rust: [Ca2+] hoger in SR dan in sarcoplasma → Ca2+-afgifte in de cel zet de
samentrekking van het sarcomeer in gang
,Neuromusculaire junctie:
Zenuwimpuls bereikt het axonuiteinde. Acetylcholine wordt
vrijgegeven. Activatie van acetylcholinereceptoren op het
sarcolemma → Receptoren worden ionkanalen: wat K+ gaat naar
buiten, maar nog meer Na+ gaat naar binnen. Verandering van de
membraanpotentiaal: → het binnenste van de cel wordt tijdelijk +
geladen = AP.
Sarcolemma, T-tubuli, SR en kruisbrugcyclus
Voortgezet voortplanten van actiepotentiaal langs het sarcolemma
en door de T-tubuli. Ca2+ vrijgave vanuit SR. Ca2+ bindt aan
troponine -> blootstellen van de myosine-bindingsplaats op actine
-> kruisbrugcyclus.
AP: elektrisch signaal uit hersenen richting de spier, maakt cc met
membraan van spiervezel; signaal om Ach vrij te zetten op
membraan, daar zitten receptoren. Binden -> van vorm veranderen:
dit wordt een transporter. K+ uit spier vloeien en heel veel Na
binnen vloeien. + geladen dus verandering in potentiaal van de
spiervezel. = een AP. AP verder over membraan, naar binnen via T
tubuli; in cc met SR.
Cross bridge formation
- Ca2+ influx into sarcoplasma (from SR)
- Ca2+ binds troponin
- Troponin changes chape
- ‘Activated’ myosin head binds actine
Activation of myosin head
- ATP binds myosin
- ATP hydrolysation -> ‘cocked’ position
Crossbridge cycle
- Myosin binds actin (Pi release)
- Power stroke (ADP release + movement)
- Detachment of myosin from actine (ATP binding)
- Reactivation myosin head
ENERGY FOR MUSCLE CONTRACTIONS: ATP HYDROLYSIS
ATP gebruikt voor:
- Sliding filaments
- Heropname CA2+ vanuit cytoplasma naar SR ->
relaxatie met dus de serca pomp.
- NA/K pomp -> actieve pomp, om NA en K in en buiten te normaliseren. Hersteld worden. Per ATP 3NA naar
buiten en 2K naar binnen.
, ATP: adenosine, en 3 fosfaat.
Belangrijk: tussen de fosfaat groepen = waar de EN is
opgeslagen, afsplitsen van fosfaatgroep, dan komt er EN vrij.
Gekatalyseerd door myosine ATPase. EN wordt vrijgezet.
Hydrolysatie ATP gaat al H+ vrijzetten in de cel -> verzuren.
- High-energy bonds between phosphate groups
- Energy release during hydrolysis
ATP SYSTEM: ENERGY STORE OR ENERGY CARRIER?
ATP-store = eerder een carrier en geen voorraad, het wordt snel hermaakt dus nooit echt helemaal op.
- Similar in men vs. women
- Similar in athletes vs. sedentary individuals
➔ 4-6 mmol ATP/kg muscle
Cycling sprint @ 900 Watt = sprint @ ~3.7 mmol ATP/s verbruiken -> ATP system would be
‘exhausted’ within ~2 s
100m sprint (sub elite) 30 km/h (peak 40 km/h) @ ~3 mmol ATP/s -> ATP system would be ‘exhausted’
within 1-3 s
10 km run (example for teaching purpose)
- 20 km/h -> 30 min (1800 s) in duration
- @ ~1.7 mmol ATP/s
- 10 kg muscle mass
- 1800 s * 1.7 ATP/S * 10 kg = 30600 mmol ATP
- 1 mol ATP = 507 g
- 16 kg ATP-breakdown
ATP = too heavy as energy store -> ATP = energy carrier.
Continuous and instant ATP resynthesis required! ATP-
afbraak evenredig met intensiteit van de inspanning. Hoger de
EN nood. ATP-resynthese.
ENERGY SYSTEMS AND SUBSTRATES FOR RESYNTHESIS OF ATP
1. Phosphocreatine system in the cytoplasma
2. Glycolysis in the cytoplasma
- ‘Anaerobic glycolysis’: Glucose -> Pyruvate à lactic acid (lactate- + H+)
- ‘Aerobic glycolysis’: Glucose -> Pyruvate à Acetyl-CoA -> oxidative phosphorylation
- Substrate store: muscle glycogen, liver glycogen, gut (CHO intake), blood glucose
3. Krebs cycle and oxidative phosphorylation in the mitochondria
- Substrate store: intramuscular triglycerides, peripheral triglycerides, blood triglycerides
, ➔ Maximal ATP production rate (power) -> energie per tijdseenheid
➔ Substrate and substrate storage (capacity) -> hvl EN opgeslagen in ons lichaam, hoelang EN gebruiken
➔ Time required for maximal energy system activation -> tijd om EN systeem te activeren en max flux te
genereren.
➔ O2 requirement
➔ Metabolites
Zeer hoog voor creatine fosfaat -> bevat maar 1 reactie. Reageert met H+. Minste EN per tijd = vet oxidatie
Kijken we naar capaciteit dan is de figuur omgekeerd. Vetreserve niet leegrijden in koersen, dus grote voorraad als EN
substraat. Glycolyse anaeroob en aeroob groot verschil. Koolhydraatvoorraad leegrijden.
Anaeroob -> capaciteit niet alleen afh van voorraad koolhydraten maar ook van mate waarin we met H+ kunnen
omgaan, de PH reguleren, zorgt voor verzuring. Inspanning stopzetten zonder voll decretie van spierglycogeen.
PCr: kleinste voorraad.
Time required to reach maximal energy system activation (depending on consulted textbook)
- PCr: practically instantaneous
- Anaerobic glycolysis: 3-4 s (some textbooks: longer)
- Aerobic glycolysis: 2-3 min
- Fat oxidation: 20-30 min
Energy systems at play: estimated relative energy contribution
Telkens meer en meer EN door aerobe glycolyse.
