TOEGEPASTE INSPANNINGSFYSIOLOGIE
DEEL 1
HOORCOLLEGE 1: ZUURSTOFOPNAME OP CELLULAIR NIVEAU
Zuurstofopname van mond naar steady state:
- Fase 1: kleine weerstand
- Fase 2: zuurstofopname neemt toe
- Fase 3: steady state fase bereikt
Er vindt een cascade van zuurstof in mond naar mitochondriën plaats:
- Ademen
- 02 diffuseert door long in bloed
- 02 wordt afgeleverd door bloedsomloop
- 02 diffuseert door weefsel
- 02 wordt benuttigd door mitochondriën
Verschillende paden om energie te maken:
- PCr afbraak
- (Anearobe) glycolyse lactaatproductie
- Oxidatieve fosforylering door verbranden van vetten en
koolhydraten
Substraten die gebruikt worden om ATP te produceren tijdens
inspanning:
- Glucose
- Glycogeen
- Ketonlichamen
- Vetzuren
- Aminozuren
- Lactaat
- Glycerol-3-fosfaat
De bepaling van mitochondriële dichtheid van een spier wordt bepaald aan de hand van SDH (Succinaat
DeHydrogenase). Dit is een kleuring: hoe donkerder, hoe groter de dichtheid.
Er is een nauwe relatie tussen spiervezelomvang en de oxidatieve capaciteit:
- Negatieve relatie: hoe groter de spiervezel, hoe lager de oxidatieve capaciteit.
- Door de hogere zuurstofdiffussie krijgen mitochondriën die diep in de spiervezel liggen minder
zuurstof.
,Om van deze hyperbool af te wijken:
- Meer haarvaten
- Verhogen van de myoglobine (zuurstof bindend eiwit) concentratie in spiervezels.
Binnenmembraan mitochondriën bevatten verschillende complexen:
Het elektronentransportsysteem (1 t/m 5) is geen keten. De elektroden kunnen van verschillende kanten
komen, waardoor ze dus niet allemaal dezelfde ‘keten’ door lopen.
ATPase verbruikt ATP en ATP synthase produceert ATP.
Hoogste efficiëntie bij binnenkomst complex 1; hoe
groter H+ verschil, hoe meer ATP productie.
Er moet een goede samenwerking zijn tussen gewoon
DNA en mitochondriaal DNA, want de complexen
bestaan uit beide delen.
Meer mitochondriën?
- Delen via fission training.
- Samensmelten via fusion inactiviteit.
- Afbraak van mitochondriën via mitophagy.
,In de Kreb’s cyclus wordt NADH en FADH geproduceerd. Hierbij is complex 2 ook een enzym in de Kreb’s
cyclus. Hij kan op gang komen door verschillende stoffen:
- Fatty acids
- The ketone body
- Sugar / glucose
- Pyruvaat
- Amino acid
- Ethanol
Glycerol-3-fosfaat (vetopbouw) kan bij zware inspanning ook als energiebron gebruikt worden. Efficiëntie is wel
lager, want slaat complex 1 en complex 2 over dus minder H+ verschil.
Glycolyse: omzetten van glucose tot pyruvaat. Lactaat is altijd het eindproduct (aeroob + anearoob), zolang
pyruvaat in de citroenzuurcyclus wordt opgevangen zal het worden weggehaald en wordt er dus iets minder
lactaat gevormd.
Ketonen is een andere energiebron
- Synthetische ketonen-esther
- Geeft energie aan citroenzuurcyclus (eerder dan glycose en vetten)
- Verbetert de prestatie
O2 in elektronentransport keten is niet direct nodig voor de vorming van ATP, maar zorgt wel voor het opladen
van de proton H+ gradiënt.
KENNISCLIP 1: MITOCHONDRIELE CALCIUM AAN HET BEGIN VAN INSPANNING
Wat gebeurt er helemaal aan het begin van inspanning?
- Fase 1: cardio-pulmonale fase. Duurt even voordat 02 vanuit de longen bij spieren is. Er vinden
voornamelijk adaptaties plaats in het ventilatiesysteem (dieper inademen) en acute toename in de
hartslag. Zuurstoftoename stijgt daarmee, maar het verbruik van 02 duurt nog even.
- Fase 2: spier-adaptieve fase
- Fase 3: steady state fase
Heeft spier dus time-delay voordat 02 mitochondriën aanzet of is het iets anders?
Geen time-delay, maar eerst Calcium nodig om mitochondriën aan te zetten.
Dit onderzoeken door het meten van zuurstofverbruik van enkele samentrekkende spiervezels. Drie
verschillende type; vezels met lage SDH-concentratie hebben een lage maximale zuurstofopname en
andersom. In set-up klein kokertje en met vloeistof in het midden, met draadje met spiervezels en
krachtopnemer. En stimuleren, waardoor samentrekken en zuurstof gebruiken. Zuurstofelectroden meet de
concentratie van zuurstof. Hoe meer zuurstof verbruik, hoe meer de concentratie naar beneden gaat.
Er is te zien dat concentratie stijgt, maar het verbruikt wat later is.
Er blijkt aan het begin van de inspanning geen vertraging in cellulaire 02 respons te zijn, maar deze moet op
gang komen. Hij heeft namelijk eerst een activatie (Calcium + ADP) nodig om actief te worden.
Spiercellen met een hoge VO2max (type 1 vezels / oxidatieve vezels) hebben een snellere VO2 kinetiek. Hoog
oxidatieve vezels zijn sneller in staat hun mitochondriën ‘aan’ te zetten. Hierdoor hebben ze een lagere
zuurstofschuld aan het begin van de inspanning, waardoor ze dus sneller de steady state bereiken.
Hoe voelen mitochondriën dan dat ze aan moeten gaan?
- ATP wordt verbruikt door myosinefragmenten.
- Bij contractie komt Calcium vrij uit SR. Zorgt voor activatie van crossbridges, dus contractie.
, - SR ook dicht bij mitochondriën, dus Calcium
komt ook daar terecht.
- Calcium komt binnen via MCU (Mitochondrial
Calcium Uniporter).
- Calcium activeert processen die ATP-productie
verhoogt. Echter ook ADP nodig (komt vanaf
spiervezel), anders wordt er geen extra 02
geproduceerd. Maar ADP wordt niet in rust
geproduceerd.
MitoCam: Calciumsensor labelt mitochondriën. Zo kan calcium in mitochondriën bepaald worden.
- Mitochondriaal Calcium stijgt snel na een contractie, maar daalt heel langzaam. In dus wel snel, maar
eruit niet snel.
- Bij eerdere contractie dan Calcium waarden in mitochondriën normaal, dan zal de concentratie blijven
doorstijgen van Calcium.
- Calcium stijgt bij inspanning, net zoals zuurstof verbruik. Dit komt doordat Calcium in mitochondriën
gaat ophopen en enzymen/complexen activeren, zodat de maximale snelheid van omzetting verhoogd
wordt en er dus meer ATP productie plaatsvindt.
Wat te weten?
- Mitochondriën staan niet altijd volledig ‘aan’, maar worden aangezet door ophoping van ADP en
Calcium.
- Hoe VO2 kinetiek op cellulair niveau gemeten kan worden.
KENNISCLIP 2: METABOLE FLEXIBILITEIT
Metabole flexibiliteit is:
- Het vermogen van het organisme om de substraat oxidatie aan te passen aan de beschikbaarheid van
het substraat. Dus bijvoorbeeld; veel suiker gegeten, het lichaam is vervolgens in staat om veel
glucose te verbranden. Wanneer je juist niets hebt gegeten, geen glucose: dan zal vetzuuroxidatie een
grote rol spelen.
- Het onvermogen om de substraat oxidatie aan te passen als reactie op veranderingen in de
beschikbaarheid van nutriënten leidt tot accumulatie (opeenstapeling) van intracellulaire vetten en
insuline resistentie. Als je niet in staat bent om flexibiliteit te hebben, kan dat leiden tot ophopen van
bijvoorbeeld vetten in de spiercel en kan er insuline resistentie optreden.
De CZC/TCA-cyclus/Kreb’s cyclus vormt de samenkomst van deze metabole paden en dus de flexibiliteit. In deze
cyclus wordt NADH geproduceerd, die nodig is voor de elektronentransport keten, waardoor ATP geproduceer
kan worden.
- Pyruvaat en FFA (fatty free acids) kunnen beide Acetyl-CoA produceren.
- Ook acetaat/ketonlichamen (bij langdurig vasten/langdurige inspanning/geen glucose inname) kan
worden omgezet tot Acetyl-CoA.
- Verder kunnen glutemaat/aminozuren gebruikt worden als energiebron.
DEEL 1
HOORCOLLEGE 1: ZUURSTOFOPNAME OP CELLULAIR NIVEAU
Zuurstofopname van mond naar steady state:
- Fase 1: kleine weerstand
- Fase 2: zuurstofopname neemt toe
- Fase 3: steady state fase bereikt
Er vindt een cascade van zuurstof in mond naar mitochondriën plaats:
- Ademen
- 02 diffuseert door long in bloed
- 02 wordt afgeleverd door bloedsomloop
- 02 diffuseert door weefsel
- 02 wordt benuttigd door mitochondriën
Verschillende paden om energie te maken:
- PCr afbraak
- (Anearobe) glycolyse lactaatproductie
- Oxidatieve fosforylering door verbranden van vetten en
koolhydraten
Substraten die gebruikt worden om ATP te produceren tijdens
inspanning:
- Glucose
- Glycogeen
- Ketonlichamen
- Vetzuren
- Aminozuren
- Lactaat
- Glycerol-3-fosfaat
De bepaling van mitochondriële dichtheid van een spier wordt bepaald aan de hand van SDH (Succinaat
DeHydrogenase). Dit is een kleuring: hoe donkerder, hoe groter de dichtheid.
Er is een nauwe relatie tussen spiervezelomvang en de oxidatieve capaciteit:
- Negatieve relatie: hoe groter de spiervezel, hoe lager de oxidatieve capaciteit.
- Door de hogere zuurstofdiffussie krijgen mitochondriën die diep in de spiervezel liggen minder
zuurstof.
,Om van deze hyperbool af te wijken:
- Meer haarvaten
- Verhogen van de myoglobine (zuurstof bindend eiwit) concentratie in spiervezels.
Binnenmembraan mitochondriën bevatten verschillende complexen:
Het elektronentransportsysteem (1 t/m 5) is geen keten. De elektroden kunnen van verschillende kanten
komen, waardoor ze dus niet allemaal dezelfde ‘keten’ door lopen.
ATPase verbruikt ATP en ATP synthase produceert ATP.
Hoogste efficiëntie bij binnenkomst complex 1; hoe
groter H+ verschil, hoe meer ATP productie.
Er moet een goede samenwerking zijn tussen gewoon
DNA en mitochondriaal DNA, want de complexen
bestaan uit beide delen.
Meer mitochondriën?
- Delen via fission training.
- Samensmelten via fusion inactiviteit.
- Afbraak van mitochondriën via mitophagy.
,In de Kreb’s cyclus wordt NADH en FADH geproduceerd. Hierbij is complex 2 ook een enzym in de Kreb’s
cyclus. Hij kan op gang komen door verschillende stoffen:
- Fatty acids
- The ketone body
- Sugar / glucose
- Pyruvaat
- Amino acid
- Ethanol
Glycerol-3-fosfaat (vetopbouw) kan bij zware inspanning ook als energiebron gebruikt worden. Efficiëntie is wel
lager, want slaat complex 1 en complex 2 over dus minder H+ verschil.
Glycolyse: omzetten van glucose tot pyruvaat. Lactaat is altijd het eindproduct (aeroob + anearoob), zolang
pyruvaat in de citroenzuurcyclus wordt opgevangen zal het worden weggehaald en wordt er dus iets minder
lactaat gevormd.
Ketonen is een andere energiebron
- Synthetische ketonen-esther
- Geeft energie aan citroenzuurcyclus (eerder dan glycose en vetten)
- Verbetert de prestatie
O2 in elektronentransport keten is niet direct nodig voor de vorming van ATP, maar zorgt wel voor het opladen
van de proton H+ gradiënt.
KENNISCLIP 1: MITOCHONDRIELE CALCIUM AAN HET BEGIN VAN INSPANNING
Wat gebeurt er helemaal aan het begin van inspanning?
- Fase 1: cardio-pulmonale fase. Duurt even voordat 02 vanuit de longen bij spieren is. Er vinden
voornamelijk adaptaties plaats in het ventilatiesysteem (dieper inademen) en acute toename in de
hartslag. Zuurstoftoename stijgt daarmee, maar het verbruik van 02 duurt nog even.
- Fase 2: spier-adaptieve fase
- Fase 3: steady state fase
Heeft spier dus time-delay voordat 02 mitochondriën aanzet of is het iets anders?
Geen time-delay, maar eerst Calcium nodig om mitochondriën aan te zetten.
Dit onderzoeken door het meten van zuurstofverbruik van enkele samentrekkende spiervezels. Drie
verschillende type; vezels met lage SDH-concentratie hebben een lage maximale zuurstofopname en
andersom. In set-up klein kokertje en met vloeistof in het midden, met draadje met spiervezels en
krachtopnemer. En stimuleren, waardoor samentrekken en zuurstof gebruiken. Zuurstofelectroden meet de
concentratie van zuurstof. Hoe meer zuurstof verbruik, hoe meer de concentratie naar beneden gaat.
Er is te zien dat concentratie stijgt, maar het verbruikt wat later is.
Er blijkt aan het begin van de inspanning geen vertraging in cellulaire 02 respons te zijn, maar deze moet op
gang komen. Hij heeft namelijk eerst een activatie (Calcium + ADP) nodig om actief te worden.
Spiercellen met een hoge VO2max (type 1 vezels / oxidatieve vezels) hebben een snellere VO2 kinetiek. Hoog
oxidatieve vezels zijn sneller in staat hun mitochondriën ‘aan’ te zetten. Hierdoor hebben ze een lagere
zuurstofschuld aan het begin van de inspanning, waardoor ze dus sneller de steady state bereiken.
Hoe voelen mitochondriën dan dat ze aan moeten gaan?
- ATP wordt verbruikt door myosinefragmenten.
- Bij contractie komt Calcium vrij uit SR. Zorgt voor activatie van crossbridges, dus contractie.
, - SR ook dicht bij mitochondriën, dus Calcium
komt ook daar terecht.
- Calcium komt binnen via MCU (Mitochondrial
Calcium Uniporter).
- Calcium activeert processen die ATP-productie
verhoogt. Echter ook ADP nodig (komt vanaf
spiervezel), anders wordt er geen extra 02
geproduceerd. Maar ADP wordt niet in rust
geproduceerd.
MitoCam: Calciumsensor labelt mitochondriën. Zo kan calcium in mitochondriën bepaald worden.
- Mitochondriaal Calcium stijgt snel na een contractie, maar daalt heel langzaam. In dus wel snel, maar
eruit niet snel.
- Bij eerdere contractie dan Calcium waarden in mitochondriën normaal, dan zal de concentratie blijven
doorstijgen van Calcium.
- Calcium stijgt bij inspanning, net zoals zuurstof verbruik. Dit komt doordat Calcium in mitochondriën
gaat ophopen en enzymen/complexen activeren, zodat de maximale snelheid van omzetting verhoogd
wordt en er dus meer ATP productie plaatsvindt.
Wat te weten?
- Mitochondriën staan niet altijd volledig ‘aan’, maar worden aangezet door ophoping van ADP en
Calcium.
- Hoe VO2 kinetiek op cellulair niveau gemeten kan worden.
KENNISCLIP 2: METABOLE FLEXIBILITEIT
Metabole flexibiliteit is:
- Het vermogen van het organisme om de substraat oxidatie aan te passen aan de beschikbaarheid van
het substraat. Dus bijvoorbeeld; veel suiker gegeten, het lichaam is vervolgens in staat om veel
glucose te verbranden. Wanneer je juist niets hebt gegeten, geen glucose: dan zal vetzuuroxidatie een
grote rol spelen.
- Het onvermogen om de substraat oxidatie aan te passen als reactie op veranderingen in de
beschikbaarheid van nutriënten leidt tot accumulatie (opeenstapeling) van intracellulaire vetten en
insuline resistentie. Als je niet in staat bent om flexibiliteit te hebben, kan dat leiden tot ophopen van
bijvoorbeeld vetten in de spiercel en kan er insuline resistentie optreden.
De CZC/TCA-cyclus/Kreb’s cyclus vormt de samenkomst van deze metabole paden en dus de flexibiliteit. In deze
cyclus wordt NADH geproduceerd, die nodig is voor de elektronentransport keten, waardoor ATP geproduceer
kan worden.
- Pyruvaat en FFA (fatty free acids) kunnen beide Acetyl-CoA produceren.
- Ook acetaat/ketonlichamen (bij langdurig vasten/langdurige inspanning/geen glucose inname) kan
worden omgezet tot Acetyl-CoA.
- Verder kunnen glutemaat/aminozuren gebruikt worden als energiebron.
