fbpx

Het menselijk lichaam artikel 1: het metabolisme

18 Februari 2020 | Basiskennis | Maarten Strijbosch

In het kort

– De vertering van voedingsstoffen kost veel tijd en vraagt om een verhoogde bloedtoevoer naar het maag-darmstelsel. Eet dus geen grote maaltijd vlak voor het sporten.

– Koolhydraten worden het snelste verteerd en zijn de beste manier om de bloedsuikerspiegel tijdens het sporten op peil te houden.

– Het lichaam heeft voldoende vetten om 40 marathons achter elkaar te lopen. De hoeveelheid opgeslagen koolhydraten zijn echter erg beperkt.

– De inname en beschikbaarheid van koolhydraten bepalen in welke status (absorptief, postabsorptief of uithongering) het lichaam zich bevindt en heeft ook effect op de trainingsprikkel die er wordt gegeven.

– Hoe langer de inspanning, hoe langer de postabsorptieve status voortduurt en hoe belangrijker het managen van de koolhydraatvoorraden wordt.

– Een hongerklop dwingt een sporter om de inspanningsintensiteit te verlagen en verhoogt de kans op spierafbraak.

1. Het metabolisme

Het menselijk lichaam heeft een continue aanvoer van energie nodig om te kunnen blijven functioneren. In rust wordt ongeveer 66% van de benodigde energie gehaald uit vetten, 33% komt uit koolhydraten en de rest wordt gehaald uit eiwitten (1). Tijdens het sporten verandert deze mix aangezien spieren sneller energie uit koolhydraten kunnen halen dan uit vetten of eiwitten. De voorraad koolhydraten in het lichaam is echter relatief klein en het brein gebruikt ook het liefst glucose als brandstof. Het is dus niet verwonderlijk dat het lichaam verschillende mechanismen heeft om de hoeveelheid glucose in het bloed te reguleren.

Iedereen die een hongerklop heeft gehad weet dat een goede triathlon prestatie afhankelijk is van de aanwezigheid van voldoende koolhydraten. Hoe langer de inspanning, hoe belangrijker het managen van de energievoorraden wordt. Het is daarom belangrijk voor triathleten om te weten hoe het lichaam voeding verteert, opslaat en gebruikt.  Er zijn drie verschillende metabolische statussen van het lichaam: de absorptieve status, de post-absorptieve status en uithongering (2).

 

 

 

 

 

Afbeelding 1: het menselijk spijsverteringsstelsel

1.1 De absorptieve status

De periode net na een maaltijd, wanneer de voedingsstoffen worden geabsorbeerd, wordt de absorptieve status genoemd. Het lichaam moet ingenomen voedsel eerst verteren voordat het lichaam gebruik van kan maken van de voedingsstoffen.

1.1.1 Van voedsel naar energie en bouwstoffen

De spijsvertering zorgt ervoor dat voedsel wordt verteert tot stoffen die zo klein zijn dat ze in het bloed terecht kunnen komen. De spijsvertering begint in de mond waar het gebit het voedsel in kleine brokjes vermaalt en waar speekselenzymen zetmeel afbreken en omzetten naar maltose en later naar glucose. Speeksel bevat ook enzymen die alvast een begin maken met de vertering van vet. De zetmeelvertering wordt voortgezet in de slokdarm die er ook voor zorgt dat het voedsel naar de maag wordt vervoerd. De maag produceert maagzuur, lipase en peptase en mengt dit met de voedselbrij. Maagzuur zorgt voor de doding van bacteriën, het enzym lipase splitst vetten in glycerol en vetzuren. Peptase (ook een enzym) helpt bij de afbraak van eiwitten. De voedselbrij stroomt dan door naar de twaalfvingerige darm waar sappen uit de alvleesklier het mengsel minder zuur maken. Ook bevat het alvleessap spijsverteringsenzymen die helpen bij de afbraak van eiwitten, vetten en koolhydraten. Gal uit de galblaas komt in de darm terecht en helpt bij de afbraak van vet. In de dunne darm worden vervolgens aminozuren (uit de vertering van eiwitten), glucose (uit de vertering van koolhydraten) en vetzuren en glycerol (uit de vertering van vetten) afgegeven aan het bloed. Dit proces wordt makkelijker gemaakt door de darmplooien die zorgen voor een groot contactoppervlak (150-200m²). De dikke darm neemt de laatste voedingsstoffen zoals elektrolyten en water op. De onverteerbare voedingsresten worden verzameld in de endeldarm (3).

Zie afbeeling 1 voor een grafische weergave (klik om te vergroten).

Afbeelding 1: het menselijk spijsverteringsstelsel

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Afbeelding 2: een triglyceride

Hoe snel de ingenomen voeding kan worden gebruikt door het lichaam is o.a. afhankelijk van de samenstelling, de hoeveelheid en de mate van fysieke inspanning. Het duurt ongeveer 30-40 uur voordat een gemiddelde maaltijd helemaal verteerd wordt door een gezond persoon. Na 2.5-3u is 50% van de maaginhoud geledigd, het duurt 4-5u voordat de maag helemaal leeg is. Het duurt 2.5-3u voordat de dunne darm de helft van de voedselbrij kan legen. Vervolgens kan het nog vele uren duren voordat de restproducten de endeldarm verlaten. Het lichaam kan echter de ene voedingsstof sneller verteren dan de andere. Een maaltijd bestaande uit koolhydraten, eiwitten en vetten wordt dus niet gelijktijdig verteerd; koolhydraten worden het snelste opgenomen, eiwitten doen er langer over en de vertering van vetten kost het meeste tijd (4).

Simpele, enkelvoudige suikers (monosachariden) zoals fructose (fruitsuiker), sucrose (tafelsuiker) en glucose spenderen minder tijd in de maag en komen dus sneller in de dunne darm waar ze aan het bloed worden afgegeven (sucrose wordt door een enzym in de dunne darmwand gesplitst in glucose en fructose). Complexe koolhydraten (zetmeel) bestaan uit glucoseketens die veel of weinig vertakkingen hebben. Deze ketens moeten eerst worden opgeknipt tot individuele glucose moleculen voordat ze kunnen worden opgenomen in het bloed. Complexe koolhydraten zoals aardappelen verteren dus langzamer dan een sportdrank. Vezels (koolhydraten die niet verteerd kunnen worden in de dunne darm) zorgen voor een vertraagde opname van voedingsstoffen.

Eiwitmoleculen zijn veel groter dan koolhydraatmoleculen en kosten dus meer tijd om te verteren. Om vetten (triglyceriden) te kunnen gebruiken als brandstof moeten ze eerst worden gesplitst. Een triglyceride bestaat uit een glycerol met daaraan vast 3 vetzuurketens. Glycerol en vetzuren kunnen vervolgens worden geabsorbeerd in de dunne darm.

Afbeelding 2: een triglyceride

Nadat de dunne en dikke darm een voedingsstof aan het bloed afgeven wordt het via de poortader naar de lever vervoerd. De lever zorgt ervoor dat het bloed wordt gefilterd voordat het in de bloedcirculatie terecht komt en speelt een grote rol in koolhydraat, vet en eiwit metabolisme. Lange keten vetzuren kunnen niet door de poortader worden getransporteerd. Deze vetten bereiken via het lymfevatenstelsel als triglyceriden de bloedsomloop.

Fysieke inspanning zorgt ervoor dat er meer bloed naar de spieren gaat en dus minder naar het maag en darmstelsel. Dit zorgt voor een vertraagde spijsvertering. Ook verteren sommige mensen voedsel simpelweg sneller dan andere mensen (4).

 

 

 

 

 

 

 

 

Afbeelding 3: de vertering en opname van koolhydraten

1.1.2 Nu gebruiken of opslaan voor later?

De voedingsstoffen die zijn verkregen uit het verteerde voedsel kunnen onmiddellijk worden gebruikt om energie te leveren, kunnen worden gebruikt voor de opbouw van cellen en weefsels of worden opgeslagen voor later in de vorm van vetweefsel en glycogeen (glycogeen is een meervoudig vertakt polymeer dat bestaat uit aan elkaar gekoppelde glucose moleculen). Wat er precies met de voedingstoffen gebeurd is afhankelijk van het type (koolhydraat, vet of proteïne) en van de behoeftes van het lichaam. Door vlak na een maaltijd te sporten (of tijdens) worden er minder voedingsstoffen opgeslagen en worden er meer direct gebruikt voor energie.

Koolhydraten

Na een koolhydraatrijke maaltijd komt er via de darmen veel glucose in het bloed. De lever heeft een belangrijke rol in het reguleren van de bloedsuikerspiegel. Het is belangrijk dat de concentratie glucose in het bloed niet te hoog of te laag wordt. Zodra het lichaam meer glucose heeft dan het op dit moment kan gebruiken wordt de overtollige hoeveelheid glucose omgezet in glycogeen. Zo stijgt de bloedsuikerspiegel niet te snel en wordt schade aan het lichaam voorkomen. De opslagcapaciteit van koolhydraten in het lichaam is echter beperkt tot ongeveer 500 g. Een overschot aan glucose wordt omgezet in triglyceriden wanneer de glycogeen voorraden al vol zitten. Deze triglyceriden worden vervolgens getransporteerd en opgeslagen in vetweefsel (5).

Afbeelding 3: de vertering en opname van koolhydraten

Afbeelding 4: de vertering en opname van vetten

Vetten

Na een maaltijd worden vetten verteerd tot vetzuren en glycerol. Deze stoffen kunnen vervolgens direct worden gebruikt voor energie. De vetten van de maaltijd die het lichaam niet direct nodig heeft worden omgevormd tot triglyceriden en zo opgeslagen voor later in vetweefsel. Ook kunnen de vetten worden gesynthetiseerd naar een andere verbinding zoals een celmembraan.

Afbeelding 4: de vertering en opname van vetten

Afbeelding 5: de vertering en opname van eiwitten

Eiwitten

De aminozuren die na een maaltijd door de darmen aan het bloed worden afgegeven kunnen worden gebruikt om eiwitten of andere stoffen (zoals hormonen) mee te maken. Aminozuren kunnen ook worden gebruikt om pyrodruivenzuur van te maken. Dit druivenzuur kan vervolgens worden gebruikt als energiebron of kan worden omgezet in glucose. Eiwitten die het lichaam niet nodig heeft voor andere doeleinden zal worden opgeslagen als vet (9).

Afbeelding 5: de vertering en opname van eiwitten

1.2 De postabsorptieve status

Na een verloop van tijd zijn alle voedingsstoffen die met een maaltijd zijn binnengekomen verteerd, geabsorbeerd en naar verschillende cellen getransporteerd. Het lichaam vraagt echter continue om energie en wanneer er gedurende meerdere uren geen maaltijd wordt genuttigd, schakelt het lichaam over van de absorptieve naar de postabsorptieve (nuchtere) staat. Deze status wordt geactiveerd gedurende de nacht maar de ook wanneer er overdag een maaltijd wordt overgeslagen of wanneer er wordt gesport.

Een daling van de concentratie glucose in het bloed veroorzaakt de overschakeling naar de postabsorptieve staat. Er worden op dat moment geen nieuwe voedingsstoffen meer naar het bloed getransporteerd waardoor het lichaam gebruik moet maken van de opgeslagen energie voorraden.

1.2.1 De opslag van koolhydraten, vetten en eiwitten.

De mens heeft een relatief kleine hoeveelheid koolhydraten opgeslagen in haar lichaam. Een gemiddelde man van 80 kg heeft een koolhydraat voorraad van 503 gram. De meerderheid van deze koolhydraten is opgeslagen als glycogeen in de spieren (400 gram). De lever bevat ongeveer 100 gram glycogeen en het bloed bevat +- 3 gram glucose.

Afbeelding 6: een gemiddelde man van 80 kg heeft een koolhydraat voorraad van 503 g, waarvan 500 g glycogeen.

Gebaseerd op: McArdle, W. D., F. I. Katch, and V. L. Katch (2010): “Exercise Physiology: Nutrition, Energy, and Human Performance.” 7th Edition, afbeelding 1.5.

Een gemiddelde man heeft genoeg vetreserves om 40 marathons achter elkaar te lopen. De glycogeen voorraad is echter na 1.5u intensief sporten al uitgeput.

In tegenstelling tot koolhydraten heeft het menselijk lichaam wel een grote voorraad aan vetten. De reden hiervoor is dat opgeslagen vet (triglyceriden) veel meer potentiële energie per gram bevat dan opgeslagen koolhydraten (glycogeen). Ook is ieder gram glycogeen opgeslagen met minimaal 3 gram water (6). Een man van 80 kg met een vetpercentage van 15% heeft genoeg vetreserves om 40 marathons achter elkaar te lopen (7). De glycogeen voorraad is echter na 1.5u intensief sporten al uitgeput. De opgeslagen vetten bevinden zich voornamelijk onder de huid maar ook in de spieren (intramuscular triacyglycerols). 

Afbeelding 7: een gemiddelde man van 80 kg heeft een vet voorraad van 12,3 kg. Het overgrote merendeel van deze vetten zijn opgeslagen in onderhuids vetweefsel.

Gebaseerd op: McArdle, W. D., F. I. Katch, and V. L. Katch (2010). “Exercise Physiology: Nutrition, Energy, and Human Performance.” 7th Edition, afbeelding 1.17.

Het lichaam heeft ook een grote hoeveelheid aan opgeslagen eiwitten. Een gemiddeld mens bestaat voor 15,1% uit proteïne, dat is 12 kg aan proteïne voor iemand van 80 kg. Ongeveer 70% hiervan bevind zich in de skeletspieren. 210 gram aan aminozuren bestaat in vrije vorm, voornamelijk als glutamine, een belangrijk aminozuur dat dienstdoet als brandstof voor de cellen van het immuunsysteem (8).

Afbeelding 8: koolhydraat, vet en eiwit metabolisme in de postabsorptieve staat

1.2.2 De energievoorziening in de postabsorptieve status

De mens maakt gebruik van de opgeslagen hoeveelheden koolhydraten, vetten en eiwitten om het lichaam van voldoende energie te voorzien in de postabsorptieve status. Het lichaam maakt in rust vooral gebruik van opgeslagen koolhydraten en vetten maar kan dit niet direct gebruiken als brandstof. Het moet eerst glycogeen afbreken tot glucose en lichaamsvet (triglyceriden) tot vrije vetzuren en glycerol voordat het gebruikt kan worden. De glucose, vrije vetzuren en glycerol moleculen worden vervolgens via het bloed getransporteerd naar de cellen die deze voedingsstoffen nodig hebben. In normale omstandigheden wordt er slechts heel weinig eiwit afgebroken tot aminozuren om het lichaam te voeden.

Afbeelding 8: koolhydraat, vet en eiwit metabolisme in de postabsorptieve staat

1.2.3 Het belang van glucose

Het menselijk lichaam heeft een beperkte hoeveelheid koolhydraten maar dit betekend niet dat koolhydraten een relatief onbelangrijke rol spelen in het lichaam. De hersenen hebben namelijk een voorkeur voor het gebruik van glucose als brandstof, en rode bloedcellen kunnen zelfs alleen glucose gebruiken. Ook verbruiken de spieren veel koolhydraten tijdens een fysieke inspanning. Het lichaam vraagt om een continue levering van koolhydraten en om schade aan het lichaam te voorkomen is het heel belangrijk om de concentratie glucose in het bloed op peil (tussen de 80-120 mg/dL) te houden. Het is dus niet zo gek dat het lichaam allerlij methodes heeft om te kunnen voldoen aan de vraag naar glucose (10) (2).

Van glycogeen naar glucose

De makkelijkste manier om de concentratie aan glucose in het bloed te verhogen is door de afbraak van de glycogeen voorraad in de lever. Zodra de postabsorptieve staat wordt geactiveerd daalt de hoeveelheid insuline in het bloed. De alvleesklier geeft tegelijkertijd glucagon af, en dit zorgt ervoor dat de lever nu glycogeen omzet naar glucose, wat vervolgens gebruikt kan worden door o.a. de hersenen. Het is ook mogelijk het glycogeen dat in de spieren is opgeslagen te gebruiken als bron van glucose voor de hersenen i.p.v. voor de spieren. Dit moet echter wel via een omweg: glycogeen moet eerst worden omgezet in pyrodruivenzuur (aerobische condities) of lactaat (anearobische condities). Pyrodruivenzuur en lactaat kunnen dan naar de lever worden vervoerd waar het vervolgens via gluconeogenese glucose wordt (11). Meer hierover in “Het menselijk lichaam artikel 2.”

Afbeelding 9: gluconeogenese

Van vet naar glucose 

De grootste energie reserves in het lichaam zijn vetten. Deze worden dan ook zo veel mogelijk gebruikt als brandstof om zo de glycogeenvoorraden te sparen. Triglyceriden zijn de meest voorkomende vetten in het menselijk lichaam en vormen het lichaamsvet. Om triglyceriden te kunnen gebruiken als brandstof worden ze gesplitst in vrije vetzuren en glycerol. Vrije vetzuren kunnen door veel verschillende weefsels worden opgenomen en gebruikt om energie te produceren. Glycerol kan via gluconeogenese in de lever en nieren glucose creëren (11).

Van lichaamseiwit naar glucose

Het lichaam heeft een kleine reserve aan vrije aminuzuren dat kan worden gebruikt om het lichaam van energie te voorzien en ook gebruikt kan worden voor de productie van glucose (gluconeogenese). Dit gebeurt in de lever.

Afbeelding 9: gluconeogenese

Afbeelding 10: ketose tijdens een staat van uithongering

1.3 Uithongering

Wanneer het lichaam gedurende een lange periode onvoldoende voedingsstoffen binnenkrijgt wordt er een soort “survival modus” geactiveerd. Door een te lage inname van koolhydraten is de glycogeenvoorraad uitgeput en de concentratie glucose in het bloed te laag. Dit kan gebeuren door een dieet dat extreem laag is in koolhydraten of door een zware fysieke inspanning. Een gebrek aan koolhydraten in het lichaam dat veroorzaakt is door het sporten wordt vaak een hongerklop genoemd (12).

Tijdens een staat van uithongering moet het lichaam alle registers opentrekken om het brein van voldoende brandstof te voorzien. Het proces van glycolyse (gebruik maken van glucose als brandstof) zal in zoveel mogelijk cellen worden stopgezet en er wordt overgestapt op een alternatieve brandstof. Spiercellen zullen gedurende een hongerklop overstappen op vetzuren als voornaamste brandstof en hierdoor wordt het lichaam gedwongen om de inspanningsintensiteit te verlagen.

Ook zal het lichaam glucose gaan produceren uit niet-koolhydraatbronnen zoals aminozuren, glycerol, pyrodruivenzuur en lactaat. Dit proces van gluconeogenese (zie afbeelding 9) kost meer energie dan het oplevert en leidt ook tot de afbraak van spiermassa (spiermassa is een bron van aminozuren) (2).

Tijdens een hongerklop breek het lichaam haar eigen spieren af om aan de energie en glucose behoefte te kunnen voldoen.

1.3.1 Ketonen

Een gebrek een glucose dwingt de hersenen om gebruik te maken van een alternatieve brandstof. De hersenen kunnen geen vetzuren gebruiken voor energie omdat deze de bloed-hersenbarrière niet kunnen passeren. Het lichaam kan echter in de lever ketonen maken uit vetten. Deze ketonen worden vervolgens via het bloed naar o.a. de hersenen, het hart en de spieren vervoerd waar het kan worden gebruikt als brandstof (2). Deze verhoogde concentratie ketonen in het bloed wordt ketose genoemd.

Afbeelding 10: ketose tijdens een staat van uithongering

Bronnen

(1) Kraemer, W. J., S. J. Fleck, and M. R. Deschenes (2011): “Exercise Physiology: Integrating Theory and Application.” p46.

(2) Betts, J.G., et al. “Anatomy and Physiology.” https://opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/24-5-metabolic-states-of-the-body/

(3) Lumen Learning. “Anatomy and Physiology II.” https://courses.lumenlearning.com/suny-ap2/chapter/chemical-digestion-and-absorption-a-closer-look/

(4) Bowen, R. “Gastrointestinal Transit: How Long Does It Take?” http://www.vivo.colostate.edu/hbooks/pathphys/digestion/basics/transit.html

(5) McArdle, W. D., F. I. Katch, and V. L. Katch (2010). “Exercise Physiology: Nutrition, Energy, and Human Performance.” 7th Edition, p159.

(6) Fernandez-Elias, V.E., et al. (2015): “Relationship between muscle water and glycogen recovery after prolonged exercise in the heat in humans.

(7) McArdle, W. D., F. I. Katch, and V. L. Katch (2010). “Exercise Physiology: Nutrition, Energy, and Human Performance.” 7th Edition, p27.

(8) Wang, Z., et al. (2003): “Total body protein: a new cellular level mass and distribution prediction model.

(9) McArdle, W. D., F. I. Katch, and V. L. Katch (2010). “Exercise Physiology: Nutrition, Energy, and Human Performance.” 7th Edition, p157-159.

(10) Berg, L.M., J.L. Tymoczko, and L. Stryer (2002). “Biochemistry.” 5th Edition, sectie 16.3.

(11) https://content.openclass.com/eps/pearson-reader/api/item/ab914c98-1923-486b-bdb4-b9187be18b9e/1/file/silverthornHP7-071415-MJ-BO/OPS/s9ml/chapter22/filep7000495934000000000000000007730.xhtml

(12) Lumen Learning. “Anatomy and Physiology II.” https://courses.lumenlearning.com/suny-ap2/chapter/metabolic-states-of-the-body/ 

Volg optrimize op social media

Blijf op de hoogte van de beste triathlon artikelen, tips & tricks

Artikel 2: ATP Productie

BASISKENNIS

Artikel 3: Het Cardiovasculair Stelsel

BASISKENNIS

Artikel 4: De Spieren

BASISKENNIS
0
    0
    Winkelwagen
    Je winkelwagen is leegTerug naar website