1. Het cardiovasculair stelsel

Duursporters onderscheiden zich voornamelijk van andere sporters door een superieur ontwikkeld cardiovasculair stelsel. Elite krachtsporters kunnen door hun grote en sterke spieren meer dan 300kg bankdrukken, voetballers kunnen met een verfijnde traptechniek doelpunten scoren en triatleten vertrouwen op een uitstekend uithoudingsvermogen om zo snel mogelijk over de finish te komen. Een triatleet moet gedurende lange tijd veel energie produceren en dat gebeurt voornamelijk op een aerobe manier (zie het menselijk lichaam artikel 2) Er moet tijdens een training of wedstrijd continu zuurstof en voedingsstoffen naar de spieren worden aangevoerd om door te kunnen gaan met sporten. Dit wordt mogelijk gemaakt door het hart- en vaatstelsel (het cardiovasculair stelsel), in samenwerking met de longen. Het cardiovasculair stelsel zorgt ook voor de afvoer van CO₂ en metabolische afvalstoffen. Bovendien speelt het een belangrijke rol in de regulering van de lichaamstemperatuur, het immuunsysteem en de transport van hormonen (1). Hoe goed je cardiovasculaire stelsel is ontwikkeld wordt deels bepaald door je genen (25-50%), maar is ook voor een groot deel trainbaar (2).

1.1 De bestanddelen van het cardiovasculair stelsel

Het hart, de bloedvaten en het bloed vormen samen het cardiovasculair stelsel. Dit stelsel is onder te verdelen in de kleine bloedsomloop en de grote bloedsomloop. 

1.1.1 De kleine bloedsomloop

De kleine bloedsomloop vervoert zuurstofarm bloed van de rechterhartkamer naar de longen. Hier wordt zuurstof in het bloed opgenomen en koolstofdioxide aan de longen afgegeven, een proces dat gaswisseling wordt genoemd. Het zuurstofrijke en koolstofdioxidearme bloed stroomt dan weer terug naar de linker hartboezem en vervolgens linker hartkamer.

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

1.1.2 De grote bloedsomloop

De grote bloedsomloop begint in de linker hartkamer. Deze kamer is een stuk sterker dan de rechter hartkamer en pompt met een veel hogere druk. Het bloed verlaat het hart via de aorta waarna het naar de spieren en organen van het lichaam stroomt. Na de afgifte van onder andere zuurstof en voedingsstoffen stroomt het bloed terug naar de rechter boezem (4). 

1.1.3 Het hart 

Het hart is ongeveer zo groot als een gebalde vuist en is de motor van het cardiovasculair stelsel. Het zorgt ervoor dat bloed door het lichaam wordt gepompt. Een gemiddeld persoon pompt in rust ongeveer vief liter bloed per minuut rond (4). Een hart heeft vier holle ruimtes: twee hartkamers en twee boezems. De rechter boezem ontvangt zuurstofarm bloed uit het lichaam en transporteert het door naar de rechter hartkamer. Door zich samen te trekken stuurt de rechter hartkamer het zuurstofarme bloed naar de longen. De linker boezem ontvangt zuurstofrijk bloed vanuit de longen en stuurt dit door naar de linker hartkamer die het bloed vervolgens via de aorta naar de rest van het lichaam pompt (5). De hartspier is het gedeelte van het hart dat verantwoordelijk is voor de pompwerking en zorgt er voor dat de hartkamers zich kunnen samentrekken. Een groter en sterker hart zorgt ervoor dat er meer zuurstofrijk bloed via de bloedvaten naar de spieren kan stromen.

1.1.4 Het hartminuutvolume

De hoeveelheid bloed die het hart per minuut rondpompt wordt het hartminuutvolume genoemd. Hoe hoger de vraag naar zuurstof is, hoe hoger de hoeveelheid bloed die per minuut wordt rondgepompt. Tijdens een zeer intensieve inspanning kan de maximale capaciteit van het hart worden bereikt. Het hartminuutvolume wordt bepaald door twee factoren: het slagvolume en de hartslag. Het slagvolume is de hoeveelheid bloed dat per slag wordt rondgepompt. De hartslag is het aantal contracties van de hartspier per minuut. Door het slagvolume te vermenigvuldigen met de hartslag kun je het hartminuutvolume. In rust is dit ongeveer vijf liter per minuut, maar tijdens een zware inspanning kan dit stijgen naar ongeveer 20 liter voor ongetrainde personen en 40 liter voor elite duursporters (5).

Een hoog maximaal hartminuutvolume is een noodzaak voor een goede duursporter

De maximale hartslag is genetisch bepaald en kan niet worden beïnvloed door training. Verbeteringen in het hartminuutvolume komen dus voort uit een verhoging van het slagvolume. Duursporters hebben een grotere en gespierdere linkerhartkamer die zich sterker kan samentrekken dan de hartkamer van ongetrainde personen (6). Dit vergrote hart (ook wel een sporthart genoemd) pompt meer bloed per slag de aorta in en dit zorgt naast een hoger hartminuutvolume ook voor een lagere hartslag in rust (5).

1.1.5 De bloedvaten 

Dankzij de bloedvaten worden alle cellen in het menselijk lichaam voorzien van een continue aan- en afvoer van bloed. Een mens bestaat uit ongeveer 37,2 biljoen cellen en heeft meer dan 150.000 km aan bloedvaten om al die cellen van voldoende bloed te kunnen voorzien (7) (3). Er zijn twee verschillende soorten bloedvaten: slagaders en aders. Alle bloedvaten waarin het bloed van het hart afstroomt worden slagaders genoemd. Alle bloedvaten die naar het hart toe stromen heten aders. De grootste slagader is de aorta. Zuurstofrijk bloed verlaat de linker hartkamer via de aorta en stroomt dan de slagaders binnen. Deze slagaders monden uit in arteriolen, dit zijn kleine slagadertjes die kunnen samentrekken (vasoconstrictie) of uitzetten (vasodilatatie). Hiermee kunnen ze reguleren hoeveel bloed er naar een orgaan of spier vloeit. De arteriolen monden op hun beurt uit in haarvaatjes, ook wel capillairen genoemd. Deze zijn zo dun dat er een uitwisseling van stoffen (zuurstof, CO₂, voedingsstoffen, etc.) kan plaatsvinden met het weefsel waar het bloed doorheen stroomt. Zodra deze uitwisseling heeft plaatsgevonden stroomt het nu zuurstofarme en CO₂ rijke bloed via de aders terug naar de rechter hartboezem (3). Net zoals het slagvolume zijn de hoeveelheid haarvaatjes die om een spiervezel liggen trainbaar. Tijdens een inspanning stroomt er meer bloed naar de actieve spieren en wordt de druk op de wanden van de bloedvaten groter. Om er voor te zorgen dat de spieren deze vergrote aanvoer van zuurstof en voedingsstoffen kunnen verwerken zal het lichaam meer haarvaatjes aanmaken (9). Hierdoor zal de capillaire dichtheid (het aantal haarvaatjes per mm²) toenemen.

1.1.6 Het bloed

Een volwassen mens heeft een bloedvolume van ongeveer 4-6 liter. Bloed bestaat uit bloedplasma (55%) en bloedcellen (45%). Bloedplasma bestaat voornamelijk uit water (92%) en bevat elektrolyten, proteïnen, voedingsstoffen, afvalstoffen en hormonen. De bloedcellen bestaan voornamelijk uit rode en witte bloedcellen en uit bloedplaatjes. De witte bloedcellen spelen een belangrijke rol in het afweersysteem (8). De rode bloedcellen bevatten hemoglobine, een ijzer bevattend eiwit wat zuurstof aan zich bindt en zo het transport van zuurstof en koolstofdioxide door het lichaam mogelijk maakt. Hoe meer hemoglobine een persoon heeft, hoe meer zuurstof deze persoon naar de spieren kan transporteren. Hemoglobine is echter moeilijk te verhogen tenzij er gebruik wordt gemaakt van een hoogtestage of bloeddoping. Duurtraining zal waarschijnlijk zelfs zorgen voor een verlaging van de het hemoglobinegehalte in het bloed aangezien duurtraining zorgt voor een expansie van het plasmavolume. Wel vindt er een absolute verhoging in hemoglobinemassa plaats aangezien duurtraining de aanmaak van rode bloedcellen stimuleert. Een verhoging van het plasmavolume verlaagt de viscositeit van het bloed en dit maakt het transport van zuurstof makkelijker (10).

1.2 De functies van het cardiovasculaire systeem

De bloedsomloop heeft een aantal belangrijke functies. Het zorgt voor de aanvoer van zuurstof en voedingsstoffen en voor de afvoer van CO₂ en metabolische afvalstoffen. Ook speelt de bloedsomloop een rol in de regulering van de lichaamstemperatuur, het immuumsysteem en de transport van hormonen (11). 

1.2.1 De aanvoer van zuurstof

Uit het menselijk lichaam artikel 2 wordt duidelijk dat het lichaam zuurstof nodig heeft om op een efficiënte en langdurige manier ATP te produceren. Deze zuurstof komt het lichaam binnen via de luchtwegen. Door in te ademen stroomt er zuurstofrijk lucht de longen in. De lucht dringt steeds dieper de longen in totdat het aankomt bij de alveolen, ook wel longblaasjes genoemd. De longen bevatten meer dan 600 miljoen longblaasjes en deze worden omgeven door een netwerk van zeer kleine bloedvaatjes (haarvaatjes). De zuurstof in de alveoli passeert een membraan en komt zo in de haarvaatjes. Het grootste deel van de zuurstof wordt vervolgens aan hemoglobine (een gespecialiseerd eiwit dat onderdeel is van rode bloedcellen) gebonden. Zuurstof kan dan via het bloed worden getransporteerd naar cellen en op deze manier kan in de mitochondriën aeroob ATP worden geproduceerd (12).

1.2.2 De aanvoer van voedingsstoffen

Macrovoedingsstoffen (eiwitten, vetten en koolhydraten) en microvoedingsstoffen (vitamines en mineralen) worden in de darmen afgegeven aan het bloed (zie het menselijk lichaam artikel 1) en kunnen op die manier worden getransporteerd. Deze voedingsstoffen kunnen dienen als bouwstoffen (eiwitten, mineralen), brandstoffen (eiwitten, vetten en koolhydraten), regulerende stoffen (vitamines en mineralen) of beschermende stoffen (vitamines en mineralen) (13). 

1.2.3 De afvoer van metabolische afvalstoffen 

De metabolische processen in het menselijk lichaam produceren stoffen die niet meer gebruikt kunnen worden en daarom moeten worden uitgescheiden. Voorbeelden van metabolische afvalstoffen zijn CO₂, stikstofhoudende stoffen (ammoniak, ureum, urinezuur en creatine) en zouten. CO₂ komt vrij bij de aerobe productie van ATP. Deze afvalstof wordt opgenomen door de rode bloedcellen en het bloedplasma en wordt vervolgens getransporteerd naar de longen waar het uitgeademd kan worden. De stikstofhoudende stoffen worden gevormd tijdens eiwitmetabolisme en worden via de nieren uitgescheiden in urine samen met verschillende zouten. 

1.2.4 De regulering van de lichaamstemperatuur 

Het merendeel van de lichaamswarmte wordt geproduceerd in de lever, hersenen, het hart en in samentrekkende spieren. Tijdens koude omstandigheden vindt er vasoconstrictie (het vernauwen van bloedvaten) plaats in het perifeer bloedvatenstelsel dat vlak onder de huid ligt. Hierdoor stroomt er minder warm bloed naar de huid waardoor het vetweefsel meer warmte kan isoleren. In warme omstandigheden vindt er juist vasodilatatie plaats waardoor er meer bloed naar de huid kan stromen waar het makkelijker af kan koelen. In zeer warme omstandigheden kan 15-25% van het hartminuutvolume naar de huid worden gestuurd (14).

1.2.5 Het immuunsysteem

Het immuunsysteem beschermt het lichaam tegen ziekte door aanvallen van virussen, bacteriën en parasieten te neutraliseren. Witte bloedcellen zijn onderdeel van het immuunsysteem en worden geproduceerd in het beenmerg. Het is belangrijk dat witte bloedcellen snel kunnen reageren op indringers. Deze cellen hebben daarom een soort pootjes waarmee ze zich kunnen afzetten tegen de wanden van bloedvaten en hierdoor kunnen ze zich tot 1000 keer sneller bewegen dan de meeste cellen in het menselijk lichaam (15). 

1.2.6 De transport van hormonen 

Hormonen zijn signaalstoffen die door het endocriene stelsel worden afgegeven aan het bloed. Via de bloedsomloop bereiken hormonen de doelwitcellen waardoor er bepaalde processen en activiteiten worden gereguleerd. Hormonen hebben onder andere invloed op de spijsvertering, het metabolisme, de ademhaling en de gemoedstoestand (16).

Bronnen

(1) Magill, P., T. Schwartz, and M. Breyer (2017): “Build your running body.” p112.

(2)  Astrand, P. O., and K. Rodahl (1986): “The Textbook of Work Physiology: Physiological Bases of Exercise.” (3rd ed.).  

(3) McArdle, W. D., F. I. Katch, and V. L. Katch (2010). “Exercise Physiology: Nutrition, Energy, and Human Performance.” 7th Edition, p304.

(4) Magill, P., T. Schwartz, and M. Breyer (2017): “Build your running body.” p115.

(5) McArdle, W. D., F. I. Katch, and V. L. Katch (2010). “Exercise Physiology: Nutrition, Energy, and Human Performance.” 7th Edition, p343.

(6) Magill, P., T. Schwartz, and M. Breyer (2017): “Build your running body.” p116.

(7) Bianconi, E., et al. (2013): “An estimation of the number of cells in the human body”.

(8) https://content.openclass.com/eps/pearson-reader/api/item/ab914c98-1923-486b-bdb4-b9187be18b9e/1/file/silverthornHP7-071415-MJ-BO/OPS/s9ml/chapter16/filep7000495934000000000000000005958.xhtml 

(9) Magill, P., T. Schwartz, and M. Breyer (2017): “Build your running body.” p118-119.

(10) Bassett, D. R., T. H. Howley (2000): “Limiting factors for maximum oxygen uptake and determinants of endurance performance”.

(11) Surgeon General’s report on physical activity and health. U.S. Department of health and human services. p60-61.

(12) McArdle, W. D., F. I. Katch, and V. L. Katch (2010). “Exercise Physiology: Nutrition, Energy, and Human Performance.” 7th Edition, p255.

(13) https://www.voedingscentrum.nl/encyclopedie/voedingsstoffen.aspx 

(14) McArdle, W. D., F. I. Katch, and V. L. Katch (2010). “Exercise Physiology: Nutrition, Energy, and Human Performance.” 7th Edition, p617.

(15) https://medicalxpress.com/news/2016-11-white-blood-cells-fast.html 

(16) Magill, P., T. Schwartz, and M. Breyer (2017): “Build your running body.” p222.