Hoe het lichaam energie gebruikt

runnersDegenen onder ons die betrokken zijn bij sport - atleten, coaches en degenen die met atleten werken - begrijpen hoe belangrijk het is om het lichaam van energie te voorzien om energie en prestaties te maximaliseren. Het helpt ook te begrijpen hoe het lichaam energie omzet, zodat gezonde strategieën kunnen worden gebruikt om de atletische prestaties te verbeteren.

De fundamentele wet van energie

De eerste wet van de thermodynamica stelt dat energie niet kan worden gecreëerd, maar moet worden overgedragen of omgezet van de ene vorm naar de andere. Zoals een auto alleen op benzine werkt, draait het menselijk lichaam slechts op één soort energie: chemische energie. Meer in het bijzonder kan het lichaam slechts één specifieke vorm van chemische energie, of brandstof, gebruiken om biologisch werk te doen - adenosine trifosfaat (ATP).

ATP - het gas in de tank

Dus, hoe maakt het menselijk lichaam ATP, de enige brandstof die het kan omzetten in energie? Ons lichaam heeft drie verschillende chemische systemen die energie omzetten. Bijna iedereen weet dat we eiwitten, koolhydraten en vetten gebruiken voor energie. Calorieën zijn metingen van een eenheid van warmte of voedselenergie. We kunnen bijvoorbeeld vier calorieën per gram eiwitten en koolhydraten bereiken, en negen calorieën per gram uit vetten.

Maar hoe zetten we deze potentiële energiestoffen om in ATP? Dit is waar drie energiesystemen in het spel komen.

Energiesysteem 1: klaar brandstof voor onmiddellijke energie

Het Onmiddellijke Energiesysteem, oftewel ATP-PC, is het systeem dat het lichaam gebruikt om onmiddellijke energie te genereren. De energiebron, phosphocreatine (PC), wordt opgeslagen in de weefsels van het lichaam. Wanneer oefening is gedaan en energie is verbruikt, wordt PC gebruikt om ATP aan te vullen. Kort gezegd functioneert de pc als een reserve om ATP bijna onmiddellijk te kunnen herbouwen.

Dus, in de quadriceps en hamstring spiergroepen van een gemiddelde atleet, een specifieke hoeveelheid ATP en pc opgeslagen in de spier. Deze opgeslagen substraten staan ​​klaar om chemisch te worden getransformeerd om het biologische werkproces te voeden - zoals het samentrekken van een spier. Dit systeem geeft atleten een gemakkelijk verkrijgbare energieopslag die zonder vertraging toegankelijk is.

Wat is het nadeel?

De gemiddelde atleet heeft ongeveer 285 gram opgeslagen ATP in zijn of haar hele lichaam. Die hoeveelheid ATP wordt binnen een paar seconden werk verbruikt. Atleten hebben op elk moment slechts ongeveer 10 seconden aan ATP-pc.

Een supplement dat creatine monohydraat wordt genoemd en dat de hoeveelheid PC die in de spieren is opgeslagen, kan verhogen. Het is een van de meest onderzochte ergogene hulpmiddelen die beschikbaar is en het werkt. Het kan echter spierkrampen veroorzaken en het wordt niet aanbevolen voor gebruik tijdens warm weer.

Energiesysteem 2: snelle energie met glucose

Het glycolytische systeem, soms anaërobe glycolyse genoemd, is een reeks van tien enzymgecontroleerde reacties waarbij koolhydraten worden gebruikt om ATP en pyruvaat als eindproducten te produceren.

Glycolyse is de afbraak van glucose. Technisch gezien kan glycolyse glucose of glycogeen gebruiken in zijn chemische reacties. De glucose moet het celmembraan binnenkomen om met het proces te beginnen. Bij het binnengaan in de cel begint de glucose een transformatie die een net van twee ATP- en twee pyruvaatmoleculen zal produceren. Deze 10 reacties treden zeer snel op. Glycolyse is het energiesysteem dat de voorkeur geniet van het menselijk lichaam wanneer er enige vorm van bewegingswerk vereist is. Het proces is snel, er is over het algemeen veel glucose beschikbaar en de reacties kunnen overal in het sarcoplasma van de cel optreden.

Wat is het nadeel?

Er zijn twee problemen met glycolyse. Eerst worden slechts twee ATP-moleculen geproduceerd voor elk molecuul glucose dat in het proces wordt gebruikt. Glucose begint met zes koolstofatomen in zijn structuur. In chemische energie zijn koolstofatomen potentiële energie, met andere woorden potentiële ATP. In chemische termen is dat een verspilling van potentiële energie.

Ten tweede hebben de twee pyruvaatmoleculen die in de allerlaatste reactie zijn gecreëerd twee mogelijke routes. Ze kunnen worden omgezet in lactaat (melkzuur), of ze kunnen in het derde energiesysteem worden gebracht en ATP blijven produceren.

Aerobe fitheid vermindert de lactaatproductie bij glycolyse

Wat er feitelijk met de pyruvaat gebeurt, hangt van verschillende factoren af ​​- voornamelijk hoe 'aerobisch' de atleet is en de mate van werkintensiteit. Hoe lager de relatieve werkintensiteit en hoe hoger de aerobe conditie van de sporter, hoe minder melkzuur geproduceerd zal worden.

Omgekeerd, hoe meer het lichaam glycolyse gebruikt om ATP te produceren, hoe meer lactaat er mee wordt geproduceerd. Zoals de meeste atleten weten, helpt een hoog niveau aan lactaat in het bloed de sportprestaties niet.

Hoe glycolyse te gebruiken

Over het algemeen duurt het enkele seconden voordat de glycolyse is begonnen en kan deze maximaal ongeveer twee minuten worden gebruikt. Een klassiek voorbeeld is één ronde rond een baan van 400 meter lang. De gemiddelde atleet begint supersnel, doorkruist de middelste 200 en kruipt dan over de finishlijn.

Vanuit een energiesysteemperspectief voedt Energiesysteem 1 de eerste drie of vier stappen van de atleet, waarna de glycolyse de controle overneemt om ATP te produceren. Tegen de tijd dat de 400 meter klaar is, geldt ook glycolyse.

Energiesysteem 3: Langdurige aerobe energie

Het aërobe systeem bevindt zich in een specifiek organel van de cellen van het lichaam. Dit specifieke organel is de mitochondria - het 'krachthuis van de cel'. Dat is precies waar. Het grootste deel van de ATP geproduceerd door het menselijk lichaam komt van de mitochondriën. Daarom bestaat het grootste deel van de geproduceerde ATP uit "aerobe" processen.

De eerste twee energiesystemen zijn anaëroob, wat betekent dat ze geen zuurstof nodig hebben. Het aërobe energiesysteem moet zuurstof bevatten of het hele proces zal vertragen en mogelijk volledig stoppen.De zuurstof die dit systeem nodig heeft, wordt geleverd door de cardiovasculaire en respiratoire systemen via de bloedstroom naar de weefsels.

Waar het rubber de weg tegenkomt

Het aërobe energiesysteem is waar we alle drie onze brandstofbronnen gebruiken. Het is binnen dit systeem dat koolhydraten, vetten en eiwitten kunnen worden verwerkt om ATP te produceren. Koolhydraten komen door het glycolytische systeem en produceren pyruvaat dat door het aërobe systeem stroomt.

Het gebruik van eiwitten en vetten is iets gecompliceerder. Eiwitten moeten een proces doorlopen waarbij de stikstofcomponenten worden verwijderd. In principe wordt het eiwit in zijn afzonderlijke aminozuren veranderd en wordt het "amino" -deel uitgekleed of veranderd. Wat overblijft, is eenvoudigweg een koolstofmolecule die kan worden verwerkt in de glycolytische of aerobe systemen.

Vetten reizen rond het lichaam in de vorm van een triglyceride in het bloed. Voordat een vet kan worden gebruikt in het aërobe systeem, moet het triglyceride worden gebroken in de respectieve stukken, glycerol en vetzuren. Beide bevatten koolstofmoleculen die kunnen worden gebruikt om ATP te produceren. Glycerol komt via de glycolysepaden. Vetzuren komen de mitochondria binnen en gaan door een proces genaamd Beta-oxidatie. Dit proces vereist veel chemische reacties, tijd en zuurstof. Ja, zuurstof is nodig in twee verschillende bèta-oxidatiestadia.

Optimale cardiovasculaire conditie

Een atleet heeft dus een goed ontwikkeld cardiovasculair systeem nodig om de zuurstof te leveren om dit allemaal te laten gebeuren. Het aërobe systeem neemt een tot drie minuten in beslag om op te staan ​​en volledig te rennen wanneer we beginnen met trainen. De snelheid en efficiëntie van het aërobe systeem houden rechtstreeks verband met de aerobe conditie van de sporter. Dit systeem kan ATP gedurende langere tijd leveren. Als de intensiteit niet te hoog is, kan een atleet dit systeem gebruiken voor uren en uren werk, zoals in een marathon of IRONMAN triatlon.

Energietoevoer en herstel

Het aërobe systeem helpt om de eerste twee energiesystemen aan te vullen en te herstellen. Het is dit systeem dat helpt het uit glycolyse geproduceerde lactaat op te ruimen en de opgeslagen ATP en pc die nodig is voor het Onmiddellijke Energiesysteem, opnieuw op te bouwen. De meeste teamsporten zijn anaerobisch van aard. Alle teamsportatleten hebben echter minstens een matige hoeveelheid aërobe conditie nodig, zodat hun aërobe systeem herstel kan bieden voor de anaerobe systemen. Het is meestal vrij eenvoudig om te zien welke teamsportatleten niet de beste aërobe conditionering hebben! Zij zullen degenen zijn gebogen met hun handen op hun knieën tussen elk spel op het voetbalveld!

De energiesystemen van het lichaam trainen voor optimale prestaties

De drie energiesystemen kunnen worden verbeterd door training. Wat dat betekent is enorm verschillend voor elk systeem, maar elk energiesysteem is net zo trainbaar als je quadriceps en hamstrings door squats te doen.

Wanneer atleten trainen, doen we in feite drie dingen:Energie grafiek

  1. Ontwikkel spieren om meer kracht en / of efficiënter gebruik van geweld te bieden
  2. Train motorische en spiervaardigheidspatronen om een ​​sportvaardigheid effectiever uit te voeren
  3. Train energiesystemen om effectiever en efficiënter te zijn in het produceren van ATP

Elk van onze energiesystemen biedt ATP in een zeer specifiek tijds- en intensiteitsbereik. Om deze systemen te trainen, moet u binnen deze tijds- en intensiteitsbereiken werken.

Onmiddellijke energiesysteem

Een trainingssessie met als doel het Onmiddellijke Energiesysteem te verbeteren, zou bijvoorbeeld korte explosieve bewegingen of oefeningen gebruiken. Een reeks herhaalde maximale verticale sprongen of korte sprints zou een uitstekende manier zijn om het eerste energiesysteem te "benadrukken".

Kortdurend energiesysteem

Evenzo zou een trainingssessie met een doel om het glycolytische systeem te trainen een langere werksessie vereisen, maar nog steeds op een zeer hoog intensiteitsniveau. De 400 meter sprint is een goed voorbeeld. Looptijden op het spoor of voetbalveld is een geweldige manier om het glycolytische systeem te belasten.

Lange termijn energiesysteem

Om het aërobe systeem te trainen, moet een atleet steady-state werken gedurende minimaal 20 tot 30 minuten. Over het algemeen komt aërobe werk voor in het bereik van 65 - 85 procent van VO2max. Voer dit aërobe werk ten minste vier dagen per week uit voor optimale voordelen.

Dit was een blik op de energiesystemen van het lichaam, door de ogen van een inspanningsfysioloog. Ik zou willen beweren dat wanneer je sportprestaties op het spel zet, het trainen van je energiesystemen net zo belangrijk is als hoeveel gewicht je kunt bankdrukken of hoe hoog je verticaal kunt springen.

Hoe het lichaam energie gebruikt

Donish Khan
13 december 2012

Ingezonden als cursussen voor PH240, Stanford University, herfst 2012

Invoering

Figuur 1: Een stroomdiagram van de metabole samenvatting van het menselijk lichaam. (Bron: Wikimedia Commons)

In deze tijd zijn nieuwe en opwindende vormen van energie onderzocht om onze nieuwste technologie van stroom te voorzien. Tal van middelen en onderzoek zijn besteed aan het begrijpen hoe de nieuwste gadgets en machines van tegenwoordig energie verbruiken. Toch lijken we, ondanks al dit geavanceerde onderzoek, te vergeten dat het menselijk lichaam zelf eigenlijk een machine is en voedsel zijn energiebron. Zoals elk ander verfijnd apparaat dat onze mainstream overspoelt, vereist en verbruikt het menselijk lichaam energie op een vergelijkbare manier en het begrijpen van de innerlijke werking ervan is essentieel.

Het menselijk lichaam

Het menselijk lichaam vervult zijn hoofdfuncties door voedsel te consumeren en het in bruikbare energie te veranderen. Onmiddellijke energie wordt aan het lichaam toegediend in de vorm van adenosinetrifosfaat (ATP). Omdat ATP de primaire energiebron is voor elke lichaamsfunctie, wordt andere opgeslagen energie gebruikt om ATP aan te vullen. Er zijn slechts kleine hoeveelheden ATP in het lichaam, dus het is noodzakelijk om voldoende energiereservoirs te hebben voor back-up. [1] De hoeveelheid dagelijkse energie die elk lichaam nodig heeft, is afhankelijk van het dagelijkse energieverbruik van een persoon en de energievraag van het metabolisme, die kan worden geschat op basis van lichaamsgewicht en activiteitenniveau.

Het basisenergieverbruik van het menselijk lichaam is 4 kJ / kilogram lichaamsgewicht en dagelijks uur, dus om een ​​individueel basisenergieverbruik te berekenen:

Totaal energieverbruik = Lichaamsgewicht (Kg) × 4 KJ × 24 uur / dag / 4,18 kJ (1)

De totale energieverbruikswaarde wordt gedeeld door 4,18 kJ om de waarde om te zetten in kilocalorieën (1 kcal = 4,18 kJ). Deze berekening geeft het dagelijkse energieverbruik weer. Overtollige voedselinname die niet als energie wordt gebruikt, kan als vet in het lichaam worden opgeslagen. Overmatige vetopslag kan leiden tot een hoge body mass index. Body mass index (BMI) geeft het lichaamsvet van een persoon aan en wordt bepaald door de lengte en het gewicht van een persoon. [2] De normaal voorgestelde BMI bij volwassenen varieert tussen 19 en 24. Een hoge BMI kan mogelijk leiden tot ziekte of gezondheidscomplicaties. [3] Om een ​​ideale BMI te hebben, mag de energie-inname van een persoon de energie die wordt verbrand niet regelmatig overschrijden. De hoeveelheid energie die wordt uitgeoefend hangt af van het activiteitsniveau.

BMI = Lichaamsgewicht (kg) / Hoogte (m) × Hoogte (m) (2)

Conclusie

Energie, gemeten in kilocalorieën, is een weergave van het vermogen om werk te doen en die energie wordt verkregen door voedsel. Koolhydraten, eiwitten en vetten die uit voedingsmiddelen worden gewonnen, zorgen voor ATP, onmiddellijke energie. [2] Als de energie uit voedsel niet wordt benut door activiteit, wordt het opgeslagen in het lichaam en kan overwerk leiden tot een hoge body mass index. Het hebben van een hoge BMI kan leiden tot obesitas en andere ziekten.

© Donish Khan. De auteur verleent toestemming om dit werk in ongewijzigde vorm te kopiëren, verspreiden en te tonen, met vermelding van de auteur, voor niet-commerciële doeleinden. Alle andere rechten, inclusief commerciële rechten, zijn voorbehouden aan de auteur.

Referenties

[1] M. Williams, Voeding voor gezondheid, fitness en sport, 8e druk. (McGraw-Hill, 2006).

[2] "Dietary Guidelines for Americans 2010," U.S. Department of Agriculture, december 2010.

[3] L. A. Ferrera, Focus op Body Mass Index en gezondheidsonderzoek (Nova Publishers, 2006).