Energiesystemen van het menselijk lichaam

Inleiding

Voeding en drank leveren energie aan ons lichaam. Deze energie wordt in voedsel opgeslagen in de vorm van koolhydraten, vetten en eiwitten. Na consumptie kunnen deze energiebronnen in elke cel van het menselijk lichaam worden afgebroken zodat de energie weer vrijkomt. Deze energie wordt door de cel zelf of door andere cellen gebruikt, onder andere voor groei en herstel.

Wat zijn kilocalorieën?

Al deze energiebronnen worden uiteindelijk afgebroken tot warmte, zodoende kunnen we de hoeveelheid energie meten door middel van de warmte die de reactie produceert. We meten de hoeveelheid energie in calorieën (cal) of joules (J). Hierbij is 1 calorie gelijk aan de hoeveelheid warmte-energie die nodig is om 1 gram water 1 graden Celsius op te warmen dus bijvoorbeeld van 10 graden naar 11 graden. Op etiketten wordt vaak gebruik gemaakt van kilocalorieën (kcal) waarbij 1 kcal gelijk is aan 1000 calorieën. Gemiddeld gaan we er van uit dat mannen 2500 kcal en vrouwen 2000 kcal per dag verbruiken.

Welke energiebronnen zijn er?

Koolhydraten

Koolhydraten leveren ongeveer 4 kcal per gram. Het lichaam heeft een relatief beperkte voorraad aan koolhydraten opgeslagen (ongeveer 600 gram of 2500 kcal). Dit is voldoende om ongeveer 40 kilometer hard te lopen. De bruikbare vorm van koolhydraten is glucose (suiker). Doordat het opgeslagen ligt in de spier kan deze koolhydraten sneller gebruiken dan vetten of eiwiten. Ook is voor de verbranding van koolhydraten relatief minder zuurstof nodig dan voor de verbranding van vet. Bij intensief sporten zal je lichaam hierdoor meer geneigd zijn om koolhydraten te verbranden.

Vetten

Vetten leveren relatief veel meer energie, namelijk 9 kcal per gram. Het lichaam heeft hier ook een grote voorraad van (ongeveer 8000 gram of 75.000kcal). Vetten liggen opgeslagen als triglyceriden in vetweefsel. Deze triglyceriden moeten eerst afgebroken worden tot vrije vetzuren waarna ons lichaam het kan verbranden. Als het lichaam in rust is worden met name vetzuren verbrand.

Eiwitten

Eiwitten leveren net als koolhydraten ongeveer 4 kcal per gram. Eiwitten worden met name afgebroken in aminozuren om nieuwe eiwitten van te maken. Het afbreken van eiwitten tot energie is complexer dan bij koolhydraten en vetten. Eiwitten dragen hierdoor relatief weinig bij aan de energieproductie; ongeveer 5-10%.

Wat is ATP?

Ons voedsel bestaat dus voornamelijk uit koolhydraten, vetten en eiwitten. Deze stoffen leveren op zichzelf relatief weinig energie dus vormt het lichaam het om in een hoogenergetische stof, namelijk adenosinetrifosfaat (ATP). ATP speelt een sleutelrol in de cellen en verzorgt de energie die nodig is voor bijna alle processen die plaatsvinden in het lichaam.

Figuur 1: Energie uit voedsel wordt opgeslagen in ATP. ATP heeft 3 fosfaat-groepen (P). Als er één fosfaatgroep afgeknipt wordt dan komt daarbij energie vrij. Vervolgens blijft ADP over dat weer opgeladen kan worden met een nieuwe fosfaatgroep.

Drie manieren voor ATP-productie

Er is altijd een kleine hoeveelheid aan ATP aanwezig in de cellen, maar heeft een korte halfwaardetijd waardoor het niet lang aanwezig blijft. Deze hoeveelheid wordt constant gehouden door creatinefosfaat. Creatinefosfaat staat daarbij zijn eigen fosfaatgroep af aan ADP om ATP te vormen. Dit is een snel proces waar geen zuurstof voor nodig is. Cellen bevatten echter een beperkte hoeveelheid creatine. Na ongeveer 3-15 seconden is dit systeem uitgeput en worden de cellen afhankelijk van de andere twee systemen. Dit systeem is dus met name belangrijk voor explosieve kracht zoals sprinten en gewichtheffen.
De tweede manier is de verbranding van koolhydraten zonder dat daar zuurstof voor nodig is: Dit heet anaerobe verbranding. Dit geeft een beperkte hoeveelheid aan energie. Voor elke suikermolecuul dat omgezet wordt in lactaat (melkzuur) komt er 2 ATP vrij. Het nadeel van de vorming van lactaat is dat het zorgt voor verzuring. Het anaerobe systeem en het ATP-CP-systeem kunnen je spieren ongeveer 2 minuten van energie voorzien. Dus dit systeem is met name belangrijk voor korte krachtinspanningen zoals het lopen van een 400 tot 800 meter.
De derde manier om ATP te produceren is aerobe verbranding. Hierbij worden brandstoffen afgebroken met behulp van zuurstof. Dit is het meest complexe systeem maar wel verantwoordelijk voor de meeste ATP. Het nadeel van dit systeem is dat het trager is en dat het beperkt kan worden door de hoeveelheid zuurstof. Zowel vetten als koolhydraten kunnen aeroob verbrand worden. Hierbij leveren vetten de meeste ATP, maar is hier ook de meeste zuurstof voor nodig.

De drie energiesystemen werken niet onafhankelijk van elkaar. Er is geen activiteit waarbij één systeem alles voor zijn rekening neemt. Het is wel zo dat het percentage dat een energiesysteem bijdraagt verschilt bij een korte sprint of een lange duurtraining. Deze energiesystemen kun je ook trainen. Hierdoor zal een sprinter meer zijn ATP-CP en anaerobe systeem willen trainen terwijl een marathonloper juist veel rustige lange duur zal doen om zijn aerobe vetverbranding te verbeteren.

Tabel. Energiesystemen

Energiesystemen	Zuurstof nodig?	Relatieve snelheid van ATP-vorming per seconde	ATP per molecuul substraat	Beschikbare capaciteit
ATP-CP	Nee	10	1	<15 seconden
Anaerobe verbranding	Nee	5	2	60 seconden
Aerobe verbranding (koolhydraat)	Ja	2,5	32	90 minuten
Aerobe verbranding (vet)	Ja	1,5	>100	Dagen

Conclusie

Er zijn verschillende energiesystemen in het menselijk lichaam. Elk energiesysteem heeft zijn eigen voor en nadelen. Het lichaam gebruikt nooit 100% één energiesysteem maar er zal wel vaak één systeem zijn wat op dat moment overheerst.