Lichaamsbeweging & Energieomzetting
de rol van arteriolen en capillairen
Bij inspanning en intensieve lichaamsbeweging zoals sport neemt de energiebehoefte van de actieve spieren toe. De belaste spieren hebben immers energie nodig in de vorm van ATP om te kunnen samentrekken. Het grootste gedeelte van deze ATP wordt geleverd door de aerobe energiesystemen die koolhydraten en vetten verbranden. Bij deze verbranding zijn zuurstof en voedingsstoffen nodig en worden warmte, afvalstoffen en koolstofdioxide afgegeven. Circulatie zorgt ervoor dat zuurstof en voedingsstoffen bij de actieve weefsels komen en afvalstoffen, warmte en koolstofdioxide kunnen worden afgevoerd. Lokale weefselfactoren, een hoger hartminuutvolume en bloeddruk als ook hormonale factoren (noradrenaline en adrenaline) zorgen ervoor dat er een betere doorbloeding in de actieve spieren plaatsvindt.
Arteriolen en capillairen (haarvaten)
Bij de bloedsomloop speelt de aorta, de grote lichaamsslagader direct verbonden met het hart een belangrijke rol. De aorta vertakt zich in steeds kleiner wordende arteriën. De arteriën vertakken zich in steeds kleinere arteriolen (kleinere slagaders). De arteriolen vertakken zich uiteindelijk in metarteriolen (arteriële capillaire) en uiteindelijk de kleinste bloedvaten de capillairen. Waar de arteriën uit meerdere lagen bestaan, zoals de binnenste endotheelwand, een gespierde (musculaire) laag en bindweefsellaag, bevatten de metarteriolen vaak maar een enkele vaatwand die maar uit een enkele laag bestaat. Vaak omringt een kringspier de metarteriool. Deze kringspier regelt de bloedtoevoer naar het achterliggende capillaire vaatbed. De vaatwand van capillairen bestaan maar uit een cellaag. Omdat de capillairen zo’n dunne vaatwand hebben, zijn ze niet met het blote oog te zien, maar alleen met een microscoop zichtbaar. Tevens is het lumen (vaatholte) van de capillairen zeer klein. Het lumen van capillairen is net groot genoeg dat er een rode bloedcel door heen past. Ook sluiten de cellen van deze vaatwand niet perfect op elkaar aan. Dit is gunstig want hierdoor kunnen zuurstof, koolstofdioxide, voedingsstoffen en afvalstoffen goed uitwisselen tussen de capillairen en weefsels.
De doorbloeding van weefsels tijdens intensieve lichaamsbeweging
De capillairen van het lichaam bevatten doorgaans het grootste gedeelte van de totale hoeveelheid bloed van het lichaam. De capillaire doorbloeding van een bepaald weefsel wordt beïnvloed door het metarteriool. Zoals eerder beschreven heeft het metarteriool een kringspier. Wanneer deze kringspier ontspannen is, worden de capillairen achter het metarteriool meer doorbloed. Wanneer deze kringspier contraheert is, worden de capillairen achter het metarteriool minder doorbloed. Of de kringspier van het metarteriool ontspant en dus voor een grotere doorbloeding van het weefsel zorgt, of juist contraheert en dus voor een slechtere doorbloeding van het weefsel zorgt, is afhankelijk van centrale en lokale weefselomstandigheden. Tijdens sport en inspanning vinden er grote veranderingen plaats in de stofwisseling van bepaalde spieren. Ook neemt de (nor)adrenalineconcentratie, bloeddruk en het hartminuutvolume (HMV; hoeveelheid bloed die het hart per minuut wegpompt) toe. Genoemde factoren beïnvloeden de doorbloeding van weefsels en worden hieronder verder beschreven.
De stofwisseling van samentrekkende spieren verandert de doorbloeding van spieren
Wanneer je beweegt, trekken je spieren samen. Om samentrekking van spieren mogelijk te maken, hebben zij energie nodig. Deze energie wordt mede geleverd door het verbranden van koolhydraten en vetten door de spieren. Voor verbranding is zuurstof nodig en komt warmte en koolstofdioxide vrij. Wanneer er onvoldoende zuurstof aanwezig is, verzuurt de spier. Zowel de verzuring, de hogere weefseltemperatuur en de hogere concentratie koolstofdioxide zorgen ervoor dat de kringspier van de metarteriool ontspant en de doorbloeding van de spier toeneemt.
(Nor)adrenaline vergroot de doorbloeding van samentrekkende spieren
Noradrenaline en adrenaline zijn twee hormonen die bij sporten vrijkomen. Deze hormonen zorgen voor samentrekking van metarteriolen van inactieve weefsels en ontspanning van metartiolen van actieve weefsels. Hierdoor komt er bloed vrij uit inactieve weefsels ten behoeve van de doorbloeding van actieve weefsels.
Een hogere bloeddruk en HMV zorgen voor een betere doorbloeding van samentrekkende spieren
Samen met lokale factoren in de samentrekkende spieren en de hogere (nor)adrenalineconcentratie zorgen de hogere met name systolische bloeddruk en HMV voor een betere doorbloeding van actieve weefsels. Door de hogere bloeddruk en HMV wordt immers het bloed beter door de actieve weefsels geperst en is er mee bloed beschikbaar voor de actieve spier.
Verzuring door inspanning
De spieren van het lichaam hebben tijdens fysieke activiteit energie nodig in de vorm van adenosinetrifosfaat (ATP) om te kunnen samentrekken. Deze ATP kan de spier met verschillende energiesystemen vrijmaken. Wanneer er voldoende zuurstof voor de spier beschikbaar wordt gesteld door de aanvoerende bloedvaten zal de spier koolhydraten en vetten verbranden. Bij deze verbranding komt energie vrij die wordt vastgelegd in ATP. Wanneer er onvoldoende zuurstof aanwezig is, kan de spier zonder zuurstof energie vrijmaken door glucose (een koolhydraat) afbreken tot melkzuur, wat uiteenvalt in lactaat en waterstofionen. De waterstofionen moeten gebufferd worden, omdat anders het lichaam gaat verzuren (lage pH) wat een potentieel gevaar is. De pH van het lichaam moet tussen de 7,35 en 7,45 blijven. Het lichaam heeft verschillende strategieën om de waterstofionen te bufferen.
Acidose en alkalose van het lichaam
Zoals in de inleiding is beschreven moet de pH van het lichaam tussen de 7,35 en 7,45 blijven. Een toename van het aantal waterstofionen in het lichaam zorgt voor een daling van de pH en wordt een acidose genoemd. Een afname van het aantal waterstofionen in het lichaam zorgt voor een stijging van de pH en wordt een alkalose genoemd.
Een alkalose, of dreigende alkalose van het lichaam komt niet veel voor. Een dreigende acidose van het lichaam komt wel veel voor. Bijvoorbeeld tijdens zeer intensieve inspanning komen er relatief veel waterstofionen in het bloed.
Het lichaam heeft verschillende strategieën om een acidose tegen te gaan. Door chemische buffers, een verandering van de ademhaling en mechanismen in de nier kan een acidose tegen worden gegaan. Ook door de voedingssupplementen bicarbonaat en beta-alanine kan een acidose tegen worden gegaan.
Chemische buffers om verzuring tegen te gaan
In het lichaam komen enkele chemische buffers voor die een dreigende acidose tegen gaan. Een buffer is een stof die waterstofionen kan opnemen, of juist kan afgeven. Wanneer er veel waterstofionen vrijkomen in het bloed bindt de buffer waterstofionen en wordt een zwakker zuur. Wanneer er te weinig waterstofionen in het bloed zijn, geeft de buffer waterstofionen af. In het lichaam komen er drie chemische buffers voor:
- Bicarbonaat
- Fosfaat
- Bepaalde eiwitten
Als voorbeeld voor de werking van buffers wordt bicarbonaat gebruikt. Bij een dreigende acidose buffert bicarbonaat (HCO3) waterstofionen. Hierbij ontstaat koolzuur (H2CO3) wat zeer snel uiteen valt in CO2 en water (H2O). Het CO2 wordt uitgeademd. Bij een dreigende alkalose verloopt de reactie juist naar de andere kant. Het koolzuur wat ontstaat, valt uiteen in bicarbonaat en waterstofionen. De ontstane waterstofionen verlagen de pH.
De ademhaling gaat verzuring tegen
Wanneer een acidose dreigt, past de ademhaling zich aan. De ademhaling versnelt en verdiept; het ademminuutvolume (AMV) neemt toe. Doordat het AMV toeneemt, wordt er meer CO2 uitgeademd. Doordat CO2 wordt uitgeademd, kan bicarbonaat in het bloed meer waterstofionen bufferen. Bij dit bufferen valt het ontstane koolzuur in CO2 en water uiteen. Bij een dreigende alkalose wordt juist minder CO2 uitgeademd. Zo blijft CO2 behouden voor het lichaam en reageert met water tot koolzuur wat uiteenvalt in de bicarbonaat en waterstofionen.
De nieren gaan verzuring tegen
De nieren hebben complexe fysiologische mechanismen om verzuring tegen te gaan. Zo kunnen de nieren waterstofionen uitscheiden en bicarbonaat voor het lichaam behouden.
Voedingssupplementen (bicarbonaat en beta-alanine) kunnen verzuring tegengaan
Er zijn twee zeer bekende en effectieve sportvoedingssupplementen die door wedstrijdsporters en topsporters gebruikt worden. Deze twee voedingssupplementen zijn bicarbonaat en beta-alanine.
Bicarbonaat is een voedingssupplement dat oraal wordt ingenomen. Bicarbonaat zorgt ervoor dat de natuurlijke buffer bicarbonaat in het bloed toeneemt en daardoor meer waterstofionen gebufferd kunnen worden. Hierdoor kan de sporter langer intensief sporten. Hij kan immers langer met anaerobe stofwisseling waarbij normaal vrij snel verzuring optreedt energie vrijmaken. Beta-alanine werkt op een vergelijkbare manier en wordt ook oraal ingenomen. Beta-alanine is echter geen buffer in het bloed, maar buffert direct in de spiercel waterstofionen.