Hieronder een korte beschrijving van de belangrijkste aspecten van de
fysiologie die betrekking hebben op de veranderingen in het lichaam bij het
beoefenen van sport met in het bijzonder de zwemsport. Er is geen poging gedaan
om zo volledig mogelijk te zijn, maar wel voldoende te vertellen dat duidelijk
wordt wat er met het lichaam gebeurt.
Skeletspier
Er zijn drie soorten spieren. Dwarsgetreepte skeletspieren, gladde spieren en de hartspier. Het verschil tussen dwarsgestreepte en gladde spieren ligt in het microscopisch beeld. De dwarsgestreepte (skelet)spieren worden ook wel willekeurige spieren genoemd, omdat je deze zelf kunt activeren, zoals bijvoorbeeld je biceps. Gladde spieren zijn onwillekeurige spieren die je niet bewust kunt activeren, denk hierbij bijvoorbeeld aan de spiertjes van de bloedvaten, die van de darmen (peristaltiek) en die in de iris van het oog. Het hart is een dwarsgestreepte spier, maar is onwillekeurig en vandaar dat deze apart wordt genoemd.
Bij trainen (met lichamelijke activiteiten) denken wij in eerste instantie aan het spierstelsel, omdat fysiologisch gezien bewegen mogelijk wordt gemaakt door het spierstelsel. Het spierstelsel is onlosmakelijk verbonden met het centrale zenuwstelsel (CZS).
De functies van het spierstelsel zijn:
Het handhaven van de samenhang tussen de onderdelen van het skelet
Het uitvoeren van bewegingen
Warmtebron
Bescherming van de vaatzenuwen en ingewanden
Structuur
De skeletspier
bestaat uit langgerekte veelkernige cellen: spiervezels. Een spiervezel kan verschillende lengtes hebben, variėrend van enige millimeters tot 5 ą 10 cm. De totale maximale kracht die een spier kan leveren is afhankelijk van het totaal aantal spiervezels.
Elke spiervezel bevat enkele honderden tot duizenden intracellulaire (dus in de cel/vezel zelf) vezeltjes: myofibrillen. Deze myofibrillen vormen het werkelijke 'contractiele apparaat' (het gedeelte dat samentrekt) van de skeletspiervezel. Het zijn uiterst dunne draadjes die eenzelfde lengte hebben als de gehele spiervezel. Als je zo'n myofibril bekijkt, zie je afwisselend donkere en lichtere delen. De donkere banden bevatten voornamelijk myosine (A-band) en de lichtere banden vooral actine (I-band).
Myosine eiwitten aan elkaar vormen de myofilamenten. De actine eiwitten aan elkaar vormen de actinefilamenten.
Contractie
Door een verstoring van de evenwichtstoestand in de spiervezel door bijvoorbeeld een prikkeling van de spier door een motorische zenuwcel wordt de spier samengetrokken. De spiercontractie komt tot stand omdat een aantal reacties op gang worden gebracht en hierdoor de actinefilamenten aangetrokken worden door de myofilamenten en daartussenin schuiven. De filamenten worden niet korter.
De lichte I-band van de actinefibrillen zal dus niet meer zichtbaar zijn, omdat deze verdwenen is tussen/onder de donkere A-band van de myofibrillen.
Er zijn verschillende contractievormen mogelijk:
Isotonische contracties. Hierbij blijft gedurende de gehele contractie de spanning (tonus) in de spier gelijk (iso) aan de spanning die bij het begin van de contractie in de spier bestond. Alleen de lengte van de spier verandert. (Vb. Buiging in elleboogsgewricht).
Isometrische contracties. Hierbij blijft gedurende de hele contractie de lengte van de spier gelijk aan de lengte bij het begin van de contractie. De spier is dus aan beide uiteinden gefixeerd. Alleen de spanning in de spier verandert. (Vb. Optillen te zwaar voorwerp of drukken tegen een gefixeerd voorwerp).
Auxotonische contracties. Hierbij verkort de spier zich, terwijl de spanning toeneemt. (Vb. Wanneer men een veer uitrekt).
Je kan de contractie ook indelen naar bewegingsrichting i.p.v. de bewegingsvorm:
Concentrische beweging. Er treedt een verkorting van de spier op.
Excentrische beweging. De spier spant zich aan, maar wordt langer (Vb. Afdalen van een helling, iets neerzetten).
Verder is belangrijk om te weten dat spieren vaak samenwerken. Je kan spieren dan classificeren op het al dan niet meewerken van een bepaalde beweging.
Agonist. De spier die de belangrijkste/meeste arbeid verricht voor een beweging
Antagonisten. Spieren met tegengestelde werking
Synergisten. Spieren met gelijkgerichte werking
Wanneer een agonist en een antagonist gelijktijdig en met dezelfde kracht contraheren geven ze een stabilisatie in het gewricht en zijn ze in dit opzichte synergisten.
Energie
Om de actine- en myosinefilamenten met elkaar te laten binden of de binding te laten verbreken is energie nodig. Deze energie wordt gehaald uit respectievelijk ADP+P en ATP.
ATP is de belangrijkste energieleverancier van ons lichaam en staat voor Adenosine Tri Fosfaat. Een molecuul bestaande uit adenosine en drie fosfaatgroepen (P). ATP is betrokken bij alle functies in het lichaam die energie vragen. Er wordt dan ook enorm veel ATP gevormd en afgebroken. Bij de afbraak van ATP wordt ADP (adenosine di (2) fosfaat) gevormd en een losse fosfaat groep P. (ATP -> ADP+P).
Bij een piekarbeid is de arbeidsstofwisseling 15-25 kcal/min. In de spier is de voorraad ATP verrassend genoeg beperkt: 4-6 seconden arbeid (1,2 kcal, zo'n 5 contracties) op zijn hoogst, net genoeg om je op gang te helpen.
Als de beweging voortgezet wordt, dan moet er meer ATP gevormd worden en dan kan op 3 manieren:
Door een reactie van creatininefosfaat en ADP
(CP+ADP -> creatinine + ATP)
Van opgeslagen glycogeen via anaėrobe glycolyse
(verbranding zonder zuurstof)
Via aėrobe weg (verbranding met zuurstof)
Directe
fosforilatie
Anaėrobe
mechanisme
Aėrobe
mechanisme
Energie
leverancier: CP
Energie
leverancier: glucose
Energie
leverancier: glucose, pyrodruivenzuur,
vrije vetzuren, aminozuren
Zuurstofgebruik:
geen
Producten: 1 ATP per CP, creatinine
Totale duur energievoorziening: 15 sec
Zuurstofgebruik:
geen
Producten: 2 ATP per glucose, lactaat
Totale duur energievoorziening: 30-40 sec
Zuurstofgebruik:
nodig
Producten: 36 ATP per glucose, CO2,
H2O
Totale duur energievoorziening: Uren
Als we spreken van anaėrobe energievoorziening, dan hebben wij het over spierarbeid met energie uit de voorraad ATP uit de spier + ATP uit CP+ADP + ATP uit de glycolyse. Bij de spierarbeid van de eerste 20 seconden is de
energievoorziening snel, maar de voorraad is beperkt. De energie per tijdseenheid is erg groot. Na deze 20 seconden kan de spier alleen nog maar anaėroob energie krijgen uit de glycolyse. Deze komt wat traag op gang, maar de voorraad is groter (niet onbeperkt). De energie per tijdseenheid ligt lager en er worden bijproducten gefabriceerd: lactaat en warmte.
Als we spreken van aėrobe energievoorziening, dan wordt er dus zuurstof gebruikt bij de vorming van ATP. Dit gebeurt niet via de glycolyse, maar volgens de Krebs-cyclus of citroenzuurcyclus. De capaciteit van de aėrobe metabolisme (stofwisseling) wordt bepaald door de snelheid waarmee de Krebs-cyclus en de oxidatieve fosforylering kunnen verlopen.
De Krebs-cyclus is te uitgebreid om te behandelen, daarom vermeld ik slechts het begin- en eindproduct.
Verbranding van koolhydraten:
C6H12O6 (=glucose) + ADP + P + 6O2
-> 6CO2 + 6H2O + 36 ATP + warmte
De verbranding van vetten en aminozuren gebeurt op dezelfde manier. Echter, de hoeveelheid gevormde ATP per molecuul vet of aminozuur verschilt natuurlijk van die van glucose. Het zijn immers andere stoffen
Bij aėrobe energielevering kennen wij de steady state. Deze term wordt veelgebruikt in de (duur)sportwereld. De steady state houdt in dat:
De zuurstofopname de zuurstofbehoefte dekt
De hartfrequentie (Hf) een constante waarde heeft bereikt
Het hart minuut volume (HMV) een constante waarde heeft bereikt
De longventilatie een constante waarde heeft bereikt
Melkzuur van de anaėrobe beginfase wordt omgevormd aan het einde van de arbeid
De indeling van anaėroob en aėroob in fasen is niet zo simpel als gesteld. De fasen lopen in elkaar over en volgen elkaar dus niet abrupt op.
Tot slot geef ik nog een kleine overzicht van de percentages van anaėrobe en aėrobe energievoorziening per afstand
Afstand in meters
ATP uit voorraad en CP+ADP
Glycolyse
Oxidatie
50
25%
50%
25%
100
25%
38%
37%
200
10%
25%
65%
400
8%
17%
75%
800
9%
5%
92%
Begrippen
op een rij:
Glycolyse = Glucose wordt onder invloed van ADP+P omgezet in lactaat (melkzuur) en ATP.
Glucose = Een van de natuurlijke suikers (druivensuiker).
Glycogeen = Een grote molecuul van aan elkaar geschakelde glucosemoleculen.
Lactaat = Ook wel melkzuur. Afvalproduct van anaėrobe verbranding van glucose. Kan weer omgezet worden in glucose
Zuurstofschuld = Tijdelijke melkzuurvorming
Beschreven door: Michiel Veen
Bronnen:
KNZB Trainer B cursus 1975
Marieb EN, Human Anatomy & Physiology (4th ed. 1998). Benjamin/Cummings.
Cormack DH, Essential Histology (1993). J.P. Lippincott Company.
Bernards JA, Bouman LA, Fysiologie van de mens (6e herz. druk 1994). Bohn Stafleu Van Loghum
Er zijn drie soorten spieren. Dwarsgetreepte skeletspieren, gladde spieren en de hartspier. Het verschil tussen dwarsgestreepte en gladde spieren ligt in het microscopisch beeld. De dwarsgestreepte (skelet)spieren worden ook wel willekeurige spieren genoemd, omdat je deze zelf kunt activeren, zoals bijvoorbeeld je biceps. Gladde spieren zijn onwillekeurige spieren die je niet bewust kunt activeren, denk hierbij bijvoorbeeld aan de spiertjes van de bloedvaten, die van de darmen (peristaltiek) en die in de iris van het oog. Het hart is een dwarsgestreepte spier, maar is onwillekeurig en vandaar dat deze apart wordt genoemd.
De skeletspier
bestaat uit langgerekte veelkernige cellen: spiervezels. Een spiervezel kan verschillende lengtes hebben, variėrend van enige millimeters tot 5 ą 10 cm. De totale maximale kracht die een spier kan leveren is afhankelijk van het totaal aantal spiervezels.