Les 2 - Hoe menselijk lichaam energie uitgeeft.

omgeving waar idereen te dik wordt

obesogene leefomgeving

slide

De verschillende weefsels verbruiken verschillende brandstoffen.

Ons metabolisme is heel efficiënt, dankzij de omstandigheden waarin de mensheid is ontstaan (omstandigheden van voedselschaarste…)

Waaraan kan ons lichaam allemaal energie uitgeven?

3 energierekeningen

1:

Deel van de energie wordt uitgegeven aan kinetische energie (bv een sprint trekken).

2: Ook bv potentiële energie (ons verder van het centrum van de aarde begeven).

3: Ook bv de hersenen tijdens de slaap (bij baby’s zijn de hersenen groot in verhouding tot het lichaam).

hoeveel kcal uitgave per 24h ongeveer bij mens?

2000-2500kcal / 24h

welke 3 grote posten van energie uitgaven zijn er

• rustmetabolisme (60-70%)

• thermisch effect voeding (10%)

• mechanische arbeid (20-30%)

= totale uitgave

= ± 2000 à 2500 kcal/24uur

—

Een volwassene eet doorgaans 2000 tot 2500 kcal per dag.

Die verbruikt die 60% à 70% ervan in het rustmetabolisme.

Afhankelijk van de omgevingstemperatuur ongeveer 10% ervan aan thermisch effect van de voeding.

En afhankelijk van hoeveel fysieke activiteit je op een dag doet 20% à 30% naar mechanisme arbeid.

hoeveel kcal verbrand volwassene gemiddeld op 24h

Afhankelijk van gewicht van een volwassenen zal deze ongeveer 2000 à 2500 kcal per 24h verbranden.

bij wie groter rustmetabolisme: kinderen / volwassenen, waarom?

We zien dat er bij kinderen een groter rustmetabolisme is, omdat we dan groeien.

Wanneer de groei stopt zullen we daar duidelijk minder kcal verbruiken.

In rood zie je dat afhankelijk van hoeveel inspanning je doet zal je ook meer kcal gebruiken.

—

ifv de leeftijd neemt energie uitgave per kg lichaamsgewicht per dag af.

eerst snel door vertragen van de groei, daarna gestaag

Hoeveelheid kcal die we in rustmetabolisme gebruiken daalt / stijgt met de leeftijd.

daalt

waarvoor dient thermisch effect

eten en lichaamstemp op peil houden

= constant

SI eenheden van energie

Joules (J), maar in dagelijks leven 2 andere belangrijk:

—

1:

in voeding en menselijke energie hiushouding zien we meestal kcal

conversiefactor is: 1kcal = 4,2kJ

—

2:

in huishouden wordt energiefactuur betaaald voor verbruikte kilowatt-uur (kWh)

1kWh = 3600kJ / 3,6MJ

1kWh = ongeveer 900kcal

gemiddeld dagverbruik in Vlaanderen en Nederland voor huishouden allenstaand vs doorsneegezin?

• allenstaand: 2kWh

• gezin: 10kWh

een gemiddelde volwassene gebruikt alleen al om zijn eigen lichaam in stand te houden…kcal energie (dus … kWh) per dag.

hoeveel % hiervan is nodig om hersenen te laten leven?

2000 kcal

2.2 kWh

—

hiervan is 20% (dus 0.45kWh per dag nodig) om hersenen te laten leven

Wie zijn de grootverbruikers in ons lichaam en welke brandstoffen gebruiken ze?

hoeveel % van het RUSTMETABOLISME maken ze uit?

grote energieverbruikers (samen 90% rustmetabolisme):

• Hersenen:

draaien voor 99% op glucose, maar kunnen wel switchen in geval van nood naar ketonen

verbuirk is bij een volwassene ongeveer 10 keer meer dan gemiddelde per kg weefsel, door intens werkende ionenpompen, elektrische activiteit…

• skeletspieren:

vnl vetzuren gebruiken bij duurinspaningen, maar bij korte inspanningen cnl glucose

ze verbruiken veel omdat ze een basale tonus hebben, energieverbruik neemt nog meer toe als je de spieren gebruikt voor mechanische arbeid

• hart:

draait grotendeels op vetzuren

verbrukt veel door mechanische arbeid, pompen van bloed tegen een weerstand (bloeddruk) in

• lever:

Lever maakt ketonen aan wanneer we vasten en stuurt die naar alle weefsels die dan te weinig glucose hebben om te verbranden.

De lever mag zelf dus ook niet te veel glucose of vetzuren zelf verbranden.

Lever zal ook glucose stockeren en uitsturen op momenten van vasten.Zal ook zelf glucose aanmaken via gluconeogenese.

De lever doet dus vooral aan verbranding van AZ’en die op verschillende plaatsen in glycolyse en Krebs kunnen aansluiten

→ dus vnl veel verbruik door intense metabole activiteiten ten dienste van de andere organen en weefsels in het lichaam

• maag-darmstelsel:

door itnense uitgaven in de aanmaak van spijverteringsenzymes en resorptie van nutriënten

• nieren:

gebruiken glucose en vetzuren

→ intens actief transport van nuttige metabolieten (recuperatie) of afvalstoffen (uitscheiden in de urine)

• rest van lichaam gebruikt dus maar 10% van onze inname bij voeding voor rustmetabolisme

wat wordt bedoeld met “energie-omzettingen zijn niet 100% rendabel”

Niet elke kcal die we opnemen uit de voeding is inneens beschikbaar als ATP voor de verschillende weefsels.

De kcal’en gaan voor de helft (50%) verloren as warmte, waarmee onze lichaamstemperatuur op peil wordt gehouden.

Als we die ATP zullen benutten om spieren te laten contraheren, verliezen we weer 50%.

Het rendement van die 2 omzettingen:

Voeding → ATP (50%)

ATP → mechanische arbeid (50%)

We gaan uiteindelijk van elke kcal van onze voeding maar 25% kunnen benutten om ons voort te bewegen, onze hersenen te laten werken…

Een atleet neemt een groter ontbijt met extra vetten om straks de energie te betalen voor een lange-afstand wedstrijd. Stel: de verrichte mechanische arbeid = 1000 kcal. Rekening houdende met een rendement van 50%, hoeveel gram vetten moet die persoon eten om de energierekening van de wedstrijd te kunnen betalen?

•1000 kcal arbeid wordt “betaald” met 2000 kcal ATP-equivalenten (rendement van 50% thv de contractiele elementen van de spieren)

•2000 kcal ATP-equivalenten ontstaan door verbranding van 4000 kcal voedingsbrandstoffen

•verbranding van 4000 kcal voedingsbrandstoffen

•Voor vetten geldt 9 kcal per gram voeding, dus de 4000 kcal worden betaald met ±450 gram vetten

bij oxidatieve fosforylering om ATP aan te maken, wordt de energie aangeleverd door

• oxidatieve decarboxylering

• bèta oxidatie

• krebs

fosforylering op subtsraatniveau vs oxidatieve fosforylering:

snelheid?

is het krachtig?

rendement?

FOSFORYLERING OP SUBSTRAATNIVEAU:

• snel

• krachtig

• laag rendement (niet zuinig)

OXIDATIEVE FOSFORYLERING:

• langzaam

• minder krachtig

• hoog rendement

in de gevoede toestand wordt …% van de pasmunt energie betaalt via verbranden van GLUCOSE

100% in gevoede toestand

hoe maken de hersenen ATP aan?

• taakverdeling neuronen en gliacellen:

In vele weefsels zien we dat niet alle cellen dezelfde manieren benutten om ATP aan te maken, maar dat er een soort taakverdeling is.

• “voortzet” (laag rendement) in gliacellen → fosforylering op substraatnivea

• “doelpunt” (hoog rendement) in neuronen → oxidatieve fosforylatie

welke energie wordt in welke omgezet bij contractie spieren

chemische energie (ATP) → mechanische arbeid

formule mechanische arbeid door skeletspieren en hart

W = F x s

arbeid (J) = spierkracht (Newton) x weg (meter)

weg = inkorten van de spier

→ in elkaar schuiven dikke en dunne eiwitfilamenten

SPRINT TYPE SPIERVEZELS vs MARATHON TYPE:

• welk proces levert de ATP?

• bezenuwing gebeurt snel / traag

• groot / laag vermogen?

• hoe lang vol te houden?

• energierendement?

type II = wite spiervezels

• ATP (chemische energie) wordt geleverd door een snel metabolisme → anaerobe glycolyse

• snelle bezenuwing, prikkelbaarheid van spiervezels

• groot vermogen (power) om arbeid te verrichten (> 2kW)

• zeer kort vol te houden (< 1 minuut) “explosief”

• zeer laag energierendement (< 10%)

type I = rode spiervezel

• ATP geleverd door traag metabolisme → aerobe vetverbranding (vetzuren) en aerobe glycolyse

• trage bezenuwing, prikkelbaarheid van spiervezels

• lage power, maar wel een groot uithoudingsvermogen (±200W)

• zeer lang vol te houden (uren)

• hoog rendement (±25%)

waarom bij type 1 spiervezels is de arbeid niet lang vol te houden?

want er we verbruiken snel energie, maar hier maken we maar met een laag rendement energie aan

welk type spiervezels is het ‘sprint type’

witte spiervezels die anaerobe glycolyse gebruiken met als eindproduct lactaat

welk type spiervezels is het marathon type

rode spiervezels, bevatten meer mitochondriën en zijn daarom rood

(meer mittochondriën, want duurinspanningen)

slide

Links = laag rendement

Rechts = hoog rendement

lees eens goed

Afhankelijk van de functie van de spiergroep, zien we dat er een mozaiek bestaat tussen witte en rode spiervezels.

Hoeveel rood en wit er juiste is zal afhangen van de taak van de spier.

type I en II vezels: welke zijn oxidatief en welke glycolytisch?

• type 1 = oxidatief

• type 2 = glycolytisch

Hoe kunnen we de verschillende types spiervezels van elkaar onderscheiden?

Door kleuringen:

•NADH kleuring

•Één van de complexen van de ademhalingsketen kleuren

•ATP-asen kleuren

De vezels die aan kleuren bij al de kleuringen zijn die met de mitochondriën en dus de rode vezels.

Welke energievoorraad er gebruikt wordt bij een inspanning.

Na ongeveer 1 sec is de ATP voorraad die we hadden opgebruikt.

We beginnen ATP te regenereren door de fosfaatgroep van creatinefosfaat over te dragen op ADP.

Dan (zeker bij een explosieve inspanning) moeten we glycogeen mobiliseren en de glucose die eruit vrijkomt anaeroob verbranden met productie van een paar ATP’s.

Als de inspanning nog verder duurt, beginnen de spieren aeroob vetzuren en glucose te verbranden, daar kunnen we uren mee doorgaan tot ook die voorraden uitgeput zijn.

hoe kun je meten welke brandstof er peimair verbrand wordt tijdens een inspanning?

Één van de manieren waarop je kunt achterhalen welke brandstof primair verbrand wordt is door te meten hoeveel O2 uit de lucht verdwijnt en hoeveel CO2 uitgeademd wordt

Bij glucoseverbranding zul je dus 1 mol CO2 per mol O2 dat je gebruikt produceren.

Bij vetzuurverbranding zul je meer O2 verbruiken voor elke mol CO2 die geproduceerd wordt.

waarom hebben vetzuren een lagere RQ?

àGlucosemoleculen zijn al meer geoxideerd dan vetzuren. Bij vetzuren is dus nog meer O2 nodig om ze kunnen verbranden, waardoor je een lagere RQ zult hebben.

naarmate de intensiteit van de inspanning toeneemt worden meer / minder vetten en meer / minder glucose verbrandt

minder vetten

meer glucose

hoe is de verhouding type I en II spiervezels?

De verhouding tussen rode (trage type I vezels) en witte (snelle type II vezels) spiervezels is afhankelijk van de spiergroep en functie van de spiergroep.

Rechts:

Spieren die dienen voor ondersteunen van het lichaam en die dienen voor beweging van lange duur (wandelingen, fietstochten…) bevatten voornl aerobe, rode vezels en dus trage type I vezels.

Voor snelle korte bewegingen gebruiken we eerder snelle type II vezels (witte vezels die anaerobe glycolyse gebruiken).

welke metabole zonatie vinden we terug in de lever wat betreft de positie van de hepatocyten en hun metabolisme?

Hepatocyten die vooraan liggen in de sinusoïden en die dus het O2-rijke bloed krijgen vertonen een anders metabolisme dan de hepatocyten downstream van de sinusoiden.

Hier is nl veel minder O2-spanning over in het bloed en dus zullen die hepatocyten eerder een anaeroob metabolisme moeten vertonen.

functie witte vetcellen en bruine vetcellen

Witte vetcellen: slaan onze vetvoorraad subcutaan op in de buikholte

Bruine vetcellen: kleine groepen van vetcellen zonder stockage functie.

Ze zullen eerder onze lichaamstemperatuur op peil houden door brandstoffen te verbranden met enkel productie van warmte.

Ze kunnen dit doen dankzij respiratoire uncouppling proteins.

lees dit eens goed

Ademhalingsketen in binnenste mitochondriale membraan.

Opgeladen carriers met energierijke elektronen (NADH en FADH2) zullen hun geëxciteerd elektronen afgeven aan de ademhalingsketen.

De elektronen geven beetje bij beetje hun energie af aan de complexen van de ademhalingsketen.

De energie wordt gebruikt om protonen te pompen van matrix naar tussenmembraanruimte, waardoor de tussenmembraanruimte ene potentiaal krijgt.

pH in tussenmembraanruimte < pH matrix

Normaal zullen de protonen thv complex V (ATP synthase) terug naar de matrix schieten, waarbij de energie die ze dragen gebruikt wordt om ADP te fosrforyleren tot ATP.

Zo moet het normaal bij de oxidatieve fosforylatie.

Wanneer er een porie geïntroduceerd wordt in de binnenste mitochondriale membraan (rood eiwit – uncoupling protein – UCP), zal de porie protonen terug naar de matrix laten doorschieten.

De protonen passeren niet meer lange complex V, waardoor er helemaal geen ATP gemaakt wordt.

Als het UCP in de binnenste mitochondriale membraan zit, zal de verbranding van vetten, suikers, AZ’en… enkel leiden tot productie van warmte.