Het menselijk lichaam heeft constant energie nodig. De energie die het lichaam nodig heeft, wordt voor 95% aeroob (met zuurstof) geproduceerd. Het hart en de bloedvaten zijn verantwoordelijk voor het vervoeren van zuurstof. Het hemoglobine in het bloed bindt immers zuurstof. In rust is de energieproductie en dus de doorbloeding van weefsels relatief laag. Tijdens duursport is de energieproductie en dus de zuurstofbehoefte groot en moet de doorbloeding toenemen. Hierdoor zal tijdens duursport het hartminuutvolume (HMV) en doorbloeding van de spier toenemen. Door regelmatig aan duursport te doen treden er zowel aanpassingen in het hart als de spier op.
De werking van het hart en circulatie in rust
Alle weefsels van het lichaam zijn afhankelijk van een constante aanvoer van zuurstof en voedingsstoffen en een afvoer van koolstofdioxide en afvalstoffen. Het hart en de circulatie (bloedvaten) voorzien in deze aan- en afvoer. In rust is de hartslagfrequentie (HF; aantal slagen per minuut) ongeveer 60 tot 80 en is het slagvolume (SV; hoeveelheid bloed die per slag wordt weggepompt door het hart) ongeveer 70ml. Het hartminuutvolume (HMV) is HF X SV en is in rust ongeveer 5L (HF70 X SV70= 4900ml; 4,9L). In rust is de stofwisseling van weefsels en dus ook spieren relatief laag. In rust hebben de weefsels en met name spieren een lage behoefte aan zuurstof en voedingsstoffen en dus ook bloed. Ook is de hoeveelheid koolstofdioxide die de spieren afgeven in rust laag.
De werking van het hart en circulatie tijdens duursport
Wanneer mensen gaan sporten en met name wanneer zij een duursport beoefenen, hebben de spieren een grotere energieproductie. Deze energie is nodig om de spieren samen te laten trekken. Deze energie wordt geproduceerd door vetten en koolhydraten (glucose) te verbranden. Om vetten en koolhydraten te kunnen verbranden is er zuurstof nodig. Ook zal de spier voor zijn energieproductie een klein beetje glucose anaeroob (zonder zuurstof) omzetten in melkzuur. Om voldoende zuurstof aangevoerd te krijgen en afvalstoffen af te voeren, moet de aanvoer van bloed tijdens duurinspanning flink toenemen. Waar het HMV in rust rond de 5L ligt, kan het HMV bij zeer zware duurinspanning toenemen tot wel 20-25L. De doorbloeding van de spier tijdens inspanning neemt door neurale, hormonale en autoregulatoire mechanismen toe. Deze mechanismen hebben zowel effecten op het HMV als op de eigenlijke doorbloeding van de actieve spier. Elk van deze factoren wordt kort beschreven.
Neurale mechanismen die de doorbloeding van spier beïnvloeden
Door twee neurale mechanismen neemt het HMV en de doorbloeding van de spier tijdens duurinspanning toe. Beide mechanismen worden kort toegelicht. Rond de spier en de gewrichten liggen mechanoreceptoren. Deze receptoren registreren beweging. Wanneer spieren en gewrichten sneller bewegen, registreren mechanoreceptoren deze bewegingen en zenden deze informatie naar het zenuwstelsel. Het zenuwstelsel reageert hier op door het HMV te verhogen en de vaten van de spieren te verwijden (vasodilatatie).
Daarnaast is beweging een stresssituatie voor het lichaam. Als reactie hierop wordt het sympatische zenuwstelsel actief. Het sympatische zenuwstelsel zet het lichaam in een actiestand. Dit betekent dat meer bloed wordt geleid naar de actieve spieren en het bloed uit de bloedvaten van het spijsverteringskanaal, lever en huid hiervoor wordt gebruikt. Het bloed in de bloedvaten van het spijsverteringskanaal, lever en huid wordt de veneuze reserve genoemd. Wanneer noradrenaline (de neurotransmitter van het sympatische zenuwstelsel) voor vasoconstrictie van de bloedvaten van het spijsverteringskanaal, lever en huid zorgt, wordt er meer bloed aangevoerd naar het hart (veneuze return), als reactie hierop neemt het HMV toe. Ook zorgt noradrenaline voor vasodilatatie (vaatverwijding) van de bloedvaten in de actieve spieren. Hierdoor neemt de doorbloeding van de actieve spieren toe.
Hormonale mechanismen die de doorbloeding van spier beïnvloeden
De twee belangrijkste hormonen die tijdens inspanning vrijkomen, zijn adrenaline en noradrenaline. Deze twee hormonen worden door het bijniermerg gemaakt. Het bijniermerg wordt gestimuleerd door het sympatische zenuwstelsel om meer adrenaline en noradrenaline te maken. Adrenaline en noradrenaline hebben vergelijkbare effecten op het HMV en de doorbloeding van de actieve spieren.
Autoregulatoire mechanismen die de doorbloeding van spier beïnvloeden
Naast neurale en hormonale mechanismen die de doorbloeding van de spier beïnvloeden, beïnvloedt de spier zelf ook zijn eigen doorbloeding. Wanneer de energieproductie van de spier toeneemt, neemt ook de zuurstofbehoefte van de spier toe en neemt de koolstofdioxideproductie toe. Ook wordt het spierweefsel en dus ook het bloed wat zuurder (pH neemt af), doordat de spier koolstofdioxide en een klein beetje melkzuur produceert. Verder neemt de temperatuur van het spierweefsel toe, omdat de verbranding van de spier toeneemt. De lagere zuurstofconcentratie en pH, hogere koolstofdioxideconcentratie en temperatuur zorgen voor vasodilatatie van de bloedvaten in de spieren. Daarnaast maken de bloedvaten lokaal een klein beetje stikstofmono-oxide (NO) wat ook voor vasodilatatie zorgt.
De aanpassingen van het hart en circulatie op lange termijn
Wanneer mensen regelmatig duursport bedrijven treden er centrale en perifere cardiovasculaire aanpassingen op. Centrale aanpassingen zijn aanpassingen van het hart aan duursport. Perifere aanpassingen zijn aanpassingen van de doorbloeding van de spier en aanpassingen in de spier zelf. Zowel de centrale als perifere aanpassingen worden kort beschreven.
Centrale aanpassingen door duursport
Wanneer mensen regelmatig aan duursport doen wordt het slagvolume (SV) van het hart groter. De hartkamers (ventrikels) en totale grootte van het hart nemen toe. Hierdoor is het hart in staat om per slag meer bloed rond te pompen. De maximale HF verandert niet door regelmatig aan duursport te doen, maar wanneer het SV toeneemt, zal het HMV bij een gelijkblijvende HF toenemen. Het HMV kan bij goede duursporters anderhalf keer zo groot zijn als bij ongetrainde mensen. In rust is het HMV bij ongetrainden en duursporters hetzelfde, maar doordat duursporters een groter SV hebben, zal de HF een stuk lager zijn.
Perifere aanpassingen door duursport
Door regelmatig aan duursport te doen, wordt de doorbloeding van spieren beter. Dit komt omdat door angiogenine en Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) er meer en grotere capillairen (haarvaten) worden aangelegd. Niet alleen in de doorbloeding treden er aanpassingen aan regelmatig duursporten op, ook in de spiervezels zelf treden veranderingen op. Zo gaan de spiervezels steeds meer eigenschappen ontwikkelen van type I spiervezels (rode spiervezels, slow twitch spiervezels). Deze spiervezels hebben veel mitochondriën. Mitochondriën zijn een soort energiefabriekjes van de cel die met zuurstof energie vrijmaken. Een spier met meer mitochondriën is goed in staat om zuurstof uit het bloed te halen, er energie mee te produceren en is bijna niet vermoeibaar.
Bronnen:
JE. Hall, 2013, Pocket Companion to Textbook of Medical Physiology, Elsevier Inc
GA Thibodeau, Patton KT 2012, Anatomy & Physiology, Mosby/Elsevier
EN Marieb, Hoehn K 2012, Human Anatomy & Physiology, Pearson/Benjamin Cummings