Vermoeidheid tijdens en na het sporten door lactaatverzuring blijkt een fabeltje te zijn. Calciumionen zijn de boosdoeners.

Na een middagje intensief bewegen plof je uitgeput op de bank neer. Je bent moe, je hartslag is nog steeds verhoogd, je zweet en je benen zijn totaal verzuurd. Je kunt geen stap meer zetten. Alle glucose in je benen is anaeroob omgezet in lactaat (melkzuur). En die stapels lactaat zullen ervoor zorgen dat je de komende dagen nog steeds spier­pijn hebt.

Het hierboven geschetste beeld blijkt onjuist te zijn. Lactaat is helemaal geen afvalproduct dat spierpijn veroorzaakt, het is juist een brandstof waardoor je langer kunt bewegen. Lactaat wordt geproduceerd door de anaerobe spiercellen en dan vervoerd naar de aerobe spiercellen. Daar verdwijnt het in de mitochondriën waar het lactaat verder wordt verbrand in de citroenzuurcyclus, meent George Brooks van de University of California in Berkeley. Hij ontdekte een transporteiwit op het membraan van de mitochondriën (het MCT-eiwit), dat lactaat weer terug de ‘kleine energiecentrales’ in stuurt. “Ik voerde ratten radioactief gelabeld lactaat en ik zag dat ze het sneller verbrandden dan al het andere dat ik ze gaf”, zegt Brooks in een interview met de New York Times. “Verzuring is een van de klassieke vergissingen in de geschiedenis van de wetenschap.”

Vermoeidheid

De verzuringtheorie is geboren rond 1920 toen de Nobelprijskandidaat Otto Meyerhoff een kikker doormidden sneed om zijn spieren te bestuderen. Zuurstof- en energietoevoer naar de spieren waren hierdoor niet meer mogelijk. Door stimulatie met elektrodes ontdekte Meyerhoff dat na een aantal samentrekkingen de spier ophield met bewegen. Vervolgens stak hij er een pH-meter in en wat bleek? De spieren waren totaal verzuurd en hij concludeerde dat verzuring vermoeidheid veroorzaakt.

Volgens Jeroen Jeneson, biomedisch NMR-specialist van de TU Eindhoven, is verzuring door lactaat inderdaad een fabeltje. Hij zette mensen op een hometrainer, ingebouwd in een NMR-apparaat. “Wanneer ik mensen harder liet fietsen, zag ik dat de spieren nauwelijks verzuurden. Ik kon mijn NMR-data niet verklaren en heb toen de hele zomer in de bibliotheek doorgebracht, totdat ik het antwoord gevonden had.” En dat antwoord is controversieel. Vermoeidheid ontstaat niet door een overmaat aan lactaat, maar door een te laag calciumsignaal in de spieren.

Het begint allemaal bij de neurotransmitter acetylcholine, afkomstig van de motorneuronen, die de spierbeweging starten. Dit signaal stimuleert de afgifte van Ca²⁺ van het sarcoplasmatisch reticulum, een opslagplaats voor calciumionen in de spieren. Ca²⁺ diffundeert naar het spierweefsel. Het weefsel bestaat uit ‘draden’ actine en myosine. Interactie van die draden veroorzaakt samentrekking van de spier. In rust wordt die interactie geblokkeerd door het molecuul troponine, dat verbonden is met de myosinedraden. Binding van Ca²⁺ heft de blokkade op, wat resulteert in actine-myosine-interactie en spiersamentrekking. ATP is nodig om de actine-myosine-verbindingen te verbreken. Het sarcoplasmatisch reticulum pompt vervolgens het Ca²⁺ weer in zichzelf terug. En hier ligt precies de oorzaak van vermoeidheid.

Volgens Jeneson functioneert de Ca²⁺-pomp na intensieve en kortdurende bewegingen slechter. Dit komt door de toenemende concentratie ADP die vrijkomt bij verbranding van ATP. ADP remt de Ca²⁺-pompen. Bij iedere spiersamentrekking vermindert de Ca²⁺-afgifte en uiteindelijk kan de spier minder goed samentrekken. Hierdoor worden de spieren moe. Het Ca²⁺ dat achterblijft in het spierweefsel wordt opgenomen door buffers zoals de mitochondriën.

Fosfaat

Professor Håkan Westerblad van het Karolinska Institutet in Zweden heeft een andere verklaring voor vermoeidheid door Ca²⁺-tekort. Volgens hem is de toenemende concentratie van fosfaat, dat vrijkomt bij ATP-verbruik, verantwoordelijk. Dit fosfaat wordt het sarcoplasmatisch reticulum ingevoerd en slaat daar met het calcium neer tot calciumfosfaat. De afnemende concentratie van calcium geeft hetzelfde effect als in de theorie van Jeneson.

Westerblad doet zijn beweringen aan de hand van resultaten van creatine kinase knock-out muizen. Die muizen kunnen creatinefosfaat niet omzetten, waardoor de fosfaatconcentratie veel minder stijgt tijdens spiercontractie. Het blijkt dat ze minder snel moe worden, ze kunnen langer doorbewegen. Westerblad denkt dat fosfaat daarnaast ook invloed heeft op de calciumpoorten van het sarcoplasmatisch reticulum, die langer open blijven staan. Hij sluit de theorie van Jeneson niet uit, hoewel hij wel van mening is dat fosfaat, en niet ADP, ervoor zorgt dat de Ca²⁺-pompen slechter functioneren.

Jeneson heeft een andere verklaring voor de resultaten van Westerblad. De genetisch gemanipuleerde muizen hebben een verdubbeling van het aantal mitochondriën. Daardoor kunnen ze hun ADP sneller weer omzetten in ATP, waardoor er geen ophoping van ADP en fosfaat ontstaat. Ze raken hierdoor dus niet vermoeid. “Als ze nu een slurf zouden krijgen, en dan gaan toeteren, is het duidelijk dat het geen normale muizen meer zijn. Maar je kunt het aan deze muizen gewoon niet zien”, aldus Jeneson. Is verzuring dan echt helemaal onzin? “Nee, H+-ionen hebben wel degelijk invloed. Ze beïnvloeden namelijk de binding van Ca²⁺ aan troponine, waardoor de spieren slechter kunnen samentrekken.”

Jeneson was de eerste die de natuurlijke voortbeweging van twee benen met een NMR-apparaat kon waarnemen. Resultaten van eenbenig fietsen lieten een sterke pH-afname in de spier zien. Maar bij tweebenig fietsen gebeurde dit niet. “Je lichaam wordt hierbij door een sterke arteriële pH-daling wakker geschud. Daardoor gaat het meer CO₂ uitstoten en is de uiteindelijke pH-daling in de spier veel minder.” Met deze ontdekking hoopt Jeneson mensen met een mitochondriale spierziekte te helpen. “Al bij driehonderd woorden schrijven zijn ze vermoeid. Stel je voor dat je ze tijdens het schrijven op een hometrainer laat fietsen. Hierdoor wordt het hele lichaam actief en zet het de CO₂-afvoer aan. Door die mensen extra te laten bewegen, verzuren ze dus minder snel”, hoopt Jeneson.

Schaatsen

Jeneson geeft schaatscoaches bijscholing over de fysiologie en de biochemie van spieren. “Ik vind dat je, net als in Amerika, de kennis moet terugbrengen naar de maatschappij. We doen immers onderzoek van belastingcenten”, stelt hij. “Als schaatser moet je eigenlijk zo veel mogelijk ‘zweven’. Wanneer je op één been staat, pers je namelijk het bloed uit de spieren. En een goede doorbloeding bevordert juist toevoer van O₂ en afvoer van CO₂. Het is niet voor niets dat Armstrong iedere keer de Tour de France won. Hij had namelijk een hoge trapfrequentie. Daardoor was het duwmoment op zijn trapper erg klein en dit bevorderde zijn doorbloeding.”|

Building your body?

Bodybuilders slikken grammen creatine om hun spieren te vergroten. Creatine met een gebonden fosfaatgroep is een energieleverancier voor ADP. Maar die spiervergroting werkt niet op de manier zoals bodybuilders denken. De spieren houden gewoon meer water vast. Door de opgenomen creatine in de spieren, neemt namelijk de osmotische waarde in de cellen toe. Hierdoor lijken de spieren groter, maar kunnen ze niet meer energie leveren. Er is slechts een 5 procent toename van het enzym creatine kinase, dat creatinefosfaat omzet in creatine onder afgifte van energie aan ADP.|