Spiercontracties, ATP en creatine

Soms is het wat overdreven om iets 'essentieel' te noemen. Maar dat geldt niet voor spiercontracties. Zonder spiercontracties geen hartslag, geen ademhaling en geen spijsvertering. En als je nu nog niet overtuigd bent van hoe essentieel spiercontracties zijn, bedenk dan: zonder spiercontracties ook geen padel!

Maar hoe werken spiercontracties eigenlijk? En wat heeft je lijf ervoor nodig?

Sarcomeren, actine en myosine

Spiercontracties vinden plaats in sarcomeren. Een sarcomeer is de kleinste structuur binnen je spierweefsel en bestaat uit twee verschillende dunne eiwitketens (ook wel microfilamenten genoemd): 1) relatief dikke myosine-filamenten, bestaande uit het eiwit myosine, en 2) dunnere actine-filamenten, bestaande uit actine, tropomyosine en troponine.

De actine- en myosinefilamenten overlappen elkaar en kunnen ten opzichte van elkaar verschuiven.

Denk aan Myosine als een hand of voet en Actine als een ladder waar die hand zich aan kan vasthouden. Bij een spiercontractie verplaatst de hand de ladder (of de ladder de hand). Daarbij wordt chemische energie omgezet in mechanische energie.

ATP

De drager van die chemische energie in alle levende cellen is Adenosinetrifosfaat, beter bekend als ATP. ATP is een organische verbinding bestaande uit Adenine, Ribose en drie fosfaatgroepen (vandaar Adenosinetrifosfaat).

In de verbindingen tussen de drie fosfaatgroepen zit veel energie opgeslagen. Die energie komt vrij wanneer een van die fosfaatgroepen wordt afgesplitst (zie stap 2 hieronder). De vrijgekomen energie kan vervolgens gebruikt worden om allerlei cel-processen aan te drijven, waaronder dus spiercontracties.

Dat werkt in 3 stappen:

1. In de ‘ruststand’ zijn de myosine en actine eiwitten aan elkaar verbonden. Op het moment dat een ATP-molecuul zich verbindt met de kop van een myosine[1] (de "hand"), wordt de verbinding met het actine filament (de "ladder") verbroken.
2. Door hydrolyse verandert vervolgens de ATP-molecuul met drie fosfaat moleculen in ADP (Adenosinedifosfaat) met twee fosfaat moleculen. Door de energie die daarbij vrijkomt laat de myosine kop de actine ‘ladder’ los, verplaatst zich langs het Actine filament en wordt vervolgens op spanning gezet. Denk aan een ouderwets pistool, waarbij de hamer (de Myosine kop) naar achteren wordt getrokken. Klaar om weer terug te klappen.
3. Bij stap 2. Is de losgelaten fosfaat molecuul nog verbonden aan de myosine kop. Op het moment dat die fosfaat molecuul wordt losgekoppeld, wordt als het ware de trekker overgehaald en ontlaadt de spanning van de myosine kop zich. Daardoor verplaatsen de myosine en actine eiwitten ten opzichte van elkaar en voilà: een spiercontractie!

Zie voor een visualisatie bijvoorbeeld deze video van minuut 1:12.

ATP is dus de energiedrager die spiercontracties mogelijk maakt. Er is een beperkte voorraad ATP direct beschikbaar in onze (skelet)spieren. Genoeg om die spieren zo’n 5 tot 10 seconden op volle kracht te laten werken (denk aan de 100 meter sprint). Als je daarna nog verder moet, zal je lichaam nieuwe ATP moleculen produceren. Dat kan via drie “metabolische routes”: het ATP-creatinefosfaatsysteem (ATP-CP), het glycolytische (of melkzuur)systeem en het aerobe systeem.

Het ATP-CP systeem is de snelste manier om ATP te creëren. In dat proces wordt kort gezegd een fosfaat molecuul overgedragen van een creatinefosfaat molecuul naar een ADP molecuul (Adenine met 2 fosfaat moleculen) om zo ATP (met 3 fosfaat moleculen) te produceren. Er is genoeg creatinefosfaat in ons lichaam aanwezig om maximaal zo'n 30 seconden ATP produceren. Deze metabolische route is daarom geschikt voor relatief korte activiteiten met hoge intensiteit, zoals krachttraining en een lekkere padelrally.[2]

Naast ADP heeft je lichaam dus creatinefosfaat nodig om ATP te maken. Creatinefosfaat ontstaat uit het samenvoegen van een fosfaat en een creatine molecuul in een proces dat creatinekinase heet. Conclusie, voor het ATP-CP systeem (en de uiteindelijke spiercontracties die daar op volgen) heeft je lichaam dus creatine nodig.

Creatine

Creatine is een organische verbinding, die we in beperkte mate zelf kunnen aanmaken in onze lever en nieren. We kunnen het ook via onze voeding opnemen. Daarvoor moet je alleen wel nogal veel van bepaalde voedingsmiddelen consumeren. Biefstuk is bijvoorbeeld een voedingsmiddel dat relatief veel creatine bevat, maar zelfs daarin is de concentratie maar 5 gram creatine per kilo biefstuk.

Een efficiëntere manier om je creatine(fosfaat) voorraad aan te vullen is daarom het innemen van pure creatine (creatine monohydraat). Creatine is een goedkoop supplement, dat je online of bijvoorbeeld bij winkels zoals Holland & Barrett en de Vitamin store, makkelijk kunt verkrijgen.

Kort gezegd is het idee dus dat creatine je in staat stelt om meer ATP te genereren. En omdat ATP energie levert aan je spieren, kun je met meer creatine je spieren beter aan het werk zetten (zij het voor beperkte tijd). Creatine is daarom een perfect supplement bij krachttraining en (denkt deze schrijver) padel.

Dat dit idee in de praktijk werkt, m.a.w. dat creatine supplementatie effect heeft, is talloze keren bevestigd. Creatine is namelijk een van de meest onderzochte supplementen ooit.[3] Naast het positieve effect op krachttraining zijn er trouwens ook andere positieve effecten aangetoond (zoals betere cognitieve vaardigheden), maar het bewijs daarvoor is minder robuust. Aan de andere kant zijn er, voor zover ik weet, nooit negatieve bijwerkingen aangetoond, afgezien van mogelijke darmklachten als je het in grote hoeveelheden inneemt. Maar als je je houdt aan de voorgeschreven 3-5 gram per dag, zul je daar geen last van hebben.

Een mogelijke bijwerking is overigens dat je bij gebruik van creatine meer vocht vasthoudt in je spieren. Je gewicht kan daarom toenemen, maar dat is in principe geen negatieve bijwerking. Het vergroot namelijk alleen je vetvrije massa (omdat het deel uitmaakt van je spieren) en lijkt de functie van je spieren te verbeteren (de theorie is dat meer gehydrateerde spieren beter presteren). Als je gewicht toeneemt, omdat je spieren groter worden dan lijkt me dat alleen maar positief. Tenzij je de Mont Ventoux gaat beklimmen of een weddenschap hebt om af te vallen.

Kortom, creatine werkt, is goedkoop en heeft geen negatieve bijwerkingen. What’s not to like?

Jolmer

Voetnoten

[1] Myosine heeft als eigenschap dat het ATP (Adenosine Trifosfaat) om kan zetten naar ADP (Adenosine Difosfaat) door een fosfaat molecuul los te koppelen en op te nemen. Myosine is daarom ook een enzym, om precies te zijn een ‘ATPase’ enzym.

ATPases zijn een groep van enzymen die zich in het membraan van cellen bevinden en die kunnen werken als ionenpomp, dat wil zeggen dat ze ionen tegen hun elektrochemische gradiënt in de cel in of uit kunnen transporteren en zo een concentratiegradiënt opbouwen. Dit proces kost energie, die ATPases verkrijgen door hydrolyse van het energierijke ATP tot ADP.

[2] Voor iets langer durende activiteiten (30-50 seconden, denk aan de 400 meter hardlopen maar ook 10-12 herhalingen krachtraining in bijv. 1 minuut) maakt het lichaam gebruik va het Anaerobe / melkzuursysteem om ATP te produceren. Daarbij wordt glucose zonder gebruik van zuurstof afgebroken. Voordat glucose of glycogeen (opgeslagen vorm van glucose in spier- en levercellen) energie kan leveren, moeten het eerst worden afgebroken tot glucose-6 fosfaat. Het eindproduct van deze reactie is melkzuur.

Bij langer durende activiteiten, zoals duursporten, maakt je lichaam gebruik van op aerobe systeem. Het aerobe systeem zelf kan ook weer verdeeld worden in drie verschillende zuurstofsystemen, maar dat gaat te ver voor dit stuk. Het Aerobe systeem gebruikt zowel glucose, glycogeen en vet als brandstof om ATP te genereren in de Mitochondriën (de “energiecentrales" van spiercellen). ATP wordt op deze manier langzamer geproduceerd dan bij de overige twee systemen. Daardoor kan het niet dezelfde explosieve kracht leveren als het ATP-CP en het glycolitisch systeem. Het kan echter wel veel langer energie leveren (30-50 minuten met glucose als brandstof en dagenlang met je vetvoorraden).

[3] Kijk hier bijvoorbeeld voor een lijst met onderzoeken.

Bronnen o.a.:

Creatine supplementation enhances immunological function of neutrophils by increasing cellular adenosine triphosphate, Biosci Microbiota Food Health. 2022; 41(4): 185–194.

Wikipedia artikel over ATP

Khan Academy video over Actin en Myosin

Als je nog een filmpje wilt kijken waar de voordelen van creatine duidelijk worden uitgelegd, dan kan ik je mijn favoriete hoogleraar in ‘excercise science’ Andy Galpin aanraden (vanaf seconde 36 gaat het over creatine).