Mild zuur
Melkzuurvorming tijdens sporten bevordert koolzuurventilatie door de longen

Nu het mogelijk is om tijdens sportprestaties in de spieren te kijken, blijkt daar minder zuur aanwezig dan verwacht. Milde verzuring heeft bovendien een spierbeschermende werking en zet de longen aan tot het afvoeren van koolzuur.

© 2004 Henk Leenaers

Al spreekt Mart Smeets in zijn sportcommentaar graag over 'verzuring' van uitgeputte atleten, het is zeer de vraag of melkzuur in de spieren wel zo'n belangrijke rol speelt bij het ontstaan van vermoeidheid. Spieren raken vermoeid door ze intensief te gebruiken, daarover bestaat geen twijfel, maar welke rol speelt melkzuur - een bijproduct van de verbranding van koolhydraten en suikers bij extreme spierbelasting - bij de afname van het vermogen en de kracht van een spier? Een deze week in Science gepubliceerd artikel geeft een verrassend antwoord: milde verzuring heeft lokaal juist een positief effect op de spierfunctie. En in Utrecht uitgevoerde zuurmetingen in bewegende spieren laten zien dat het met de mate van verzuring wel meevalt.

In Science laten Deense en Australische onderzoekers zien dat prestatievermindering van een spier door verzuring veel minder groot is dan tot nu toe werd gedacht. De samentrekbaarheid van spieren neemt weliswaar af door verzuring van de spiercellen, maar dit effect wordt grotendeels teniet gedaan door het positieve effect van spierzuur op het vermogen om zenuwprikkels (action potentials, kortweg AP) te geleiden. Dit recente onderzoek aan rattenspieren was niet de eerste klap voor de theorie dat vermoeidheid ontstaat door verzuring. Sinds een jaar of tien stapelt het tegenbewijs zich op, met als nieuw hoogtepunt enkele verrassende meetresultaten van de Faculteit Diergeneeskunde van de Universiteit Utrecht. Als eerste ter wereld verrichte fysioloog Jeroen Jeneson metingen aan de zuurgraad in de bovenbeenspieren van ongetrainde proefpersonen tjdens een uitputtende fietsinspanning. In het tijdschrift van de Federation of American Societies for Experimental Biology publiceerde hij zijn onderzoeksresultaten, waaruit blijkt dat de benen van de proefpersonen veel minder te verzuren dan altijd werd gedacht; sterke verzuring treedt pas op n de inspanning.

Normaalgesproken haalt een spier zijn energie uit de royaal in het lichaam aanwezige vetten en suikers. Bij de verbranding daarvan verbruikt de spier zuurstof en produceert hij koolzuur, een afvalprodukt dat via de bloedbaan de longen bereikt om te worden uitgeademd. Bij extreme spierbelastingen begint deze binnenboord verbrandingsmotor te haperen: de trage vetverbranding stopt en ondanks zijn gehijg kan de atleet niet genoeg zuurstof aanvoeren voor de verbranding van suiker. Noodgedwongen schakelen de spieren over op een onvolledige verbranding, waarbij naast koolzuur ook melkzuur vrijkomt. Het toch al zwaar belaste sporterslichaam kan die boosdoener niet meer neutraliseren: melkzuur hoopt zich op in de spieren, zo werd tot voor kort gedacht, met sterke verzuring, beschadiging van de spierwand en aantasting van het enzymsysteem tot gevolg. Niet alleen bij een extreem lange belasting als een marathon, maar ook bij korte, intensieve belastingen als 800 meter hardlopen, 1500 meter schaatsen of de Olympische zwemnummers schakelt het lichaam volgens de gangbare inzichten over op zuurstofloze verbranding waarbij melkzuur vrijkomt. Dat overkwam zwemster Inge de Bruijn in Athene, waar ze vorige week net geen goud zwom op de 100 meter vlinderslag. "Ik heb alles gegeven, maar in de laatste meters liepen mijn benen vol," vertelde ze op TV.

Opmerkelijk genoeg werd deze verzuringtheorie in de jaren tachtig en negentig bevestigd met hetzelfde apparaat waarmee Jeneson hem nu heeft weerlegd: een zogeheten MRI-scanner. Met deze reusachtige, holle magneet kan het binnenwerk van lichaamsdelen zichtbaar worden gemaakt zonder weefsel te verwijderen; zo laten neurologen met een MRI hersengebieden oplichten en bekijken orthopedisch chirurgen gewrichtsbanden en spierweefsel. Omdat de eerste generatie magneten te klein was om hele proefpersonen in te laten fietsen, stopten verzuringsonderzoekers tien jaar geleden alleen een vermoeid ledemaat in de MRI en zagen zo de conclusies uit invasief spierweefselonderzoek bevestigd. Jammer, zegt Jeneson, want alleen in een bewegende spier kun je de verzuring tjdens de inspanning betrouwbaar meten.

Hij sloopte de overbodige binnenwanden uit zijn meetapparaat, bouwde een non-ferro ligfiets, plaatste die mt proefpersonen in de holle reuzenmagneet en liet ze onder gecontroleerde omstandigheden tot uitputting doortrappen - tot een vermogen van rond de 225 Watt. Tot zijn verbazing bleek de zuurgraad in de bewegende beenspier met een waarde van 6,8 6,9 dichter bij neutraal (7,0) te liggen, dan bij algehele verzuring (6,5). Voor de zekerheid liet hij zijn apparatuur nog even aanstaan toen de uithijgende proefpersonen hun benen weer stil hielden. Binnen acht seconden na de inspanning daalde de zuurgraad in de beenspieren nog eens 0,2 punten, en eindigde uiteindelijk op het niveau dat anderen in ingevroren stukjes spierweefsel hadden gemeten. Kennelijk verzuren spieren wel, maar de zuurpiek treed pas op n de inspanning.

"Het in de spieren geproduceerde zuur wordt door het bloed afgevoerd", concludeert Jeneson, "en voor de longen is dat een signaal om extra koolzuur af te voeren. Kijk je alleen naar de spier dan zie je de verzuring, kijk je naar het hele lichaam dan zie je hoe de beenspieren samenwerken met hart en longen." Fysioloog Jeneson steunt de steeds vaker gehoorde opinie dat verhoogde melkzuurwaarden in het bloed niet vanzelfsprekend wijzen op melkzuurophoping in de spier. "We moeten bloedzuur en melkzuur ontkoppelen." Hij vermoedt dat een daling van de pH in het bloed het ademhalingssysteem aanspoort om over te schakelen naar de zogeheten second stage hyperventilation - begeleid door veel gehijg van de atleet richten diens rode bloedlichaampjes zich dan meer op koolzuurafvoer dan op zuurstofaanvoer. Als een flinke ventilator blazen de longen het overtollige zuur uit de spier.

Wat betekenen de opmerkelijke meetresultaten van Jeneson voor de trainingspraktijk, zo kun je je afvragen, want als de spieren zelf niet sterk verzuren waarom hechten trainers en ploegartsen dan zoveel waarde aan melkzuurmetingen in het bloed? Fysiologiehoogleraar en oud-schaatskampioen Harm Kuipers uitte in het blad Geneeskunde en Sport ook al twijfels over metingen van melkzuur, beter bekend als of lactaat, in bloedmonsters. "Als n enkele spier melkzuur produceert", legt hij uit, "dan mengt een hl klein beetje zuur bloed met vijf liter schoon bloed, een enorme verdunning". De waarde van zo'n meting is dus heel beperkt, aldus Kuipers, "want als je in zee plast gaat de temperatuur van het zeewater ook niet omhoog." Toch gaat het hem te ver om nu maar helemaal te stoppen met meten: "Hoe je het ook wendt of keert, spieren produceren lactaat. Ook Jeneson heeft een milde verzuring gemeten."

Kuipers neemt vanuit Maastricht rustig de tijd om de opzienbarende meetresultaten telefonisch van commentaar te voorzien. Zo vraagt hij zich af of er wel in de juiste spier is gemeten: "De binnenste kop van de vierhoofdige dij-strekker", zo verwijst hij naar de als quadriceps bekende spierbundel, "wordt tijdens liggend fietsen niet maximaal belast. Ik ben benieuwd wat Jeneson in de zwaarder belaste buitenste kop zou hebben gemeten." Ook heeft hij zo zijn bedenkingen bij Jeneson's uitleg dat verhoogd bloedzuur niet zozeer informatie geeft over de spiertoestand, zoals nu algemeen wordt gedacht, maar moet worden gezien als een biosignaal aan hart en longen om zuurstofpomp en koolzuurventilator aan te zetten. "Daarvoor is het onderzoek nog niet overtuigend genoeg", aldus Kuipers, die de metingen desondanks niet terzijde schuift: "Verzuring is n van de factoren waardoor een spier faalt, maar zeker niet de enige." Maar al relativeert Kuipers de eerste meetresultaten, hij raadt Jeneson aan flink door te meten.

Inspanningsfysioloog Adrie van Diemen meet al jaren melkzuurgehalten bij de Rabobank Wielerploegen en peinst er niet over daarmee te stoppen. "Wij kijken helemaal niet naar de hoogte van de zuurgraad, maar naar de vorm van de zuurgraadcurve. We zoeken bij iedere renner naar de belasting waarbij de productie en consumptie van melkzuur nog nt in balans zijn. Dat noemen we zijn Maximale Lactaat Steady State. Meet je via het melkzuur een vermogen van 288 Watt bij dat omslagpunt, dan blijkt dat diezelfde renner precies dat vermogen een uur lang kan rondtrappen in een tijdrit, op 10 Watt nauwkeurig." In een nog niet gepubliceerd onderzoek concludeert Van Diemen, opmerkelijk genoeg, dat het via bloedzuurmetingen gevonden omslagpunt samenvalt met een sterke toename in de ventilatie, de zogeheten twee ventilatiedrempel. Die resultaten lijken Jeneson's conclusie - bloedzuurstijging stimuleert de koolzuurventilatie - te bevestigen.

Dat beenspieren bij uitputting opzwellen is ook de MRI-scanner van Jeneson niet ontgaan. Maar als het geen melkzuur is, waar lopen de spieren dan mee vol? Jeroen Jeneson van de Universiteit Utrecht wil best een ballonetje oplaten: "De energievoorraad in de spieren bestaat uit reusachtige moleculen die miljoenen eenheden suiker bevatten. Worden die suikers verbruikt dan valt zo'n glycogeenmolecuul uiteen in duizenden stukjes. Net als je mond na een slok zeewater boordevol zout, krijgt een spiercel dorst van al die rondzwemmende deeltjes. De talloze glycogeenbrokstukken veroorzaken een enorme, osmotische zuigkracht in de cel." Zwaar belaste spieren zwellen niet op met zuur, maar met water.


Gepubliceerd in NRC