Schrijf je in voor onze nieuwsbrief

    Hardlopen en gezondheid

    Training: de rol van testen met ademgasanalyse voor bepaling van trainingszones

    1024 642 Bernard te Boekhorst

    Om een goede training te garanderen voor het hardlopen is van belang rekening te houden met de doelafstand in de wedstrijd en de fitheid van de betreffende atleet. De training kan zwaarder worden door een langere afstand te lopen, oftewel de trainingsomvang te vergroten, of door op een hogere intensiteit dezelfde afstand te lopen. Intensiteit van de training heeft dus te maken met loopsnelheid terwijl trainingsomvang samenhangt met trainingsduur.
    Voor een goed resultaat op een 1500m moet iets intensiever getraind worden dan voor een goed resultaat op een 10 km en voor een 10km weer wat intensiever dan voor een goed resultaat op de marathon.
    Voor een goed resultaat op de marathon zal er echter weer meer trainingsomvang gemaakt moeten worden dan voor een 10 km en voor een 10 km weer meer dan voor een 1500m.

    Spieren:

    Training betekent adaptatie oftewel aanpassing van het lichaam aan de vereiste eigenschappen om een bepaalde sport te kunnen doen. Veel van die eigenschappen zijn duidelijk zichtbaar voor ons allemaal, denk maar aan de bovenarmspieren van iemand die aan gewichtheffen doet. Ook de ranke benen van een 800 of 1500m loper/loopster zijn voor iedereen duidelijke aanpassingen aan de sport. Er vinden ook aanpassingen plaats die we aan de buitenzijde minder goed waarnemen. In het algemeen zijn de spiervezels van een marathonloper wat dunner dan de spiervezels van een 100 meter sprinter. Spiervezels bevatten een skelet van bouwstofeiwitten (actine en myosine) welke parallel aan elkaar liggen (figuur 1). Deze eiwitten kunnen samentrekken onder verbruik van energie. Sprintvezels hebben een veel grotere dwarsdoorsnede doordat er veel meer actine en myosine parallel geschakeld is. Dit is een van redenen waarom spiervezels van een sprinter krachtiger kunnen samentrekken en gewrichtshoeken sneller veranderd kunnen worden, waardoor de loopsnelheid toeneemt. De spieromvang bij een sprinter is om deze reden dus ook groter dan die van een lange-afstandsloper.

    Waar je dan weer aan de buitenkant niets van ziet is de manier van energieproductie. In sprintvezels wordt energie gegenereerd door enzymen die geen zuurstof nodig hebben. Het voordeel is dat het heel snel kan plaatsvinden waardoor de spiercontractiesnelheid toe kan nemen, het nadeel is dat er afvalproducten ontstaan en ophopen die de duur van de inspanning beperken. In spiervezels van een duursporter zijn meer enzymen aanwezig die juist zuurstof nodig hebben om energie te leveren. Het nadeel hiervan is dat de snelheid van zuurstofleverantie de beperkende factor is, maar het voordeel is dat, afhankelijk van de beschikbare brandstof (vetten/koolhydraten), er heel lang energie geleverd kan worden.

    Denken we bijvoorbeeld aan de beenspieren van een lange-afstandloper dan blijkt dat door langdurig trainen deze spieren beter toegerust zijn om meer zuurstof te verwerken. Zo bevatten de spiervezels meer enzymen welke brandstof in de vorm van koolhydraten en vetten om kunnen zetten in energie onder verbruik van zuurstof. Tevens bevatten ze meer bloedvaatjes per vierkante millimeter spier. Via het bloed wordt zuurstof vervoerd en dus is het logisch dat het aantal bloedvaatjes per hoeveelheid spieren toe moet nemen.
    Ook de pezen en gewrichtskapsels hebben tijd nodig om zich aan te passen aan de training. Ze worden dikker en steviger zodat er grotere krachten verwerkt kunnen worden.

    Hart en circulatie

    Een andere aanpassing waar je uiterlijk eigenlijk echt niets van ziet, is de aanpassing van de bloedcirculatie en de pomp, het hart, aan duursport. De spiermassa van de benen en romp neemt toe en de verbetering van de doorbloeding van deze spieren is het gevolg van meer bloedvaatjes per oppervlakte-eenheid spieren zoals genoemd. Bovendien zijn de bloedvaatjes meer verwijd. Omdat de weerstand van de leidingen dus lager is terwijl de hoeveelheid bloed benodigd voor de doorbloeding van de weefsels in rust nauwelijks verhoogd is en er dus ook bij sporters zo’n 5 liter bloed per minuut rondgepompt wordt, is de druk om deze hoeveelheid rond te pompen veel lager. Vandaar de lagere bloeddruk in rust bij sporters.
    Het volume dat het hart met 1 hartslag rondpompt in geval van een gemiddeld ongetraind persoon is in rust ongeveer 60-70 ml wat dus resulteert in een hartfrequentie 70-80 per minuut als je uitgaat van 5 liter per minuut aan rondgepompt volume.
    Omdat er tijdens het sporten een veel grotere hoeveelheid per minuut rondgepompt moet worden, dit kan bij getrainde duursporters wel oplopen tot zo’n 30-35 liter per minuut, wordt de hartspier ook dikker en het hartvolume wordt groter. Door deze overcapaciteit van het hart kan het slagvolume in rust toenemen van zo’n 60-70 ml tot 110ml waardoor de hartslag in rust lager wordt.

    Zenuwstelsel en invloed op hart en circulatie

    Daarnaast speelt er nog een factor waardoor de rusthartslag daalt. Het hart wordt door het autonome zenuwstelsel (dat wil zeggen het zenuwstelsel dat niet onder de willekeur staat) gestimuleerd en geremd. Er zijn zenuwen die het hart sneller laten kloppen en de bloedvaten laten vernauwen met als gevolg verhoging van de bloeddruk. Dit noemen we het sympathische zenuwstelsel. Dit is van belang op momenten van gevaar of pijn of verwonding van het lichaam. Dit leidt tot de bekende “frigh-flight-freeze” reacties. Dit systeem wordt ook geactiveerd door inspanning. Aan de andere kant is er het parasympathische zenuwstelsel dat van belang is in perioden van rust, en met name in de nacht en na het eten. De doorbloeding van de darmen wordt onder invloed van dit zenuwstelsel bevorderd evenals een lagere hartfrequentie. Ontspanning van kringspieren van blaas en endeldarm worden ook bevorderd door activiteit van dit deel van het autonome zenuwstelsel. Dit verklaart ook de vertraging van de hartfrequentie tijdens de toiletgang. Er wordt ten aanzien van het hart dus gas gegeven door het sympathische zenuwstelsel en geremd door het parasympathische zenuwstelsel.
    Als je enkele uren per week gaat sporten dan is er in situaties van relatieve rust meer parasympathicusactiviteit en minder sympathicusactiviteit dan voorheen. Er wordt minder gas gegeven en meer geremd. “Het lichaam raakt gewend aan sport”.

    Al deze aanpassingen aan skeletspier- bouw, metabolisme en doorbloeding en hartfunctie en aansturing door het zenuwstelsel zijn het gevolg van training. Hoe kunnen we de intensiteit bepalen waar mee getraind wordt?

    Trainen op basis van hartslagzones en anaerobe drempel

    Om het lichaam op de juiste manier te trainen zou je een verschillend schema kunnen volgen. Voor de 1500m ziet dat er anders uit dan voor de marathon. Zoals eerder gezegd zou je voor een 1500m intensiever moeten trainen dan voor een marathon terwijl je voor een marathon meer rustige omvang moet maken. De intensiteit van de training kan aangegeven worden door diverse hartslagzones. De hartslag neemt namelijk toe met de intensiteit van de inspanning. Een bruikbare maat om de hartslagzones in te delen is de anaerobe drempel AnaerD).
    De AnaerD wordt in de volksmond ook wel omslagpunt of verzurings-drempel genoemd. De AD wordt door trainers vaak genoemd als het punt waarboven je gaat “verzuren” en wordt als een belangrijke trainingsparameter gezien voor atleten die met hartslagmeter trainen. De AnaerD is een concept dat enige uitleg behoeft. Voor elke vorm van inspanning die langer duurt dan 8-9 seconden geldt dat er zuurstof nodig is in de spieren om brandstof aanwezig in de spier (glycogeen/vet) te verbranden. Bij de verbranding van deze brandstof wordt adenosinetrifosfaat (ATP) gevormd dat als universeel betaalmiddel van energie in biologische systemen gezien kan worden. Aerobe verbranding (onder verbruik van zuurstof) van 1 molecuul glucose levert 36 of 38 ATP op, terwijl anaerobe verbranding (zonder verbruik van zuurstof) per molecuul glucose slechts 2 ATP oplevert. ATP kan weer omgezet worden in adenosinedifosfaat (ADP) waarbij de energie vrijkomt waardoor spieren kunnen samentrekken (contractie). Hierdoor worden lichaamsdelen bewogen ten opzichte van een ondergrond waardoor het lichaam kan voortbewegen. Aerobe verbranding kost tijd en heeft zuurstof consumerende fabriekjes met enzymen (mitochondriën) nodig in de spier om de aanwezige brandstof te verbranden. Het grootste deel van de ATP dat gevormd wordt door afsplitsing van delen van het glucosemolecuul, bij aerobe verbranding wordt gevormd in deze mitochondriën (een klein deel in de citroenzuurcyclus) kan het ATP gevormd worden. De hoeveelheid mitochondriën bepaalt de capaciteit voor aerobe verbranding. De hoeveelheid mitochondriën bepaalt ook de kleur van de spiervezels: rood of wit of een overgangsvorm tussen rood en wit. Rode spiercellen zijn dunner, hebben een trager contractiepatroon en bevatten meer mitochondriën, terwijl witte spiervezels dikker zijn, een sneller contractiepatroon hebben en minder mitochondriën bevatten. In deze witte spiervezels is juist de mogelijkheid om zonder verbruik van zuurstof ATP te leveren vergroot. Dit levert lactaat en H+ (zuur) op en relatief minder ATP maar het kan wel veel sneller geleverd worden. Spiervezeltypering is deels afhankelijk van de spier (hamstrings en diepe kuitspieren bevatten meer rode vezels dan oppervlakkige kuitspieren en quadriceps). Voor een ander deel is het spiervezeltype individueel bepaald (sprinttype versus marathontype). De intensiteit van de inspanning bepaalt de snelheid waarmee de ATP gevormd moet worden. Tot een zekere snelheid (deels afhankelijk van spiervezeltypering) zal bij het hardlopen merendeels gebruik gemaakt kunnen worden van aerobe verbranding. Het gevormde lactaat via anaerobe verbranding kan in minder actieve spieren dan nog gemakkelijk verder verbrand worden en er is voldoende buffercapaciteit om het gevormde zuur (H+) weg te vangen. Boven deze snelheid zal anaerobe verbranding meer en meer een rol spelen, ontstaat er een overschot aan lactaat en is er onvoldoende buffercapaciteit om het gevormde H+ te bufferen, waardoor er “verzuring” zal optreden. Deze situatie kan niet lang vol gehouden worden en de “drempel” snelheid waarbij deze “verzuring” optreedt wordt ook wel de aerobe drempel (AnD) genoemd. Op het moment dat een atleet meer begint te hijgen en niet meer in staat is volzinnen te spreken met collega sporters, zal min of meer de AnD bereikt zijn.

    Inspanningstesten: bepaling van de anaerobe drempel met ademgasanalyse

    Met ademgasanalyse is deze AnD exact te bepalen. In de praktijk betekent het dat men de intensiteit van de anaerobe drempel net een uur kan volhouden. Gedurende het zwaarder worden van de inspanning neemt de ademhaling vrijwel even veel toe als (hoeveelheid lucht verplaatst per minuut) de zuurstofopname in de spieren. Bij zware inspanning boven de AnD neemt de ademhaling echter sterker toe dan onder de drempel terwijl de zuurstofopname minder toeneemt dan onder de AnD. De reden dat de ademhaling toeneemt is niet, zoals vaak gedacht, om nog meer zuurstof op te nemen, maar om het overschot aan CO2 ontstaan door anaerobe verbranding af te blazen in de longen. Vandaar dat de meest gevoelige parameter voor bepaling van de AnD met ademgasanalyse de verhouding van de ademhaling ten opzichte van de zuurstofopname is, ook wel een maat voor ademhalingsefficiëntie genoemd. Bij lichte inspanning hoef je nog weinig lucht te verplaatsen om een bepaalde hoeveelheid zuurstof in de spieren op te nemen, maar vanaf de AnD wordt je ademhaling duidelijk inefficiënter, dat wil zeggen er moet onevenredig meer lucht verplaatst worden om een beetje meer zuurstof in de spieren op te nemen, oftewel de bovengenoemde verhouding ademhaling/zuurstofopname neemt toe. (zie figuur 2, VE/VO2).

    Beneden de AnD vallen er nog 2 situaties te onderscheiden. Met verbruik van zuurstof kunnen er zowel vetten als koolhydraten verbrand worden. Hoe lager de intensiteit hoe meer we geneigd zijn vetten te verbranden. Het lichaam heeft bijna een onuitputtelijke voorraad aan vet ook als we redelijk mager zijn. We kunnen hier vele uren tot dagen mee inspannen. De vroegere drijfjacht waar de prehistorische mens zich mee bezig hield wordt hierdoor ook mogelijk. Vetten hebben als voordeel dus de mogelijkheid om als brandstof te dienen bij lange inspanningen, met andere woorden, het vetverbrandingssysteem heeft een grote capaciteit. Het nadeel is dat er per vetmolecuul en uiteindelijk per gevormd ATP ook meer zuurstof nodig is. Kortom, het duurt langer voordat er evenveel ATP aangemaakt is. Vandaar dat je ook niet zo hard kunt lopen op vetverbranding, want je spieren kunnen niet wachten met de contractie tot er eindelijk eens voldoende zuurstof aangevoerd wordt. Het lichaam vindt hier wel wat op: er worden meer mitochondriën aangemaakt, maar hier zit natuurlijk een begrenzing aan.

    Voor goede prestaties op afstanden tot en met de marathon of 100 km is het dus ook belangrijk voldoende koolhydraten voorradig te hebben, het kost namelijk 30% minder zuurstof om evenveel ATP aan te maken door middel van koolhydraatverbranding tov vetverbranding. Dat betekent dat er ook meer ATP per seconde met KH verbranding aangemaakt wordt. Je kunt dus harder lopen. Als je goed gegeten hebt (koolhydraatrijk) dan heb je voor ongeveer 90 min intensieve inspanning aan koolhydraten voorradig in spieren en lever. Voor een 10 km-15 km loper is aerobe koolhydraatverbranding een heel belangrijk energiesysteem. Dat is begrijpelijk omdat de meeste lopers deze afstanden binnen de 90 minuten afgelegd hebben. Voor de halve en met name voor de hele marathon wordt de aerobe vetverbranding belangrijker.

    Met ademgasanalyse kunnen we soms ook de aerobe drempel (AD) onderscheiden: het moment waarop je net iets minder efficiënt gaat ademen als gevolg van een toename van de koolhydraatverbranding tov de vetverbranding (zie figuur 4). Dit is vaak gemakkelijker bij een marathonloper dan bij een atleet die meer in de verzuring getraind is.
    Bij de AnD en eventueel de AD kan dan ook de bijbehorende hartfrequentie bepaald worden en dit levert een atleet dan de informatie over hoe intens de inspanning is tijdens een training in de thuis/clubsituatie.

    Van anaerobe drempel (en aerobe drempel) naar HF zones

    Hoe worden de zones dan precies bepaald?
    De aerobe drempel (AD) is de overgang van zone 1 naar 2.
    De anaerobe drempel (AnD) is de overgang van zone 3 naar 4.
    De Karvonen zones zijn het meest accuraat en gaat uit van rust hartfrequentie en maximale hartfrequentie. Als je de anaerobe drempel echt gemeten hebt, dan kunnen we die gebruiken om de Karvonen zones te updaten en gebruiken we de maximale HF liever niet.

    De volgende formules gelden voor de aangepaste Karvonen zones:
    Zone 0: HFrust+0,50*(HFAnD-HFrust) tot HFrust+0,65*(HFAnD-HFrust)
    Zone 1: HFrust+0,65*(HFAnD-HFrust) tot HFrust+0,80*(HFAnD-HFrust) (of AD indien zichtbaar)
    Zone 2: HFrust+0,80*(HFAnD-HFrust) (of AD indien zichtbaar) tot HFrust+0,95*(HFAnD-HFrust)
    Zone 3: HFrust+0,95*(HFAnD-HFrust) tot HFAnD
    Zone 4: HFAnD tot HFrust+1,05*(HFAnD-HFrust)
    Zone5: HFrust+1,05*(HFAnD-HFrust) tot HFmax

    Voor een 1500meter loper is het van groot belang goed getraind te zijn boven de anaerobe drempel, dat wil zeggen in de “verzuring”, voor een marathonloper is het juist belangrijk getraind te zijn in het rustige gebied onder de anaerobe drempel en dan met name ook in het gebied onder de aerobe drempel. Een marathonloper zal dus vooral vaker in zone 1 (vetverbrandingszone) moeten lopen, terwijl een 1500m loper ook regelmatig in zone 4 zal lopen.

    Voorbeelden testresultaten:

    Figuur 3 en 4 laten 2 testresultaten van een graduele (de loopsnelheid wordt per 3 minuten verhoogd tot de anaerobe drempel en vanaf daar per minuut) inspanningstest zien, waarbij figuur 3 de grafieken toont van een typische 1500m-3000m loper en figuur 4 de resultaten van een marathonloper.
    Eerst kijken we naar figuur 3. De anaerobe drempel wordt bereikt op het moment dat de verhouding tussen ademhaling en zuurstofopname toeneemt en geen nieuw evenwicht meer bereikt. Na 2 minuten op deze snelheid en 3 stappen van 1 minuut boven de drempelsnelheid wordt de test pas beëindigd. Rond de getoonde aerobe drempel is de vetverbranding gereduceerd tot vrijwel 0% terwijl de koolhydraatverbranding inmiddels 100% bedraagt. Dit patroon past bij een 1500m loper.

    Dan vervolgens figuur 3. De anaerobe drempel is nu niet goed te bepalen door te kijken naar het moment dat de verhouding tussen ademhaling en zuurstofopname toeneemt en geen nieuw evenwicht meer bereikt wordt. In panel 4 is er namelijk nog steeds vetverbranding actief tot voorbij de toename van de verhouding ademhaling/zuurstofopname. Bovendien wordt er per 3 minuten steeds evenwicht in deze verhouding bereikt. Wel zie je op het moment dat de vetverbranding 0 % is de ademhalingsfrequentie (zwarte lijn in het panel rechtsboven) nog iets toenemen. In combinatie met de inmiddels hoorbare ademhaling is het duidelijk dat hier de anaerobe drempel bereikt is. De aerobe drempel wordt bepaald door in het HF gebied 15-25 slagen beneden de anaerobe drempel te zoeken naar een afname van de ademhalingsefficiëntie. Het verschil tussen de anaerobe en aerobe drempel blijkt dichter bij de 15 dan bij de 25 slagen per minuut te liggen. Bovendien kan er nauwelijks meer harder gelopen te worden dan de drempelsnelheid. Dit patroon past bij een marathonloper (of hele triatleet).

    Als deze patronen gevonden bij atleten met een heel ander doel dan is er werk aan de winkel en is het verstandig het trainingsprogramma aan te passen!

    De genoemde aanpassingen aan spieren, doorbloeding en hartfunctie vinden bij efficiënte training eerder na 2-3 maanden plaats dan dan na 2-3 weken; met andere woorden, het kost tijd. De HF zones zijn geen vaste waarden, ze zijn afhankelijk van het type getraindheid. Ook de maximale HF blijkt toch niet alleen afhankelijk van de leeftijd maar is voor een groot deel een kwestie van aanleg en zal ook toenemen na een forse periode van inactiviteit. In de eerste periode van training na een lange periode van inactiviteit zie je dan ook dat de hartfrequentie rond de anaerobe drempel evenals de maximale HF een stuk hoger ligt dan na een langere periode van training.
    Als je wil trainen op hartfrequentie dan is het verstandig een trainer te zoeken die ervaring heeft met het trainen op HF. Bij twijfel over je huidige anaerobe drempelsnelheid of moeilijkheden met de registratie van de hartfrequentie is het verstandig uit te gaan van de snelheidszones eventueel aan te passen aan recente wedstrijdresultaten.

    hardlopen trainingsopbouw spieropbouw

    Figuur 1: Spieropbouw

     

    hardlopen trainingsopbouw ademhaling zuurstofopname

    Figuur 2: De verhouding Ve/VO2 (ademhaling/zuurstofopname) met toenemende intensiteit van de inspanning.

     

    hardlopen trainingsopbouw grafieken

    Figuur 3:
    Eerste panel: De rode lijn geeft de verhouding tussen ademhaling (liters per minuut) en zuurstofopname in de spieren weer. De groene lijn geeft weer hoe de intensiteit van de inspanning toeneemt. De eerste verticale stippellijn geeft de aerobe drempel aan, terwijl de 2e lijn de anaerobe drempel aangeeft. Het betrof 3 minuten stappen (van 1 km per uur) totdat de anaerobe drempel bereikt wordt (2e verticale zwarte stippellijn in het panel), waarna 1 minuten stappen van 1 km per uur volgen. In panel 4 wordt een rode lijn welke het niveau van de vetverbranding weergeeft en een zwarte lijn welke het niveau van de koolhydraatverbranding weergeeft.

     

    hardlopen trainingsopbouw grafiek

    Figuur 4:
    Eerste panel: De rode lijn geeft de verhouding tussen ademhaling (liters per minuut) en zuurstofopname in de spieren weer. De groene lijn geeft weer hoe de intensiteit van de inspanning toeneemt. De eerste verticale stippellijn geeft de aerobe drempel aan, terwijl de 2e lijn de anaerobe drempel aangeeft. Het betrof 3 minuten stappen (van 1 km per uur) totdat de anaerobe drempel bereikt wordt (2e verticale zwarte stippellijn in het panel), waarna 1 minuten stappen van 1 km per uur volgen. In panel 2 (rechtsboven) geeft de zwarte lijn de ademhalingsfrequentie weer. In panel 4 (rechtsonder) wordt een rode lijn welke het niveau van de vetverbranding weergeeft en een zwarte lijn welke het niveau van de koolhydraatverbranding weergeeft.

     

     

    Meer weten?

    Kom naar onze kennissessies op 24 en 26 april.

    Deel dit artikel:
    AUTEUR

    Bernard te Boekhorst

    Sinds 1991 loopt Bernard hard. Zijn interesse lag op de baan (800m, 1.500m en 5.000m) en de weg (10km t/m de marathon). Daarnaast heeft de sport ook altijd zijn professionele aandacht gehad en is hij uiteindelijk sportarts en (sport-)onderzoeker geworden.

    Alle artikelen van: Bernard te Boekhorst

    Laat een reactie achter

    Jouw e-mail wordt niet gepubliceerd.