Ademhaling tijdens inspanning: een inspirerend verhaal

Dr Tim Takken & Dr Erik Hulzebos

Veel mensen hebben klachten van benauwdheid tijdens inspanning. Zelfs topsporters als Chris Froome ervaren benauwdheidsklachten tijdens en/of na inspanning en zeggen daarvoor zelfs medicatie te gebruiken. In deze blog gaan we in op de regulatie van de ademhaling tijdens inspanning.

De luchtwegen vertakken 23 maal voordat we uiteindelijk bij de longblaasjes aankomen waar de afwisseling tussen long en bloed plaatsvind. Door deze 23 vertakkingen is het mogelijk om een zeer groot oppervlak te creëren in onze borstkas. De long van een jongvolwassen persoon heeft een oppervlag van een tennisveld (ca 140 m²). Dit is een enorm oppervlak dat op deze manier gecreëerd wordt om o.a. zuurstof (O₂) op te nemen en kooldioxide (CO₂) uit te ademen.

De ademhaling, of beter gezegd ons ademminuutvolume (hoeveelheid lucht dat je per minuut in en uit ademt), wordt aangestuurd door het ademhalingscentrum in de hersenstam. Dit centrum reguleert de start en afstemming van de in- en uitademingsfase. Het ademminuutvolume (VE) wordt bepaald  door  [1] de diepte van de ademhaling  (teugvolume; TV) en [2] de ademfrequentie (hoe vaak je per minuut  ademt; AF). Bij volwassenen is in rust het teugvolume ~0,5 liter p/min en wordt ongeveer 12 keer p/min ingeademd, dit betekent dat het ademminuutvolume (TV X AF) 6 liter per minuut is. Bij maximale inspanning kan het ademminuutvolume wel meer dan 30 maal de rustwaarde toenemen zodat bij zeer goedgetrainde duursporters het ademminuutvolume wel  boven de 200 (!) liter per minuut kan bedragen.

Het ademminuutvolume neemt evenredig toe met de toename in zuurstofopname (c.q. intensiteit) en met de toename in de hoeveelheid koolstofdioxide die per minuut door de actieve spiermassa wordt geproduceerd. Na de ventilatoire anaerobe drempel (VAT) neemt het ademminuutvolume onevenredig meer toe dan het zuurstofgebruik. Dit geldt echter niet met betrekking tot de productie van koolstofdioxide waarbij na de VAT de ademhaling (c.q. ventilatie) rechtlijnig stijgt met de kooldioxide uitademing tot ongeveer 70-90% van de maximale zuurstofopname. Daarna neemt de ventilatie extra toe ten opzichte van kooldioxide uitademing. Dit punt wordt het respiratoire compensatiepunt (RCP) genoemd.

Het ademminuutvolume is bij een gezond persoon geen beperkende factor voor de voor de maximale zuurstofopname (VO_2max). Wel is het ademminuutvolume bij duurgetrainde mensen lager bij dezelfde relatieve belasting als bij niet duurgetrainde mensen. Dit is gunstig omdat hierdoor de ademarbeid ook lager is bij goed getrainde duursporters. De gaswisseling in de long kan wel een belangrijke beperkende factor zijn bij duursporters (te korte contacttijd voor diffusie van O₂). Een recent onderzoek heeft gerapporteerd dat een desaturatie tijdens maximale inspanning frequent voorkomt bij zeer goed getrainde duursporters. (1) Door de korte passagetijd in de long van de rode bloedcellen in het bloed, is er onvoldoende tijd voor een optimale gaswisseling in de long. Hierdoor zal er nog zuurstofarm bloed de long verlaten en weer de lichaamscirculatie in stromen.

Dus voor duursporters is het van belang om zo min mogelijk energie (c.q. zuurstof) in de ademhaling te steken en te zorgen voor [a] een efficiënte ademhaling (lage ventilatie voor de zuurstofopname) en [b] adequate ademhaling (lage ademfrequentie en hoog teugvolume) (2, 3). Duursporters hebben een hele efficiënte ademhaling, omdat hierbij zo min mogelijk dode ruimte in de longen wordt geventileerd en zo min mogelijk energie kost. Ademspiertraining kan mogelijk zinvol zijn om een adequate en efficiëntere ademhaling te bewerkstelligen.

Een gezond jong volwassen persoon heeft ca 25 procent overcapaciteit van de longfunctie. Dat wil zeggen dat hij op maximale inspanning een ademhalingsreserve heeft van 25%. De ademhalingsreserve (VR) word berekend door het ademminuutvolume (VE)  te delen door de maximale vrijwillige ventilatie (MVV) x 100%:

VR = VE / MVV x 100

De MVV wordt vaak berekend door de longfunctie (geforceerde expiratoire volume in 1 seconde; FEV₁) te vermenigvuldigen met 35 of 40 (of 45 voor duursporters). Dit is echter een schatting van de MVV. Normaalgesproken wordt er een afkappunt voor de VR van 20% gehanteerd. 

Als je meer hierover wilt weten, we geven  een interessante cursus over dit onderwerp.

“Steal-effect”

Een beperking in het ademhalingssysteem kan de grote arbeid die de ademhalingsspieren moeten verzetten tijdens zware inspanning. Binnen de ademhalingsspieren speelt het diafragma een belangrijke rol, dit is een spier met zeer grote oxidatieve capaciteit (kan veel zuurstof verbruiken). Tijdens langdurige inspanning met een hoge intensiteit kunnen vermoeidheidsverschijnselen optreden in het diafragma. Deze vermoeidheidsproblematiek vindt waarschijnlijk zijn oorzaak in een strijd (het zogenaamde steal-effect) om de  beschikbare hoeveelheid zuurstof en bloedvolume tussen diafragma en de actieve skeletspieren. Wanneer het diafragma extra zuurstof onttrekt aan het bloed, dan zal de hoeveelheid zuurstof voor de skeletspieren afnemen en daardoor ook het prestatievermogen van een persoon.

Slot

De ademhaling wordt nogal eens weggezet dat het geen prestatie bepalende factor is voor oa sporters (en daarom ook ‘vergeten’ in sportfysiologisch onderzoek). In het volgende blog zullen we ingaan op inspanning bij een aantal respiratoire aandoeningen naar aanleiding van een recent artikel dat we hebben geschreven voor de ERS Monograph on Exercise Testing (publicatie verwacht in 2018).

Literatuur

1. Constantini K, Tanner DA, Gavin TP, Harms CA, Stager JM, Chapman RF. Prevalence of Exercise-Induced Arterial Hypoxemia in Distance Runners at Sea Level. Medicine and science in sports and exercise. 2017 May;49(5):948-54. PubMed PMID: 28009787.
2. Lucia A, Carvajal A, Calderon FJ, Alfonso A, Chicharro JL. Breathing pattern in highly competitive cyclists during incremental exercise. Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 1999 May;79(6):512-21. PubMed PMID: 10344461.
3. Lucia A, Hoyos J, Pardo J, Chicharro JL. Effects of endurance training on the breathing pattern of professional cyclists. Jpn J Physiol. 2001 Apr;51(2):133-41. PubMed PMID: 11405905.