Tag

Central Governor

Browsing

Het onderwerp en de titel van dit artikel zijn grotendeels geïnspireerd op het boek Endure, van Alex Hutchinson. 

Het rennen van een marathon, het rijden van de Ronde van Frankrijk of het beklimmen van Mount Everest. Wij zijn als mensen constant op zoek naar de volgende limiet van ons uithoudingsvermogen, maar waar liggen onze grenzen? En welke rol speelt ons brein hierin?

In dit artikel kijk ik in hoeverre onze mentale gesteldheid van invloed is op fysieke inspanning.

Voordat we het hebben over het breken van records en hoe we onszelf kunnen pushen tot het uiterste, moeten we eerst kijken naar de basics.

Wat is uithoudingsvermogen?

Uithoudingsvermogen

Volgens het woordenboek is uithoudingsvermogen: Het vermogen om langdurige inspanning te kunnen leveren.

Er zijn veel factoren die invloed kunnen hebben op de duur van inspanning. Deze kunnen zowel fysiek als mentaal zijn. Maar voordat we ons langdurig kunnen inspannen moeten we eerst de energie hiervoor zien te vinden.

Ons lichaam kan ongeveer 10 seconden aan energie op voorraad hebben. Een interessant feit als je kijkt naar bijvoorbeeld wielrenners die zich voor uren lang kunnen inspannen.

Hoe kan het dat mensen zich zo lang kunnen inspannen, terwijl we maar een beperkte voorraad energie tot onze beschikking hebben?

Dit komt doordat ons lichaam beschikt over een 3-tal motoren (biologische processen) die constant bezig zijn met het creëren van nieuwe energie: ATP (meer over ATP in dit artikel).

Jouw lichaam is als een soort hybride auto met 10 seconden aan batterij. Wanneer de initiële voorraad van 10 seconden op lijkt te raken, zal de diesel motor nieuwe “elektriciteit” leveren aan onze batterij in de vorm van ATP.

In tegenstelling tot een auto, beschikt ons lichaam over maar liefst 3 motoren die allemaal energie kunnen leveren.

Deze 3 motoren zijn Glyocolyse, de Krebs cyclus, en de Electronentransportketen (ook wel ademhalingsketen). En elk van deze processen levert op haar eigen manier energie.

Onze motoren

Glycolyse
Glycolyse is het proces waarbij glucose, met behulp van enzymen, in de cellen van ons lichaam wordt afgebroken. Bij dit proces, dat bestaat uit 10 stappen, zet jouw eerste “motor” glucose om in ATP. Tijdens dit proces ontstaan er naast energie (ATP) ook nog twee bijproducten. Namelijk pyrodruivenzuur en NADH.

Krebs Cyclus
Het vorige proces maakte van glucose in een aantal stappen pyrodruivenzuur, maar dit is nog niet het eindstation als het gaat om energie. Pyrodruivenzuur kan, door middel van oxidatie, verder worden verbrand tot melkzuur. Bij dit proces komt, net zoals bij glycolyse, ATP als energie- en NADH als bijproduct vrij.

Electronentransportketen
De electronentransportketen, ook wel ademhalingsketen genoemd, is de laatste motor die ATP kan produceren. Het laatste beetje NADH (die nog over was van de Krebs Cyclus) kan in de electronentransportketen nóg een keer worden omgezet tot ATP.

Op deze manier zet jouw lichaam met behulp van deze 3 processen, 1 glucose molecuul om in 38 energie moleculen (ATP).

Dit is grofweg hoe deze biologische reacties samenwerken om energie te leveren. Maar hoe kan het dat we niet oneindig kunnen blijven “rijden”?

Buiten adem

In tegenstelling tot Glycolyse, hebben de Krebs Cyclus en de electronentransportketen zuurstof nodig om hun werk te doen. En hier komen onze motoren in de problemen.

Wanneer we zo veel inspanning leveren dat we meer energie verbranden dan dat zelfs onze 3 motoren kunnen aanmaken, raken we letterlijk “buiten adem”.

Onze eerste motor (glycolyse) zal nog een minimale hoeveelheid ATP genereren, maar sinds het melkzuur niet wordt hergebruikt (want de Krebs Cyclus heeft zuurstof nodig om te fungeren), zal deze zich opbouwen in de spieren. Dit melkzuur zal blijven opbouwen tot zelfs de laatste motor geen ATP meer kan genereren.

Dit is het verschil tussen aerobe en anaerobe inspanning en de reden dat jouw lichaam niet oneindig lang inspanning kan leveren.

Bij aerobe inspanning maakt jouw lichaam gebruik van zuurstof. De motoren draaien op een tempo dat langzaam genoeg is om alle 3 de motoren draaiende te houden. Wanneer jouw lichaam de anaerobe drempel overschrijdt, zal jouw lichaam de laatste 2 motoren niet meer gebruiken en alleen draaien op de motor die geen zuurstof nodig heeft (Glycolyse).

Het goede nieuws is dat deze anaerobe drempel geen statische limiet is. We kunnen onze motoren trainen.

Wanneer je cardio training doet verhoog je het verbrandingstempo van de motoren.

V0²max

Fysioloog Archibald Hill kwam met het idee om deze langdurige inspanning te kwantificeren. In een studie [1] uit 1923 mat hij uithoudingsvermogen als het Maximale Volume van zuurstof () dat het lichaam kan transporteren en metaboliseren bij inspanning. Toepasselijk genaamd de V0²max.

Op het eerste gezicht lijkt ons uithoudingsvermogen dus een heel logisch proces: Niet genoeg zuurstof = niet genoeg energie.

Echter blijken er meer factoren in het spel te zijn tijdens het vestigen van records die fysieke inspanning vereisen.

Zo werd er in 2006 een onderzoek [2] gedaan naar de temporisering van atleten die een wereldrecord wisten te vestigen in de atletiek. In dit onderzoek werd gekeken naar de 28 snelste tijden op de 800m (1912-1997), de 32 snelste tijden op de 5.000m (1922-2004) en de 34 snelste tijden op de 10.000m (1921-2004). 

Het meest opvallend resultaat uit deze studie is te zien in de grafiek hierboven. 

Zelfs tijdens het vestigen van een wereldrecord wisten bijna alle atleten de laatste ronde het tempo op te voeren. Ondanks dat atleten na de wedstrijd zeiden dat ze tijdens de race niet harder hadden kunnen rennen, was hun laatste ronde vaak sneller dan de eerste.

Het lijkt alsof er een magische grens is die niet overschreden mag worden, totdat het einde van de wedstrijd in zicht is.

Dit fenomeen inspireerde Tim Noakes om op zoek te gaan naar andere factoren die van invloed kunnen zijn op ons uithoudingsvermogen.

Central Governor

Hieruit ontstond het idee van de Central Governor. Noakes stelde in zijn studie uit 1997 [3] voor dat, naast de V0²max, het brein verantwoordelijk zou zijn voor het reguleren van de intensiteit van fysieke inspanning. Dit reguleren zorgt ervoor dat de intensiteit van de inspanning jouw lichaam niet in gevaar brengt. Op deze manier zal jouw lichaam dus niet de drempel overschrijden die de balans van het lichaam (homeostase) in gevaar kan brengen.

Hierbij wordt de krachtinspanning constant afgesteld op basis van berekening die worden gedaan door het brein. Het brein houdt constant in de gaten wat een veilig inspanningsniveau is en schakelt waar nodig terug in intensiteit als het negatieve effecten kan hebben op de rest van het lichaam.

De weg naar optimale prestaties wordt dus geblokkeerd, voordat we onszelf iets aan doen.

Barrières doorbreken

Een goed voorbeeld van zo’n blokkade is de haalbaarheid van een prestatie. In hoeverre moet onze central governor weten dat een plateau menselijk haalbaar is, voordat het ons lichaam de capaciteiten geeft om het te behalen?

Een klassiek voorbeeld hiervan bevindt zich in de sport van atletiek. Het rennen van een mijl (1.600 meter) in minder dan 4 minuten.

De beruchte 4-minute-mile was voor veel renners een onmogelijke onderneming, en werd door veel sporters gezien als onhaalbaar.

Toch gebeurde er op 6 mei 1954 iets onverwachts. Op de atletiekbaan van Oxford liep de 25 jarige Roger Bannister de mijl in een officiële tijd van 3:59,3! De eerst gemeten persoon ter wereld die deze barrière wist te doorbreken.

Het meest interessante aan deze anecdote is het effect dat het doorbreken van dit plateau heeft gehad op de wereld van atletiek. In minder dan 1 jaar na Bannister’s doorbraak, wisten 37 andere atleten het voorheen onhaalbare te reproduceren.

In dat eerste jaar na het breken van dit record zijn mensen niet opeens fysiek sterker en sneller geworden, er werd een mentale barrière doorbroken. Het effect “als hij het kan, kan ik het ook” is volgens Noakes net zo sterk als het verhogen van de V0²max.

Iedereen die vóór Bannister aan de 4-minute-mile begon stond mentaal dus al 1-0 achter.

Waar deze mentale vermoeidheid de gedrevenheid van de atleet beperkt om zichzelf maximaal in te spannen [4].

Interne discussies

Maar deze mentale vermoeidheid doet zich niet alleen voor tijdens inspanning. Mentale inspanning vóór fysieke inspanning, bijvoorbeeld het oplossen van een ingewikkelde puzzel voor een wedstrijd, heeft een desastreus effect op ons uithoudingsvermogen [5].

Het is dus belangrijk dat je zowel fysiek als mentaal bent uitgerust wanneer je streeft naar optimaal uithoudingsvermogen.

Iedereen die geregeld sport is bekend met die irritante stem in het hoofd. Een stem die dingen kan roepen die de waargenomen inspanning vergroten (“dit is onmogelijk”, “ik ben te moe”) of die de waargenomen beloning verkleinen (“ik wil dit niet”, “dit is het niet waard”).

Een intern conflict wat invloed heeft op ons prestatievermogen. In 2013 werd er voor het eerst gekeken of wij deze interne dialoog kunnen beïnvloeden. En met succes.

Uit dit onderzoek bleek dat atleten die getraind werden in een motiverende vorm van zelfpraat een significante vermindering merkte in hun waargenomen inspanning [6].

Maar hier blijft het niet bij. We hoeven namelijk niet op de hoogte te zijn van wat er gebeurt in ons lichaam om de effecten hiervan te ervaren.

Mentale sluikreclame

Een studie [7] uit 2014 keek naar het effect van “sluikreclame” op het brein. Bij deze studie werd een aantal atleten uitgedaagd een tijd-tot-uitputting test te doen op de fiets. Hierbij fiets je in het aangegeven tijdsbestek tot je niet meer kan. Elke atleet keek tijdens de tests naar een beeldscherm.

Op deze monitoren werden lachende óf fronsende gezichten geprojecteerd voor een (menselijk onwaarneembare) periode van 16 milliseconden.

 Wanneer het onderbewustzijn van de atleten de lachende gezichten “te zien” kregen, wisten de atleten 12% langer te fietsen dan normaal.

Zonder dat de atleten het in de gaten hadden, werd hun uithoudingsvermogen vergroot.

Waarom een lachend gezicht ons uithoudingsvermogen verbetert is nog niet zeker. Samuel Marcora, de onderzoeker van deze studie, gelooft dat het “zien” van een lachend gezicht een subtiele verandering in de perceptie van inspanning teweeg brengt.

Maar uiteraard kan niet iedereen naar een glimlachende monitor kijken tijdens inspanning. Gelukkig is er voor die mensen nog een ander alternatief: Zelf lachen! Een recente studie [8] wist aan te tonen dat gelaatsuitdrukkingen van grote invloed zijn op ons uithoudingsvermogen. Het zuurstof verbruik van lachende atleten was significant minder dan hun fronsende tegenhanger.

Kunstmatige koelvloeistof

Het is dus van groot belang hoe we mentaal naar een situatie kijken. Maar naast de perceptie van inspanning, kan de perceptie van temperatuur ook bijdragen aan ons uithoudingsvermogen.

Onze lichaamstemperatuur bevindt zich over het algemeen tussen de 36.5 en 37.5 graden celsius. En ondanks dat daar per persoon verschil in zit, lijkt onze maximale temperatuur tijdens inspanning een constant gegeven te zijn.

De universiteit van Copenhagen onderzocht in 1999 al het effect van lichaamstemperatuur op uithoudingsvermogen [9]. Voorafgaand aan de test werden atleten 30 minuten in een bad koud, lauw of warm water gedompeld.

Op deze manier begonnen de atleten met verschillende lichaamstemperaturen (een respectievelijke 36, 37 & 38 graden celsius).

Zoals verwacht hielden de gekoelde atleten het langer vol dan zij die waren voor verwarmt. Echter had iedere atleet bijna exact dezelfde lichaamstemperatuur toen ze volledig uitgeput waren. Tussen de 40.0 en 40.3 graden celsius.

Het lijkt er dus op dat er een kritieke drempel is, die onze lichaamstemperatuur niet mag overschrijden. 

Gelukkig kunnen we, net als bij de lachende gezichten, onszelf ook voor de gek houden met temperatuur.

Een studie uit 2012 [10] keek naar het effect van een mentale stimulus (in de vorm van een vervalste thermometer) op het uithoudingsvermogen van atleten. Tijdens een tijd-tot-uitputting test in een hittekamer hielden de atleten het 4% langer vol wanneer de vervalste thermometer 26 graden liet zien, dan wanneer hij 32 graden liet zien. Dit terwijl beide tests in een hittekamer van 32 graden werd uitgevoerd.

En ondanks dat de theorie van de central governor nog niet door iedereen geaccepteerd is, ziet het er naar uit dat ons brein net zo’n belangrijke is als de rest van ons lichaam.

Conclusie

De perceptie van inspanning is dus grotendeels een mentale kwestie en ons uithoudingsvermogen kan veel meer aan dan initieel gedacht.

Of je nou voor het eerst begint met sporten, je mee doet aan een wedstrijd of dat je een nieuw persoonlijk record probeert te vestigen, laat jezelf niet uit het veld slaan door een innerlijke dialoog. Je lichaam kan veel meer dan dat het in eerste instantie zal toelaten.

En als al het andere faalt, onthoudt dan de quote van de grote filosoof Bassie:

Wat er ook gebeurt, altijd blijven lachen.

Health op Sokken.

Referenties

[1] Hill, A. V., & Lupton, H. (1923). Muscular Exercise, Lactic Acid, and the Supply and Utilization of Oxygen. QJM, os-16(62), 135–171. https://doi.org/10.1093/qjmed/os-16.62.135

[2] Tucker, R., Lambert, M. I., & Noakes, T. D. (2006). An Analysis of Pacing Strategies During Men’s World-Record Performances in Track Athletics. International Journal of Sports Physiology and Performance, 1(3), 233–245. https://doi.org/10.1123/ijspp.1.3.233

[3] Noakes, T. D. (1997). Challenging beliefs: ex Africa semper aliquid novi. Medicine & Science in Sports & Exercise, 29(5), 571–590. https://doi.org/10.1097/00005768-199705000-00001

[4] Schiphof-Godart, L., Roelands, B., & Hettinga, F. J. (2018). Drive in Sports: How Mental Fatigue Affects Endurance Performance. Frontiers in Psychology, 9, Abstract. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2018.01383

[5] Silva-Júnior, F. L. . e., Emanuel, P., Sousa, J., Silva, M., Teixeira, S., Oliveira Pires, F., Machado, S., & Arias-Carrion, O. (2016). Prior Acute Mental Exertion in Exercise and Sport. Clinical Practice & Epidemiology in Mental Health, 12(1), 94–107. https://doi.org/10.2174/1745017901612010094

[6] Blanchfield, A. W, Hardy, J., De Morree, H., Staiano, W., & Marcora, S. E. (2014). Talking Yourself Out of Exhaustion. Medicine & Science in Sports & Exercise, 46(5), 998–1007. https://doi.org/10.1249/mss.0000000000000184

[7] Blanchfield, A., Hardy, J., & Marcora, S. (2014). Non-conscious visual cues related to affect and action alter perception of effort and endurance performance. Frontiers in Human Neuroscience, 8, Abstract. https://doi.org/10.3389/fnhum.2014.00967

[8] Brick, N. E., McElhinney, M. J., & Metcalfe, R. S. (2018). The effects of facial expression and relaxation cues on movement economy, physiological, and perceptual responses during running. Psychology of Sport and Exercise, 34, 20–28. https://doi.org/10.1016/j.psychsport.2017.09.009

[9] González-Alonso, J., Teller, C., Andersen, S. L., Jensen, F. B., Hyldig, T., & Nielsen, B. (1999). Influence of body temperature on the development of fatigue during prolonged exercise in the heat. Journal of Applied Physiology, 86(3), 1032–1039. https://doi.org/10.1152/jappl.1999.86.3.1032

[10] Castle, P. C., Maxwell, N., Allchorn, A., Mauger, A. R., & White, D. K. (2011). Deception of ambient and body core temperature improves self paced cycling in hot, humid conditions. European Journal of Applied Physiology, 112(1), 377–385. https://doi.org/10.1007/s00421-011-1988-y