Metabolisme in de vliegspieren eventjes het pad

Metabolisme in de vliegspieren
Op deze pagina wordt de werking van de spieren uitgediept. We zullen dus
eventjes het pad van de biochemie moeten bewandelen. De volledige
chemische reactievergelijkingen zijn echter niet opgenomen omdat dit ons
te ver zou afleiden van het eigenlijke onderwerp: het vliegen van vogels.
De vliegspieren zijn opgebouwd uit spiervezels die we grofweg in twee
grote groepen kunnen indelen: de rode en de witte vezels. Er zijn echter
ook tussenvormen die eigenschappen van beide soorten bezitten.
De rode vezels kunnen kracht leveren door middel van energie afkomstig
van de oxidatie van vetten en suikers. Dit wil zeggen dat in deze vezels
vetten en suikers onder invloed van zuurstof (O2) worden verbrand, waarbij
energie vrijkomt. Dit is aërobe stofwisseling. Hieromtrent moet wel vermeld
worden dat vogels een van de weinige organismen zijn die vetten
rechtstreeks kunnen veóranden. Bij de meeste andere organismen moet
het vet eerst een reeks andere reacties ondergaan voordat er energie uit
gewonnen kan worden.
De rode vezels zijn over het algemeen vrij smal en hebben in verhouding
met hun inhoud een zeer groot contactoppervlak, zodat er meer van het
onontbeerlijke zuurstof kan worden opgenomen. Dit principe van
oppervlaktevergroting treffen we vaak aan in de natuur (de fijn vertakte
wortels van planten en bomen, de darmvlokken...).
De vezels danken hun rode kleur aan de talrijke fijne bloedvaatjes die er
tussendoor lopen. Deze voeren zuurstof aan dat gebonden is aan
hemoglobine. Myoglobine, een eiwit dat in dit type vezels rijkelijk aanwezig
is, maakt zuurstof los van hemoglobine. Voor verbrandingsreacties is
immers vrije zuurstof nodig. Mitochondriën vinden we ook in grote getale
terug in de rode vezels. ln deze celorganellen vinden de
verbrandingsreacties plaats. Deze reacties maken energie vrij, waardoor
het energiearme adenosinedifosfaat (ADP) omgezet wordt in het
energierijke adenosinetrifosfaat (ATP). Dit ATP vinden we in zeer veel
cellen terug en dient als een soort batterij: een opslagplaats voor energie.
Wanneer het organisme de energie wil 'gebruiken' zal het ATP terug
omgezet worden in ADP, waarbij de energie vrijkomt. Aërobe stofintisseling
is heel efficiënt: tot veertig procent van de energie-inhoud van de brandstof
wordt benut. Bij de verbranding van één molecule glucose, bijvoorbeeld,
worden er achtendertig ATP-moleculen gevormd.
Buiten myoglobine en mitochondriën bevatten de rode vezels ook vetten en
suikers als brandstof en allerlei soorten enzymen die als katalysator dienen
bij de Krebs-cyclus. Dit is een reeks reacties die deel uitmaken van de
verbranding van suikers, waarbij ATP vrijkomt.
De belangrijkste eigenschap van dit type spiervezel is het grote
uithoudingsvermogen. De samentrekking of contracties gebeuren relatief
langzaam, maar ze kunnen zeer lang volgehouden worden, wat belangrijk
is bij langeafstandsvluchten.
Het tweede type, de iets dikkere witte spiervezel, haalt zijn energie uit
anaërobe stofwisseling. Hiervoor is geen vrije zuurstof nodig, waardoor er
weinig bloeddoorstroming nodig is, wat de witte kleur verklaart. We treffen
er om diezelfde reden weinig myoglobine en mitochondriën aan. Wel zijn er
andere enzymen aanwezig die noodzakelijk zijn voor anaëroob
metabolisme.
Deze vorm van energiewinning is echter veel minder efficiënt dan de vorige.
Doorgaans wordt er slechts vier procent van de aanwezige energie van de
'brandstof gebruikt. Bij de afbraak van glucose door middel van anaërobe
stofwisseling komen slecht twee moleculen ATP vrij, bij aërobe
stofwisseling achtendertig! Bovendien komt er het schadelijke melkzuur vrij
wat spierpijn veroorzaakt. Het voordeel van anaëroob metabolisme is dat
de energie zeer snel vrijkomt. Voor korte, hevige inspanningen, waarbij
aërobe verbranding tekort schiet, vormt anaërobe energieproductie een
goede oplossing, zij het wel voor korte duur.
Hoenderachtige vogels illustreren dit zeer duidelijk: kippenvlees is
witkleurig. Kippenspieren bevatten dus bijna uitsluitend witte spiervezels,
wat zich uit in hun geringe vliegcapaciteiten. Ze kunnen zeer snel
vertrekken, maar worden gauw moe en kunnen dus geen grote afstanden
afleggen.
De meeste vogels hebben voor het grootste deel rode vezels. Enkel voor
het opstijgen en voor korte, snelle manoeuvres bij achtervolging of
wegvluchten schakelen ze over op anaërobe stofwisseling in de witte
vezels. Op hoenderachtigen na hebben de meeste vogels dan ook rood
vlees. Enkele vogelsoorten bezitten in hun spieren enkel rode vezels: de
grote borstspieren van de spreeuw en de grote en kleine borstspieren van
de kolibrie maken uitsluitend gebruik van aëroob metabolisme.