De werking van spieren

Geschatte leestijd: 16 minuten

Wat is de werking van spieren? Wat zijn de processen in spieren die zorgen voor spiergroei en wat is tot op celniveau de rol van voeding en training? Lees het in deze vijfdelige serie over spieren, spiergroei, spiervezel- en lichaamstypen, stretchen en het nut van een warming up.

De werking van spieren

Wat is de werking van spieren? Wat zijn de processen in spieren die zorgen voor spiergroei en wat is tot op celniveau de rol van voeding en training?

Voor  de tijd en moeite die in we de sportschool en aan voeding besteden, weten we vaak relatief weinig van wat er nu precies in de spier gebeurt. We trainen volgens bepaalde principes omdat we zien dat deze voor andere werk(t)en, maar kunnen vaak niet verklaren waarom ze precies werken.

Je beschadigt je spieren bewust door ze te trainen en tijdens het herstel groeien ze door rust en voeding.

Maar als je dan vraagt hoe ze precies beschadigen, hoe ze precies groeien en waarom voeding hiervoor belangrijk is dan komen de meesten niet veel verder. Op zich niet vreemd want alle biologische, fysiologische en anatomische termen en processen kunnen vaak erg ingewikkeld zijn.

Toch loont het de moeite een keer de moeite te nemen deze kennis tot je te nemen om hiermee veel meer resultaat uit de talloze uren training en dieet te halen. Dus bij deze de belangrijkste punten, (hopelijk) uitgelegd op een manier die voor de meesten te begrijpen is. Omdat het anders een zeer omvangrijk stuk zou zijn, heb ik het verdeeld in meerdere delen. In dit eerste deel ga ik in op de verschillende soorten spieren en de functie en werking van deze tot op celniveau.

• In het tweede deel zal ik ingaan op de manier waarop spieren groeien, de toepassing in training en voeding en de exacte werking van de verschillende vormen van spiergroei.
• In deel drie: De verschillen per persoon,  lichaamstypen endo-, meso- en ectomorf
• In deel vier: Het nut en de functie van een warming up
• In deel vijf: Het nut en de functie van (diverse vormen van) stretchen

Verschillende soorten spieren

Er zijn drie verschillende soorten spieren in het lichaam:

• Glad spierweefsel: Gladde spieren zijn spieren die we niet bewust kunnen aansturen. Ze worden daarom ook wel onwillekeurige spieren genoemd. Voorbeelden de spieren van het maag-darmstelsel die zorgen voor beweging van voeding door het stelsel van spijsvertering en bloedvaten (om de bloeddruk en doorbloeding te reguleren) en luchtwegen die groter en kleiner kunnen worden.
• Dwarsgestreept: Dit spierweefsel heet zo vanwege de dwarse strepen die je ziet wanneer je dit weefsel onder de microscoop bekijkt. Vooral de zogenaamde skeletspieren (zie onder) bestaan uit dwarsgestreept spierweefsel. Ze zijn verbonden met het somatisch zenuwstelsel wat wil zeggen dat wij ze bewust kunnen aansturen.
• Hartspierweefsel: Het weefsel van het hart is dwarsgestreept, maar gedraagt zich als glad spierweefsel in de zin dat het niet bewust wordt aangestuurd.

Een belangrijk verschil tussen glad en dwarsgestreept spierweefsel is de snelheid waarmee de spieren kunnen samentrekken, de belangrijkste functie van een spier. Glad spierweefsel reageert traag, trekt langzaam samen, maar is (bij leven) onvermoeibaar. Dwarsgestreept spierweefsel trekt sneller samen, maar is ook sneller uitgeput. De uitzondering vormt het dwarsgestreepte spierweefsel van het hart dat snel kan samentrekken, maar onvermoeibaar is.

Skeletspieren

Omdat ik straks al genoeg de diepte in ga, zal ik me hier verder beperken tot de spieren die ons interesseren, de skeletspieren. De skeletspieren heten zo omdat ze twee delen van het skelet met elkaar verbinden. Volwassen mannen en vrouwen bestaan gemiddeld voor respectievelijk 42% en 36% uit skeletspieren. In totaal heb je meer dan 660 skeletspieren.

De skeletspieren zijn dwarsgestreepte spieren die dus worden aangestuurd door het somatisch zenuwstelsel waardoor wij ze bewust aansturen. De belangrijkste functies van skeletspieren zijn beweging van het lichaam en stabiliseren van het lichaam. Net als een hydraulische pomp de armen van een kraan beweegt, zo doen ook spieren dat door groter en kleiner te worden.

Ze zijn zo bevestigd dat verschillende delen van het lichaam kunnen bewegen op het punt van het gewricht. Neem als voorbeeld de biceps brachi. Deze zorgt ervoor dat je je arm kunt buigen. De biceps zit aan de bovenkant vast op twee plaatsen op het sleutelbeen, loopt over de bovenarm (humerus) en de elleboog en is aan de onderkant verbonden met het spaakbeen (radius). Wanneer de spier kleiner wordt, trekt deze aan de onderarm waardoor deze buigt.

Kennis van de functies van de verschillende skeletspieren maakt het ontwikkelen van oefeningen ter versterking en vergroten van de spieren mogelijk. Door te weten dat de biceps de armen buigen weet je dat je de arm moet buigen om de biceps te trainen. Dit is misschien een simpel voorbeeld waarvan iedereen zegt “Duhh”, maar ik krijg in de sportschool vaak de vraag “Weet je nog een goede oefening voor…..?”. Als je de functies kent dan kan je feitelijk de oefeningen zelf bedenken zoals anderen dit voor jou ook hebben gedaan.

Alle fitnesstoestellen zijn gebouwd op basis van deze kennis. Spieren kunnen alleen maar trekken! Spieren werken door samen te trekken waardoor ze korter worden (contractie) en weer te ontspannen en langer te worden. Net als een touw kunnen ze alleen kracht genereren door ergens aan te trekken en niet door er tegenaan te duwen. Bij bankdrukken duw je een gewicht omhoog, maar de borstspier maakt dit mogelijk door de bovenarm naar voren, naar binnen en omhoog te trekken. De arm buigt door het trekken van de biceps aan de onderarm (radius) en de triceps strekken de arm door via de achterkant te trekken aan de ellepijp (ulna).

Origo en insertie

De punten waarop de spier met bot verbindt, heten origo en insertie. De origo, het punt van oorsprong, is vaak het niet bewegende deel. In het gegeven voorbeeld wordt het sleutelbeen niet in beweging gebracht, maar de onderarm. In dit geval zijn de verbindingen met het sleutelbeen dan ook de punten van origo en is het onderarmbeen het punt van insertie. Een spier kan dus meerdere  punten van origo en insertie hebben. Een andere manier om origo en insertie uit elkaar de houden is het feit dat de origo vaak het dichtstbij het hart ligt.

Aanhechtingen

Op de plaatsen waar de spieren verbinden met bot, lopen deze uit in een dunne band van sterk bindweefsel opgebouwd uit collageen en zien ze er wit uit. Dit zijn de aanhechtingen die de kracht overbrengen op het bot zoals dit in het voorbeeld van de kraanmachine gebeurt door bijvoorbeeld bouten die de hydraulische pomp verbinden met de arm. Omdat deze banden dunner zijn dan de rest van de spier en de doorbloeding slechter is, vormen ze vaak de zwakke schakel.

Veel blessures in bodybuilding hebben dan ook vaak te maken met de aanhechting, maar daarover meer in het artikel “Aanhechtingsproblemen, veel voorkomende blessure bij bodybuilders” (en/of aparte artikelen over specifieke aanhechtingsproblemen van de borst, knie, biceps of schouders). De aanhechting(en) van de spier die het dichtst bij het hart ligt/liggen, heet/heten de proximale aanhechting(en). De aanhechting(en) die hier het verst vanaf ligt/liggen, heet/heten de distale aanhechting(en). In de voorbeeld van de biceps zijn de aanhechtingen aan het sleutelbeen dus de proximale aanhechtingen en de aanhechting aan de onderarm de distale aanhechting.

Verschillende skeletspieren, vormen, koppen en vezelrichting.

Vormen van spieren

Skeletspieren hebben verschillende vormen. De meest voorkomende zijn:

• Waaiervormig
• Plat/meerbuikig
• Spoelvormig

De biceps brachii is een voorbeeld van een spoelvormige spier. Vanuit de dunne aanhechtingen loopt deze naar het midden naar een verdikking toe, de zogenaamde spierbuik. Dit is de kenmerkende “spierbal” van de bicpeps.

De grote borstspier (pectoralis major) is een voorbeeld van een waaiervormige spier. Door het grote aantal punten van origo (sleutelbeen, borstbeen en ribben) is deze kant veel breder dan het punt van insertie op de bovenarm. Het voordeel van een waaiervormige spier is dat doordat de verschillende punten van origo de spier naar verschillende richtingen kracht kan genereren. De rechte buikspier (rectus abdominis, zie afbeelding hiernaast) is een voorbeeld van een platte/meerbuikige spier. Het karakteristieke wasbord wordt veroorzaakt doordat deze plaat van spier wordt opgedeeld in diverse spierbuiken verdeeld door tussenpezen.

Koppen van de spier

Een spier kan meerdere koppen hebben. In het geval van een meerkoppige spier lopen de spierbundels uit in meerdere aanhechtingen aan de kant van origo of insertie. De biceps brachii is een tweekoppige spier (de naam biceps verwijst naar deze twee koppen zoals triceps verwijst naar drie koppen en quadriceps naar vier koppen). Als je goed kijkt naar de afbeelding van biceps hierboven dan zie je dat deze aan de bovenkant (het proximale gedeelte) uitloopt in twee aanhechtingen. Als je de aanhechtingen naar beneden volgt naar de spierbuik dan zie je dat de spier zelf in het bovenste gedeelte wordt onderscheiden door een streep. Deze streep onderscheidt de twee koppen waarnaar de naam verwijst. Net als  diverse aanhechtingspunten kunnen diverse koppen zorgen voor verschillende bewegingsrichtingen. Voorbeelden:

• 1-koppige spier: Sartorius. De Sartorius is de langste spier van het lichaam en loopt diagonaal/dwars over het dijbeen.
• 2-koppige spier: Biceps brachii. Zoals hierboven uitgelegd, hebben  de biceps brachii twee koppen waarmee deze op twee punten aan het schouderblad (scapula) worden bevestigd. De twee koppen worden onderscheiden met de namen lange kop (caput longus) en korte kop (caput brevis).
• 3-koppige spier: Triceps brachii. De triceps brachii zorgen voor het strekken van de armen. Met het oog zijn de drie koppen nauwelijks te zien. Aan de onderkant lijkt de spier in twee stukken uit te lopen, het bekende hoef-patroon. Deze twee delen hebben echter echter één aanhechting aan de ellepijp. De drie koppen (lange, mediale en laterale) vind je aan de bovenkant. In de afbeelding hiernaast zie je deze duidelijk in kleur aangegeven.
• 4-koppige spier: De 4 spieren die zorgen voor strekken van het been delen 1 aanhechting  waarmee ze verbonden zijn met de knieschijf en het scheenbeen. De quadriceps wordt gevormd door de vastus lateralis en vastus medius (respectievelijk buitenkant en binnenkant), de rectus femoris in het midden en daaronder de vastus intermedius. Regelmatig noemt men de sartorius één van de vier koppen van de quadriceps in plaats van de vastus intermedius, mogelijk omdat de intermedius op veel afbeeldingen niet te zien is omdat deze onder de rectus femoris ligt. De sartorius is dus echter een aparte, éénkoppige spier. In de afbeelding links is de sartorius de dunne lang spier die loopt van rechtsboven, dwars over de quadriceps, naar links onder.

Vezelrichting

Behalve de vorm en het aantal koppen kan je de spieren ook indelen op basis van de richting of richtingen waarin de vezels (straks meer over spiervezels) lopen.

Hiernaast zie je de diverse voorbeelden met namen van spieren ter illustratie. Een belangrijk verschil zit tussen de parallelle en pennate spieren. De hiernaast afgebeelde convergente en fusiforme spieren zijn voorbeelden van parallelle spieren alleen de vorm is anders dan bijvoorbeeld de sartorius waardoor ze een aangepaste naam hebben. Als je de lengte as of assen neemt (in het geval van de waaiervorm/convergent) van origo tot insertie dan zie je dat in deze spieren de vezels parallel aan deze as(sen) lopen. Als je kijkt naar de sartorius in het voorbeeld hiernaast en een lijn zou tekenen tussen beide uiteinden (de aanhechtingen bij origo en insertie) dan zie je de lijnen van de (bundels met) spiervezels parallel aan deze lijn lopen.

Hiernaast heb je de pennate spieren, genoemd naar het latijns voor “gevederd”. Bij deze spieren staan de spiervezels dwars op de as tussen origo en insertie. Hierdoor kunnen er meer spiervezels worden aangesproken, maar over een kleinere bewegingsbaan. Sterker dus, maar over een kleinere afstand/draaihoek. Sommige spieren in de hand zijn hiervan een voorbeeld.

Hiernaast zijn er bipennate spieren waarvan de vezels vanuit de as dwars twee richtingen oplopen zoals de nerven van een blad van een boom of zoals een veer. Hiervan is de rectus femoris, de middelste, oppervlakkige spier van de quadriceps, een voorbeeld. Wanneer de aanhechting van een pennate spier splitst/vertakt in meerdere aanhechtingen spreken we van een mulitipennate spier zoals de deltoideus, de grote schouderspier.

Tenslotte heb je cirkelvormige spieren waarvan de vezels dus in een cirkel lopen. Voorbeelden hiervan zijn de plaats waar eten als eerste binnenkomt en de plaats waar het je lichaam weer verlaat.

Kennis van de vezelrichting is belangrijk omdat dit net als de functie van de spier inzicht geeft in hoe je de spier kan trainen. Neem de pectoralis major als voorbeeld, de grote borstspier (zie voorbeeld in afbeeldingen hierboven). Je ziet de vezels duidelijk horizontaal en deels diagonaal lopen. Als ik nu ga bankdrukken op een schuin bankje waardoor de armen dus niet haaks op de romp, maar in een hoek van 30-45 graden richting het het hoofd staan, dan gebruik ik hiervoor de bovenste vezels. Deze zijn dus apart te trainen. Nu kan je de aandacht willen richten op de binnenkant van de borst door bijvoorbeeld cable-crossovers te doen, maar dan anders dan in dit instructiefilmpje door de handen daadwerkelijk te laten kruizen (zoals de naam van de oefening suggereert) en te concentreren op dit gedeelte van de oefening. Dit heeft echter geen zin, althans niet specifiek voor de binnenkant van de borst. Er zijn namelijk geen aparte vezels die alleen aan de binnenkant van de borst lopen zoals er vezels zijn die alleen aan de bovenkant en onderkant van de borst lopen. Je traint de spier dan dus toch over de gehele, in dit geval horizontale, baan.

Dit is belangrijk want je zal vaak horen dat je specifieke oefeningen kan doen voor dus bijvoorbeeld de binnenkant van de borst of de onderkant van de biceps (door je te richten op het onderste gedeelte van de spier). Dit kan dus niet. Hiervoor heb ik eind vorig jaar nog een apart artikel over geschreven voor het geval je deze discussie weer eens aan wilt gaan in de sportschool.

Wel zijn genoemde oefeningen goed omdat ze zorgen voor een andere belasting en daarmee variatie in je training. De onterechte gedachte dat je de binnenkant van de borst of onderkant biceps wel kan trainen, komt deels door het gezegde dat je een spier alleen laat groeien op het gedeelte dat je traint. Dit gezegde klopt echter niet helemaal en zou moeten luiden: “Je laat een spier alleen groeien op het gedeelte waarvan je de vezels traint”.

Naamgeving van spieren

Spieren kunnen om verschillende redenen een bepaalde naam hebben gekregen. Deze kunnen genoemd zijn naar:

• Vorm: Zoals de schouderspieren, deltoideus, genoemd zijn naar de driehoeksvorm en de trapezius naar een trapezium
• Omvang: Bijvoorbeeld Pectoralis major en minor, de grote en kleine borstspier.
• Aantal koppen: Bijvoorbeeld bi-,tri- en quadriceps.
• Richting van vezels tov middenlijn van het lichaam of de lengte as van een bot of ledemaat: Bijvoorbeeld de rectus femoris die in een rechte lijn ten opzichte van het bovenbeen (femur) loopt.
• Origo en insertie: In dit geval wordt de origo als eerst in de naam genoemd. Een voorbeeld hiervan is de sternocleidomastodeus (“borstbeen-sleutelbeen-tepelspier”). Deze heeft twee punten van origo, het sternum (borstbeen) en clavicula (sleutelbeen). Vandaar dat de naam begint met sterno (naar sternum) en cleido (naar clavicula). De insertie is niet op de tepel zoals de Nederlandse naam enigszins zou doen vermoeden (jammer voor de dames die een alternatief zoeken voor een pushup beha) maar op het tepelbeen (processus mastoideus) dat is gelegen aan een uitstulpend deel van het slaapbeen. Deze spier zorgt voor buigen en draaien van de nek.
• De actie: Veel spieren hebben in de naam bijvoorbeeld “flexor” of “extensor”. Dit verwijst naar de buigende (flexor) of strekkende (extensor) actie van de spier.

Spierbundels en fascia

Nu we de verschillende soorten skeletspieren hebben besproken, kunnen we gaan kijken naar de spier zelf en hoe deze is opgebouwd. Ik probeer hierbij de gulden middenweg te vinden tussen volledige informatie en begrijpelijke taal, maar dat is nog best lastig. Ik zal zoveel mogelijk niet-algemeen-bekende termen uitleggen, maar helaas kan ik niet voorkomen dat het volgende verhaal best ingewikkeld is (het menselijk lichaam is nu eenmaal complex).

Tot nu toe heb ik vaak het woord spiervezel gebruikt, maar wat is dit nu precies? In de afbeeldingen hierboven zie je steeds in de spier lijnen lopen die, zoals gezegd, de vezelrichting aangeven. De spier is echter niet opgebouwd uit een groot aantal losse vezels, maar uit bundels met spiervezels. Net zoals bijvoorbeeld de kabels van een hangbrug uit meerdere staalkabels bestaan de weer zijn opgebouwd uit dunnere kabels.

1. Spierbundel
2. Spiervezel
3. Perimysium

In de afbeelding rechts zie je een (spoelvormige) spier. De spier is opgebouwd uit meerdere spierbundels die gezamenlijk zijn verpakt in fascia/fascie. (Diepe) fascia is een plastic-achtig type bindweefsel dat door het hele lichaam zorgt voor structurele integriteit door zaken op hun plek te houden en bij spieren ook zorgt dat deze over elkaar heen kunnen glijden.

De fascia die de hele spier bij elkaar bindt, heet het Epimysium (in de afbeelding rechts “2. bindweefselvlies”). In de spier worden de bundels met vezels zelf ook bij elkaar gehouden door fascia, genaamd Perimysium .

Tenslotte is iedere afzonderlijke spiervezel ook gehuld in fascia, genaamd Endomysium. Alle verschillende lagen fasia komen aan het begin en einde van de spier samen en vormen zo de aanhechtingen.

De spiervezel onder de loep, spiervezel = spiercel

1. Myofibril
2. Bloedvat
3. Kern van de spiervezel
4. de hele spiervezel

We hebben nu gezien dat een (skelet)spier net als de kabels van een hangbrug zijn opgebouwd uit meerdere bundels en dat die bundels zijn opgebouwd uit vezels. Als je nu zo’n vezel door zou snijden dan zou je zie dat ook deze weer is opgebouwd uit meerdere “kabels”. Voor we verder gaan is het belangrijk te weten dat een spiervezel een cel is, de kleinste bouwsteen van het lichaam.

De mensen die niet verder zijn gekomen met biologie dan op school zien dan ronde doorzichtige bubbels voor zich met een kern erin. Cellen kunnen echter veel verschillende vormen aannemen en verschillende aantallen celkernen en andere inhoud bevatten.

Een spiervezel wordt meestal geen cel genoemd omdat deze meerdere celkernen bevat en tot stand is gekomen door fusie van meerdere cellen. Omdat we het echter over processen op celniveau zullen hebben, zal ik voor de duidelijkheid vaak spreken over een spiercel (myocyt).

Een spiercel is een tubevormige cel die wel 30 centimeter lang kan worden, hij kan immers over de volledige lengte van een spier lopen, met ongeveer de dikte van een haar. De cel van een skeletspier is ontstaan uit een fusie van meerdere cellen (myoblasten) en bevat daardoor meerdere celkernen. Het grote aantal celkernen per spiercel zorgt er onder andere voor dat de cel meer cytoplasma kan vasthouden ten gunste van de omvang. Hoe meer celkernen hoe groter de spier kan worden (zie ook “Spiergeheugen“). De “schil” van de spiercel wordt gevormd door het plasma-/celmembraan, dat in het geval van spiercellen sarcolemma heet.

Het plasma van de cel (voor cellen in het algemeen: cytoplasma) van een spier heet sarcoplasma. De bloedvaten zorgen voor aanvoer van zuurstof, vocht en voedingsstoffen en voor afvoer van afvalstoffen. Hiernaast bevat de spiercel mitochondria (enkelvoud: mitochondrium). Dit is de krachtcentrale van de spiercel. Een belangrijke functie van de mitochondria is het maken van ATP (zie kader), adenosinetrifosfaat.

ATP is de belangrijkste leverancier van energie die contractie van de spieren mogelijk maakt. Hiermee komen we op het belangrijkste onderdeel van de spiercel: De myofibrillen die zorgen voor het aanspannen van een spier. Ik zal eerst uitgebreid ingaan op de myofibrillen en dan nog even terugkomen op de functie van de T-Tubuli en het sarcoplasmatisch rectulum.

Myofibrillen, sarcomeren en filamenten: De spanners van de spier

De meeste ruimte in de cel wordt in beslag genomen door de myofibrillen die dus uiteindelijk zorgen voor contractie, het samentrekken van spieren. Myofibrillen kan je zien als lange draden met de dikte van 1/100e van een haar die door de hele lengte van de spiervezel/-cel lopen. Deze draden worden gevormd door ketens van twee verschillende proteïnen, myosine en actine. In de afbeelding rechts zie je vereenvoudigd hoe deze werken. Voor dat ik in ga op deze werking, zal ik eerst uitleg geven over myosine en actine. Myosine In het midden zie je het cilindervormige myosinefilament.

Filament staat voor “draad” of “vezel” en in het geval van spieren voor “eiwitdraad”. Een myosinefilament is een polymeer (molecuul opgebouwd door meerdere gelijke eenheden) dat is opgebouwd uit myosine-eenheden met een kop en een staart. Deze zijn bij de staarten door elkaar verstrengeld zodat de koppen aan beide buitenkanten uitsteken.

Actine Aan de buitenkanten zie je actine. Actine is ook een polymeer. Deze is gevormd door twee actinemonomeren (monomeer is een enkelvoudige chemische verbinding) en vormt zo een dubbele keten.

Een myosinefilament en de omliggende actinefilamenten vormen samen één sarcomeer, de werkzame eenheid van een spier. Een spier is dus opgebouwd uit bundels die spiervezels ter dikte van een haar bevatten die op hun beurt tientallen myofibrillen bevatten die allemaal zijn opgebouwd uit meerdere ketens van sarcomeren.

In ontspannen staat geen binding myosine en actine

Het aanspannen van een spier gebeurt doordat over de gehele lengte van een spiercel talloze myosinefilamenten vastgrijpen aan actinefilamenten en deze verder naar het midden van het myosinefilament trekken. Dat vastgrijpen en loslaten is een complex proces. Een actinefilament heeft op diverse plaatsen ruimte waarmee de koppen van myosinefilamenten kunnen binden (vastgrijpen). Dit is een sterke verbinding, ook wel rigor genoemd.

De plaatsen waarmee verbonden kan worden, zijn in ontspannen stand echter geblokkeerd door het eiwit tropomyosine. Dit eiwit tropomyosine is zelf op diverse plaatsen gebonden aan een troponine-complex. Dit is een samenstelling van de regulerende eiwitten troponine C, troponine I en troponine T.

Het binden van myosine en actine door calcium-ionen

Wanneer je een beweging wilt uitvoeren, zorgt een prikkel van een motorische zenuw (=een zenuw die het centraal zenuwstelsel verbindt met de spieren) ervoor dat in de synaps (=de ruimte waarbinnen de overdracht tussen twee zenuwcellen plaatsvind) de neurotransmitter (=signaalstof) acetylcholine wordt vrijgemaakt.

De acetylcholine bindt met receptoren op het sarcolemma (de spiercelmembraan/”schil” om de spiercel). Zonder al te diep in te gaan op polariteit van het sarcolemma (het is immers al ingewikkeld genoeg) zorgt dit voor depolarisatie van het sarcolemma met het vrijstellen van calcium-ionen (Ca2+) als gevolg. Deze calcium-ionen binden met het troponine-complex dat gebonden is aan de tropomyosine die de bindingsplaats voor myosine blokkeert.

De calcium-ionen trekken hierdoor het troponine-complex van zijn plaats waardoor de hieraan gebonden tropomyosine ook aan de kant wordt getrokken en zo de bindingsplaats voor myosine wordt vrijgemaak en de myosine kan vastgrijpen. Het sarcoplasmatisch rectulum en de T-Tubuli zorgen voor een snelle verspreiding van het signaal tot actie door (T-Tubuli) en over (sarcoplasmatisch rectulum) de cel.

Binden, loslaten en weer binden door ATP

Het hierboven beschreven binden van myosine met actine gebeurt niet één keer, maar meerdere keren per contractie. De koppen van het myosinefilament pakken vast, laten los, pakken verder opnieuw vast en trekken zo het actinefilament steeds verder naar het midden. Hiervoor is veel energie nodig en die energie wordt gehaald uit ATP dat, zoals hierboven uitgelegd, wordt gemaakt in de mitochondria, de energiecentrale van de cel.

Wanneer de myosine gebonden is aan actine, bindt de kop van myosine vervolgens met ATP en magnesium. Hierdoor wordt de koppeling met het actinefilament verbroken, laten de koppen los en draaien ze verder naar de buitenkant. De myosine bindt verder geheel met ATP. Het enzym ATP-ase hydroliseert met behulp van de magnesium (splijt door opname van water) vervolgens de ATP waardoor deze wordt opgebroken in ADP (adenosinedifosfaat) en fosfaat. Hierbij komt energie vrij die gebruikt kan worden om de kop (die nu niet meer bindt met het gespleten ATP) weer te laten binden met het actinefilament, maar dan weer een stukje verder. Hierdoor wordt de actine steeds verder naar binnen getrokken.

ATP is ook noodzakelijk voor het terug pompen van de calcium-ionen wanneer de actie is verricht zodat de bindingsplaatsen weer bedekt worden door tropomyosine. In de afbeelding hieronder zie je hoe dit proces werkt met uitleg van de diverse stappen.

De noodzaak van magnesium

Voor het ontspannen van de spier is dus magnesium nodig. Magnesium speelt ook een rol in de productie van ATP. Een tekort aan magnesium kan daarom leiden tot krampen, spierpijn en dalende energie-niveau’s.

Verschillen in aantallen filamenten per persoon en controleren van kracht.

De kracht per sarcomeer is (onder gelijke omstandigheden zoals beschikbare ATP) feitelijk voor iedereen gelijk. Het totaal aantal filamenten die naast elkaar in één myofibril zitten, verschilt echter van persoon tot persoon. Zo hebben mannen dikkere spieren dan vrouwen omdat ze o.a. door een hoger gehalte testosteron over meer filamenten naast elkaar in een myofibril beschikken waardoor deze dikker wordt. Een sarcomeer als motoreenheid benut alle beschikbare kracht in één keer. Je kan een sarcomeer dus niet half gas geven.

De mate waarin je kracht gebruikt, is afhankelijk van het aantal motoreenheden en welke van deze worden aangewend.  Het lichaam zal dus niet alle sarcomeren gebruiken, maar alleen de noodzakelijke. Meer filamenten = dikkere myofibril = dikkere spiervezel = dikkere spierbundel = dikkere spier. Ook wanneer je ontspant, zijn sommige sarcomeren aangespannen. Zoals gezegd aan het begin van dit artikel is één van de functies het in vorm houden van de zak met botten die je lichaam is. Deze minimale spanning om alles op de juiste plek te houden, heet tonus.

Energiebronnen van de spieren

We hebben nu gezien dat ATP nodig is om aan te spannen en te ontspannen door actine vast te grijpen en los te laten. Wat gebeurt er nu als er geen ATP meer is? De koppen van myosine kunnen niet meer hechten aan ATP en blijven daarom gehecht aan actine waardoor de spier op spanning blijft. Dit is precies wat er gebeurt in lijken. De zogenaamde rigor mortis (lijkstijfheid) wordt veroorzaakt door calcium-ionen die uit het sarcoplasmatisch reticulum lekken en zo zorgen dat myosine kan binden met actine. Omdat er echter geen ATP meer wordt gemaakt, kunnen de koppen niet meer loskoppelen. Bovendien kunnen, bij gebrek aan ATP, de calcium-ionen niet meer worden teruggepompt.

Ook spierkrampen kunnen naast een magnesium-tekort met een tekort aan ATP te maken hebben wanneer er bijvoorbeeld te weinig koolhydraten, eiwitten en/of zijn gegeten. Deze voedingsstoffen kunnen (als respectievelijk glycogeen, glycerol en aminozuren) als energiebron worden opgeslagen in het lichaam. Wanneer deze stoffen door zuurstof worden afgebroken ontstaat energie die als ATP wordt opgeslagen.

Drie energiesystemen

De hoeveelheid ATP in het lichaam is zeer beperkt en moet daarom continu aangemaakt worden. Het lichaam beschikt over drie systemen om deze energie te genereren. Hierbij is van belang of het lichaam meer zuurstof binnenkrijgt dan het op dat moment verbruikt. De maximale hoeveelheid zuurstof die je opneemt, wordt vaak gemeten in en uitgedrukt als VO2-max.

Anaëroob alactisch energiesysteem/ fosfatensysteem

-Hoe?: Anaëroob wil zeggen zonder gebruik van zuurstof. Je verbruikt meer zuurstof dan er binnenkomt. Alactisch betekent zonder de vorming van melkzuur. -Geschikt voor: Zeer intense, korte inspanning (10 -20 seconden) -Voorbeeld: 100 meter sprint, krachttraining met veel gewicht en weinig herhalingen -Maakt gebruik van: Creatinefosfaat + ADP -Produceert: ATP -Bijzonderheden: Je lichaam verbruikt meer zuurstof dan het binnenkrijgt. Dit is geen probleem zolang de duur van de activiteit beperkt is tot zo’n 10 seconden. Duurt het langer dan neemt de kracht af en gaat het lichaam over op het volgende energiesysteem:

Anaëroob lactisch energiesysteem

-Hoe?: Zonder zuurstof, maar met vorming van melkzuur door onvolledige verbranding van glucose (suikers) -Geschikt voor: Zware inspanningen gedurende 20 seconden tot ongeveer 2 minuten, bijvoorbeeld de 400 meter rennen. -Maakt gebruik van: Glucose -> pyrodruivenzuur -> melkzuur -Produceert: ATP & melkzuur -Bijzonderheden: Melkzuur zorgt voor “verzuring” dat kan leiden tot krampen en moet worden afgebroken in de lever.

Aëroob energiesysteem

-Hoe?: Maakt gebruik van zuurstof -Geschikt voor: Lichtere inspanningen van langere duur -Maakt gebruik van: (Volledige verbranding van) glucose, vetten en proteïne (afhankelijk van duur, intensiteit en beschikbare voedingsstoffen) door zuurstof -Produceert: CO2 + water + ATP -Bijzonderheden: Koolhydraten zijn een meer efficiënte energiebron dan vetten omdat vetten meer zuurstof voor hun verbranding gebuiken. De koolhydraatvoorraad is vaak echter veel beperkter dan de       vetvoorraad. In het aërobesysteem zou je in principe eindeloos door kunnen blijven lopen zolang iemand je om de zoveel tijd maar een broodje of andere vorm van koolhydraten geeft. De enige reden waarom dit niet kan is door de behoefte aan slaap (waarvan de wetenschap nog steeds niet precies weet wat het doel is). De werking van energiesystemen is van belang om te weten aan welke voedingsstoffen je lichaam behoefte heeft, wanneer deze nodig zijn, in welke hoeveelheden en voor welk doel.