Spieren; werking van skeletspieren (contracties); stappen van spiersamentrekking

Het commando om een skeletspier te laten contraheren (samentrekken) is meestal afkomstig van de cortex (hersenschors) van de grote hersenen. Via het ruggenmerg en de zenuwen komt het commando aan bij de skeletspier die moet contraheren. In de skeletspier vinden complexe chemische processen plaats die er voor zorgen dat de actine- en myosinefilamenten van het sarcomeer in elkaar schuiven. Als gevolg wordt het sarcomeer en dus de hele spier korter. De theorie van het in elkaar schuiven van actine- en myosinefilamenten wordt de sliding filament theory van Huxley genoemd. De sliding filament theory bestaat uit negen stappen. De spier kan concentrisch, isometrisch en excentrisch contraheren.

Stap 1: Acetylcholine komt vrij bij de neuromusculaire overgang
Acetylcholine is een neurotransmitter van motorische zenuwen. Acetylcholine komt vrij en bindt aan de motorische eindplaat van het sarcolemma (celmembraan van een spiercel) van de spier.

Stap 2: Natriumionen stromen de spiercel in en genereren een actiepotentiaal
Acetylcholine maakt het sarcolemma doorlaatbaar voor natriumionen. Natriumionen stromen de spiercel in en genereren een actiepotentiaal.

Stap 3: De actiepotentiaal stimuleert het vrijmaken van calciumionen
De actiepotentiaal zorgt ervoor dat de concentratie van calciumionen stijgt in de spier. Enerzijds worden er calciumionen vrijgemaakt uit het sarcplasmatisch reticulum (SR; endoplasmatisch reticulum van een spiercel), anderzijds wordt het sarcolemma doorlaatbaar voor calciumionen uit de bloedbaan.

Stap 4: Calciumionen binden aan actinefilamenten
De vrijgekomen calciumionen binden aan de actinefilamenten. Calciumionen binden aan specifieke eiwitten van de actinefilamenten. Deze eiwitten worden het troponine-tropomyosine-complex genoemd. Dit troponine-tropomyosine complex kan gezien worden als een handvat waaraan het myosinefilament zich kan vastgrijpen.

Stap 5: Actine- en myosinefilamenten binden en vormen een myosine-crossbridge (myosine-kruisbrug)
Doordat calcium de troponine-tropomyosine-complexen vrijmaakt, kunnen de myosinekoppen van het myosinefilament binden aan de actinefilamenten. De handjes van het myosinefilament pakken de handvatten van het actinefilament vast. Er ontstaat een verbinding tussen de myosine- en actinefilamenten die myosine-crossbridge (myosine-kruisbrug) wordt genoemd.

Stap 6: De myosinekop draait om onder vrijkoming van ADP (adenosinedifosfaat) en P (fosfaat)
De myosinekop van het myosinefilament klapt om. Doordat het actinefilament aan het myosinefilament middels een myosine-crossbridge gebonden is, schuift het actinefilament een klein beetje richting het myosinefilament en het sarcomeer en dus de spier als geheel verkort een beetje. Bij het omklappen van de myosinekop komt ADP en P, wat eerst gebonden was aan de myosinekop vrij.

Stap 7: ATP (adenosinetrifosfaat) bindt aan de myosinekop en de myosine-crossbridge wordt verbroken
ATP bindt aan de myosinekop. Hierdoor wordt de binding tussen myosine en actine verbroken. Vervolgens klapt de myosinekop weer de andere kant op.

Stap 8: Calciumionen zorgen ervoor dat er weer een volgende myosine-crossbridge gevormd kan worden
Zolang er voldoende calciumionen aanwezig zijn, kan myosine weer een volgende myosine-crossbridge maken met het volgende troponine-tropomyosine-complex. Echter een hoge concentratie van waterstofionen kan een myosine-crossbridge remmen. Waterstofionen komen in de spier vrij wanneer de spier middels de anaerobe glycolyse ATP produceert.

Stap 9: Wanneer de concentratie van calciumionen daalt, stopt de contractie
Zodra er geen actiepotentiaal gegenereerd wordt, worden de calciumionen weer opgenomen in het sarcoplasmatisch reticulum. De troponine-tropomyosine-complexen worden weer bedekt en er kan geen myosine-crossbridge meer gevormd worden. De spiercontracties stoppen op dit moment.

Soorten contracties; concentrische, isometrische en excentrische contracties
De skeletspier kan op drie verschillende manieren contraheren. De drie verschillende manieren waarop een skeletspier kan contraheren zijn:

  1. Concentrische contractie
  2. Isometrische contractie
  3. Excentrische contractie

Hieronder worden de drie verschillende contractievormen beschreven.

Concentrische contractie
Bij een concentrische contractie is de kracht die de skeletspier genereert groter dan de kracht die de last heeft en het gevolg is dat de spier verkort. Wanneer je bijvoorbeeld een boek optilt van een tafel verkort je biceps brachii.

Isometrische contractie
Bij een isometrische contractie is de kracht die de skeletspier genereert even groot als de kracht die de last heeft en het gevolg is dat de spierlengte gelijk blijft. Wanneer je bijvoorbeeld tegen een muur aanduwt, blijft de spierlengte van je spieren gelijk.

Excentrische contractie
Bij een excentrische contractie is de kracht die de skeletspier genereert kleiner dan de kracht die de last heeft en het gevolg is dat de spier verlengt. Wanneer je bijvoorbeeld een boek rustig op een tafel neerlegt, verlengt je biceps brachii.

Lees ook:

Loop geen inkomsten mis, schrijf over hobby, werk of studie en verdien extra inkomsten!

Maak je eigen geldmachine in 8 stappen en wordt financieel onafhankelijk

Spieren; een overzicht van spieren

Spieren; bouw van skeletspieren

Spieren; type 2B, type 2A en type 1 spiervezels

Spieren; functie van skeletspieren

Spieren, de motoren van het lichaam, werking spieren

Soorten spieren, anatomie van spieren, werking spieren

Bronnen:

JE. Hall, 2013, Pocket Companion to Textbook of Medical Physiology, Elsevier Inc
GA Thibodeau, Patton KT 2012, Anatomy & Physiology, Mosby/Elsevier
EN Marieb, Hoehn K 2012, Human Anatomy & Physiology, Pearson/Benjamin Cummings