Spierlengte en excitatie-contractie koppeling

Wellicht heb je ooit ervaren dat je spieren in een bepaalde positie meer kracht kunnen ontwikkelen dan in een andere positie. De mate waarin een spier kracht kan ontwikkelen heeft erg veel te maken met de spierlengte van een spier in een bepaalde positie. De spierlengte bepaalt sterk de sarcomeerlengte. Sarcomeren zijn de kleinste functionele eenheden van de spier. De sarcomeerlengte waarop de spier de meeste kracht kan ontwikkelen ligt tussen de 2 en 2,2 micrometer. Bij deze sarcomeerlengte kunnen de meeste crossbridges tussen myosinefilamenten en actinefilamenten. Voor het loskoppelen van de crossbridges is ATP nodig. Dit ATP wordt gesplitst in ADP en P als de gebonden myosinekoppen omslaan en actine dichter naar zich toe trekken.

Kracht-lengte relatie van spieren
De kracht die een spier kan leveren, is afhankelijk van de spierlengte. De kracht die een spier kan leveren is sterk afhankelijk van de spierlengte. De isometrische kracht die een spier kan ontwikkelen, is afhankelijk van de sarcomeerlengte.
In het sarcomeer worden bij een contractie (spiersamentrekking) verbindingen tussen de myofilamenten, myosine- en actinefilamenten gevormd. Deze verbindingen tussen myosinefilamenten en actinefilamenten worden actomyosine genoemd. Ook worden actomyosine kruisbruggen, of crossbridges genoemd. Als er meer crossbridges kunnen worden gevormd, kan het sarcomeer meer kracht ontwikkelen. Deze relatie tussen de sarcomeerlengte en krachtontwikkeling wordt de kracht-lengte relatie van het sarcomeer genoemd.

Minimale lengte van het sarcomeer
De minimale lengte van het sarcomeer is ongeveer 1,65 micrometer. Bij deze minimale lengte van het sarcomeer kan er ongeveer 20% tot 30% van de maximale kracht geleverd worden. De reden dat er bij minimale sarcomeerlengte zo weinig kracht geleverd kan worden, is dat de actinefilamenten zo ver over de myosinefilamenten geschoven zijn, dat het maximaal aantal crossbridges niet gevormd kan worden.

Maximale lengte van het sarcomeer
De maximale lengte van het sarcomeer is ongeveer 3,2 micrometer. Bij deze maximale lengte van het sarcomeer kan er ongeveer 20% tot 30% van de maximale kracht geleverd worden. De reden dat er bij maximale sarcomeerlengte zo weinig kracht geleverd kan worden, is dat er geen crossbridges gevormd kunnen worden tussen actinefilamenten en myosinefilamenten.

Optimale lengte van het sarcomeer
De lengte waarbij het sarcomeer de maximale kracht kan ontwikkelen, ligt tussen de 2 en 2,2 micrometer. Bij deze optimale lengte van het sarcomeer kunnen er de meeste crossbridges worden gevormd. Bij een sarcomeerlengte tussen de 2 en 2,2 micrometer kan het sarcomeer 100% van zijn kracht ontwikkelen.

De rol van adenosinetrifosfaat (ATP) in de verbinding tussen myofilamenten
Actomyosine wordt gevormd wanneer calciumionen vrijkomen uit het sarcoplasmatisch reticulum en de actieve bindingsplaatsen op het actinefilament; het tropomyosine vrijmaken. Het myosinefilament bindt op de actieve bindingsplaatsen. Voor het verbreken van actomyosine is ATP nodig. Na het loskoppelen bindt myosine aan een nieuwe bindingsplaats op actine. Voordat myosine wordt losgekoppeld klapt echter de myosinekop om, om het actinefilament naar zich toe te trekken.
Achtereenvolgens zorgen calciumionen voor het vrijkomen van actieve bindingsplaatsen op het actinefilament. Het myosinefilament bindt aan het actinefilament tot actomyosine. Voor het omslaan en de krachtontwikkeling splitst myosineATPase het ATP tot adenosinedifosfaat (ADP) en fosfaat (P). Vervolgens zorgt ATP voor het verbreken van actomyosine en wordt op een andere actieve bindingsplaats nieuw actomyosine gevormd. Wanneer de calciumionen weer worden opgenomen door het sarcoplasmatisch reticulum worden de actieve bindingsplaatsen gedeactiveerd en wordt geen nieuw actomyosine gevormd en zal de spier ontspannen.

Lees ook:

Loop geen inkomsten mis, schrijf en verdien geld!

Maak je eigen geldmachine in 8 stappen en wordt financieel onafhankelijk

Myosine- en actinefilamenten en sliding filament theory

Sarcomeer, crossbridges en tubulaire systeem van de spier

Fusiforme, pennate en complex fusiforme spieren

Spieren van groot naar klein

Spieren; een overzicht van spieren

Spieren; bouw van skeletspieren

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

Spieren; functie van skeletspieren

Spieren; werking van skeletspieren (contracties)

Spieren; kracht-snelheidsrelatie en kracht-lengterelatie

Spieren; fysiologische en anatomische dwarsdoorsnede

Spieren, de motoren van het lichaam, werking spieren

Spieren; hefbomen en kracht

Bronnen:

William D. McArdle, Victor L. Katch, & Frank I. Katch (2014) Exercise Physiology, Nutrition, Energy, and Human Performance, LWW Philadelphia