Hoe werkt een spier?

Spieren in je lichaam zorgen voor meer dan alleen de beweging waarmee jij dat ene chocolaatje oppakt of de buikspieren die je traint om een platte buik te krijgen. Ze zorgen ook dat het bloed stroomt naar waar het nodig is, dat je darmen hun werk doen en misschien wel het belangrijkst: dat je hart blijft kloppen!

Soorten spierweefsel

In het lichaam bestaan drie soorten spierweefsel. Veruit het meeste is het dwarsgestreepte spierweefsel waar de skeletspieren uit bestaan. Deze worden ook wel willekeurige spieren genoemd omdat ze over het algemeen onder vrijwillige controle staan: je kunt in principe zelf bepalen of je wel of niet je arm strekt om dat chocolaatje te pakken.

Daarnaast is er glad spierweefsel. Dit spierweefsel heeft vooral functies in organen, bloedvaten en als afsluitingen. De darmen hebben bijvoorbeeld een omhulsel van glad spierweefsel dat ervoor zorgt dat de darminhoud mechanisch ‘gemalen’ wordt. Of je blaas dicht blijft, of open staat, wordt ook bepaald door een gladde spier. Gladde spieren worden volledig buiten de wil om gecontroleerd door twee delen van zogenoemde autonome zenuwstelsel. Wanneer het sympathische deel overheerst, wordt het lichaam klaargemaakt voor actie en gaat er minder bloed naar de spijsverteringsorganen. Wanneer het parasympathische deel overheerst, is het lichaam in rust en wordt er veel energie gestoken in spijsvertering en gaat er juist veel minder bloed naar de spieren. Gladde spieren zorgen er in beide situaties voor dat de bloedvaten op bepaalde plekken dichter getrokken worden (vasocontrictie) terwijl ze op andere plaatsen wijder open gaan doordat spieren ontspannen (vasodilatatie).

Het derde soort spierweefsel dat in je lichaam voorkomt is hartspierweefsel. Dit lijkt veel op dwarsgestreept spierweefsel maar het heeft meer contacten met de omliggende spiercellen zodat een elektrisch signaal dat aangeeft dat de spier moet samentrekken beter wordt doorgegeven. Dat is essentieel voor het hart omdat het belangrijk is dat het hart zoveel mogelijk in één keer samentrekt zodat de contractie krachtig genoeg is om een behoorlijke bloeddruk te genereren.

De opbouw van een (skelet)spier

Een skeletspier is opgebouwd uit spiercellen (of spiervezels) die op een keurige manier gerangschikt zijn. Deze vezels worden in bundels bij elkaar gehouden door bindweefsel dat endomysium heet (endo = in, mysium = spier). De bundels worden ook weer bij elkaar gehouden door bindweefsel, het perimysium (peri = half) met daaromheen het epimysium (epi = op) dat alles bij elkaar houdt.

Een spiercel kan wel tientallen centimeters lang zijn (denk maar aan grote spieren in het been) en aan het eind van de spier komen ze samen in de pees die aan het bot vast zit. In de spiercel zitten de myofibrillen die zorgen dat de spier kan samen trekken. Een myofibril bestaat (vooral) uit de eiwitten myosine en actine die netjes in elkaar liggen. Op het moment dat er energie beschikbaar is in de vorm van ATP (AdenosineTriPhosphate) kan het myosine het actine naar zich toe trekken waardoor het myofibril korter wordt. Omdat dit tegelijkertijd gebeurt in heel veel myofibrillen, wordt de spiercel en uiteindelijk de spier korter.
Naast myosine en actine zitten er in een myofibril ook nog troponine en tropomyosine. Deze twee moleculen zitten over de plaats waar actine en myosine binden en gaat pas aan de kant als er calcium in de cel is. Dit zorgt ervoor dat spieren niet zomaar altijd samen kunnen trekken, maar alleen als er een zenuw is die daartoe ‘opdracht’ heeft gegeven.

Contractie van een (skelet)spier

Het enige dat een spier uit zichzelf kan is samentrekken of ontspannen. Wanneer een zenuwcel een prikkel stuurt naar de spier komt er bij het zenuwuiteinde een stof vrij, een neurotransmitter. Meestal is deze stof Acetylcholine (ACh). De stof wordt in blaasjes afgegeven uit het zenuwuiteinde en bindt aan de overkant aan de receptoren van de spiercel. Deze geven de spiercel een signaal dat er calcium vrij moet komen wat is opgeslagen in een netwerk in de cel. Wanneer het calcium vrijkomt, schuift dat het tropomyosine een klein beetje op zodat de bindingsplaats op actine vrijkomt. Het myosine blijft daar vastplakken totdat er ATP gebonden wordt. De ATP levert energie zodat het myosine weer loslaat en een beetje ombuigt naar het volgende bindingspunt op actine. Doordat niet alle myosinekoppen dit tegelijk doen, blijft het actine een beetje in het myosine geschoven terwijl de andere myosinekoppen het actine nog wat verder trekken. Zo lang dit blijft doorgaan, blijft de spier verkorten. Op een gegeven moment zitten het actine en het myosine helemaal over elkaar heen en kan de spier niet korter worden. Ondertussen wordt het calcium ook snel weer teruggepompt in de opslagruimte waar het vandaan kwam. Als er niet genoeg calcium meer in de cel is om het tropomyosine aan de kant te houden zodat actine kan binden aan myosine, zal de contractie ook stoppen. Actine en myosine laten elkaar los en zullen weer terugschieten op hun oude plaats.

Er zijn drie soorten contractie die allemaal gebeuren zoals hierboven beschreven. Er is echter wel een verschil in de lengte van de spier.

• Concentrische contractie: hierbij wordt de spier korter als deze wordt aangespannen. Dit gebeurt bijvoorbeeld met de spieren aan de bovenkant van het bovenbeen wanneer je je been optilt.
• Isometrische contractie: hierbij wordt de spier wel aangespannen maar kan hij niet korter worden omdat de kracht die aan de spier trekt, precies even groot is als de kracht die de spier zelf genereert. Wanneer je met gestrekte arm een emmer water precies op dezelfde hoogte houdt, gebeurt dit en worden de spieren in je armen niet korter (ze bewegen ook je gewricht niet) terwijl de spier wel degelijk aanspant (en dat ga je voelen ook!)
• Excentrische contractie: hierbij trekt de spier wel samen, maar wordt hij tóch langer. Dat komt omdat er een gewicht aan de spier trekt dat groter is dan de kracht die de spier kan genereren. Stel je nogmaals de emmer met water voor: nu is de emmer nog wat voller en dus wordt je arm naar beneden getrokken. Ondertussen proberen de armspieren wel uit alle macht de emmer omhoog te houden dus trekken ze samen. De kracht waarmee de emmer trekt, is nu groter dan de kracht die de spier kan leveren dus wordt de spier evengoed uitgerekt.