Spierweefsel en spiercontractie

Spierweefsel kan contraheren (samentrekken) dankzij de interactie tussen myosine en actine. Bij contractie schuift myosine over actine. Spieren bestaan van groot naar klein uit spierbundels, spiervezels/individuele cellen, myofibrillen en myofilamenten. Myosine zijn dikke filamenten en actine zijn dunne filamenten. Overlap van deze filamenten is de basis voor de spiercontractie.

Skeletspierweefsel

Er bestaan drie soorten spierweefsel:

• Skeletspierweefsel: is voor de voortbeweging van het lichaam, een krachtige kortdurende contractie die onder invloed staat van de wil
• Hartspierweefsel: de pompwerking van het hart, staat niet onder invloed van de wil
• Glad spierweefsel: de contractie van onder andere de darmwand, vaatwand, uterus (tijdens de bevalling), heeft een langzame ritmische contractie en staat niet onder invloed van de wil

Soorten skeletspiervezels

• Type I (langzaam): heeft na stimulatie een langzame twitch, de hoeveelheid kracht is gering maar wel zeer onvermoeibaar (bijv de lange rugspieren)
• Type IIa (snel, uitputtingsresistent)
• Type IIb (snel, uitputbaar)

Langzame spiervezels hebben veel bloed (voedingsstoffen en zuurstof) nodig om langer te kunnen werken zonder uitgeput te raken. Ze zijn rood van kleur. Er is een goede doorbloeding nodig om de oxidatieve fosforylering nodig te maken, de ATP-voorraad in een spier is namelijk maar gering. Snelle spiervezels hebben een witte kleur.

Met een elektronenmicroscoop zijn de volgende individuele filamenten zichtbaar:

• A-band: myosine (+actine)
• I-band: alleen actine
• Z-lijn: hechting van actine
• H-band: alleen myosine
• M-lijn: hechting myosine

Met een lichtmicroscoop zijn de volgende zaken te onderscheiden:

• Eenheid van contractie (sarcomeer) van Z-lijn tot Z-lijn (aanhechting van de actinefilamenten)
• A-band: dikke filamenten (geeft de grootte van de myosinefilamenten weer)
• I-band: dunne filamenten (de grootte van de actinefilamenten)

Spiervezels worden geassocieerd met bindweefsel. De bindweefsellaag om de gehele spierlaag wordt epimysium genoemd, een dunne laag genaamd perimysium ligt om een bundel spiervezels heen en om iedere individuele spiervezel ligt het endomysium. De lagen zijn nodig om de vezels compact en beschermd te houden, om spierkracht door te kunnen geven aan andere vezels, spierweefsel aan bot en andere weefsels te bevestigen en om zenuwen, bloed- en lymfevaten doorheen te laten lopen.

De contractie

De intracellulaire calciumconcentratie is belangrijk voor de contractie van een spier. Normaal gesproken zijn de bindingsplaatsen van het actine niet beschikbaar voor de myosinekopjes om aan te binden. Er ligt hier troponine in de weg, wat bestaat uit drie eiwitten (T, I en C) waarvan troponine I er direct tussenin ligt. Als de intracellulaire calciumconcentratie wordt verhoogd, binden de calciumionen aan het troponine C waardoor er een conformatieverandering plaatsvindt en troponine van het actine afrolt. Myosine kan nu wel binden aan de bindingsplaatsen van het actine en er is contractie mogelijk.

De zogenaamde crossbridgecyclus is een serie van biochemische gebeurtenissen. Myosinekopjes binden op plekken van de actinefilamenten, het myosinekopje laat los van het actinefilament als ATP bindt. Het ATP gaat hydrolyseren tot ADP + Pi, die blijven beide op het kopje zitten maar door de vrijgekomen energie van de hydrolyse ontstaat er een conformatieverandering waardoor het naar voren schuift maar nog wel los is van actine. Dit is de zogenaamde rustconformatie. Daarna komt er weer een crossbridge waarbij op een nieuwe plek op het actine myosine bindt. Als het organisch fosfaat (Pi) loslaat vindt er weer een conformatieverandering plaats in het myosinekopje en ontstaat er een powerstroke waarbij de filamenten langs elkaar glijden. Daarna wordt ADP losgelaten.

Contractietypes

Het doel van een contractie is om kracht te genereren en ledematen te verplaatsen. Er zijn twee typen contracties, namelijk:

• Isometrische contractie (statisch): de lengte van de spier blijft hetzelfde, er wordt kracht ontwikkeld, actine en myosine bewegen wel maar de energie wordt opgeslagen in elastische rekking
• Isotone contractie (dynamisch): verplaatsing van de ledematen, de spier wordt verkort maar de spanning (hoeveelheid arbeid) blijft hetzelfde.
• concentrisch: de spier verkort en levert kracht
• excentrisch: de spier verlengt en levert kracht