De opbouw van een spier

Van jongs af aan weten we dat een mens spieren nodig heeft om te bewegen. Een spier wordt vaak getekend als een ovale ballon met twee touwtjes eraan, de pezen (afbeelding 1). Echter, een stuk minder mensen weten hoe een spier zorgt dat we kunnen bewegen. In dit artikel wordt op een simpele manier uitgelegd hoe een spier werkt.

Afbeelding 1   Afbeelding 2   Afbeelding 3
         
Simpel spiermodel   Probleem van een simpel spiermodel   Geveederd spiermodel

 

Als een spier aanspant wordt deze hard. Dit kun je gemakkelijk bij jezelf voelen: Leg je hand op je been terwijl je ontspannen zit. Je been voelt nu zacht. Door bijvoorbeeld je been nu maximaal te strekken voel je dat je bovenbeen hard wordt. Dit doen je spieren. Tot hier niets nieuws. Om uit te leggen hoe dit werkt moeten we eerst af van het oude beeld van hoe een spier eruit ziet. Het probleem met deze versimpelde weergave van de spier is dat de spier geen mogelijkheid heeft om te verkorten zonder te scheuren (afbeelding 2). Een beter model van een spier is te zien in afbeelding 3. Hier lopen streepjes van de ene naar de andere kant waar elk streepje zijn eigen ruimte heeft om te verkorten. (Met wat fantasie te vergelijken met een veer van een vogel).

Door het bestuderen van spierweefsel onder de microscoop bedacht onder andere Dr. Huxley de sliding filament theorie. Hij zag dat een spier is opgebouwd uit 2 typen dunne draadjes die met elkaar aan verschillende kanten kunnen verbinden. De dunste draadjes heten actine (afbeelding 4). Deze draadjes hebben hechtingsplekken voor de kopjes van de dikkere draad, het myosine (afbeelding 5). Het myosine is opgebouwd uit kleine stukjes, de myosine filamenten (afbeelding 6). De kopjes van de myosine filamenten (afbeelding 6) kunnen aan de hechtingsplaatsen op het actine aanhechten. Als dat gebeurt klapt de nek van het kopje van de myosine naar binnen en trekt dus de actine een stukje naar zich toe (de spier verkort zich en spant dus aan). Nadat het kopje is dubbel geklapt laat hij weer los en kan het kopje weer op zoek naar een nieuw plekje om vast te pakken. Het losmaken van het kopje kost steeds een klein beetje energie (ATP).

Afbeelding 4 Actine
Afbeelding Myosine
Afbeelding 6 Myosine filamenten

Het kleinste werkzame stukje spiercel heet een sarcomeer waarin 5 actine rondom 1 myosine liggen als een honingraadstructuur (afbeelding 7).

Afbeelding 7
Sarcomeer van bovenaf gezien. 1 myosine ligt omringd door 5 actine met direct weer omsluitend de volgende sarcomeer. 

Eén myosine kopje van een myosine filament kan in z’n eentje niet een heel onderbeen optillen. Zoals al eerder beschreven vormen vele myosine filamenten een myosine eiwit. Vijf actine en één myosine vormen samen één sarcomeer. Vele Sarcomeren vormen samen een spiercel zodat vele spiercellen weer een spiervezel kunnen vormen. Veel spiervezels vormen op hun beurt weer een spier. Je zou kunnen zeggen: vele handen (kopjes) maken licht werk (afbeelding 8).

Gelukkig verbinden de myosine kopjes alleen met de actine als we dat willen; we kunnen het aanspannen en ontspannen van spieren zelf controleren. In uitzonderlijke gevallen hebben we het aanspannen van een spier niet onder controle, bijvoorbeeld tijdens een kramp of bij een spasme.

In een gezond lichaam moet een signaal door een zenuw naar de spier toe worden geleid om de spier te laten aanspannen (contraheren). De spiercellen zijn opgebouwd uit eenheden die we los van elkaar kunnen in- en uitschakelen. Door dit slimme systeem kunnen we bijvoorbeeld langzaam ons been optillen of zachtjes een bladzijde van een boek omslaan zonder direct de bladzijde eruit te scheuren. Deze eenheden heten motorische eenheden. Hoe meer eenheden er worden ingeschakeld hoe meer myosinekopjes de kans krijgen om aan te hechten op het actine. Door het elektrische signaal dat van een zenuw komt komen er calcium ionen vrij in de spiercel (een ion is een heel klein elektrisch geladen deeltje). De ionen komen vrij uit het sarcoplasmatisch reticulum (SR). Het SR is een netwerk van ‘buizen’ die langs de spiervezels lopen en de signalen van de zenuw snel kunnen doorgeven. De calcium ionen maken de bindingsplekken op het actine ‘open’, zodat de myosine kopjes er aan kunnen vastpakken. Als het signaal van de zenuw ophoudt wordt het calcium weer opgenomen in het SR.

Afbeelding 8
Van Myosine en Actine naar spiermodel. Van boven naar beneden: myosine filament, myosine, een aantal sarcomeren, meer sarcomeren aan één geschakeld, spiercel, spiervezel, spier(model).

Er zijn heel veel systemen in het lichaam die zorgen voor een perfecte samenwerking tussen de verschillende motorische eenheden in alle spieren van het hele lichaam. Hoe meer motorische eenheden in een spier zitten in verhouding tot de grootte van een spier, des te gecoördineerder we kunnen bewegen. In de hand zitten bijvoorbeeld relatief veel meer motorische eenheden dan in de bovenbeen strekkers. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

© L.C.A. van Gaalen & B. Poot, 2012