Wat zijn de mechanismen van spierbeweging?
Spierbeweging is een biologisch fenomeen dat pas relatief recent door wetenschappers volledig is begrepen. Een zeer complexe reeks gebeurtenissen, waarvan vele op moleculair niveau plaatsvinden, die spierbewegingen teweegbrengen. Er zijn verschillende soorten spieren in het lichaam, maar alleen skeletspieren - de spieren die botten en gewrichten bewegen - worden vrijwillig gecontroleerd. Spieren die de bloedsomloop en bepaalde orgaanfuncties besturen, bewegen zonder onze controle, en vaak zonder dat we het ooit merken.
Skeletspieren bestaan uit lange, dunne cellen die ook bekend staan als spiervezels. Elke microscopische spiervezel bevat de mechanismen die nodig zijn om spierbewegingen op kleine schaal te veroorzaken. Bloedvaten en neuronen zijn aanwezig in en rond gebundelde groepen spiervezels, en ze leveren de energie en de zenuwinformatie die nodig is om de spier te bewegen.
Elke spiervezel is zelf een bundel van kleinere eenheden genaamd myofibrils, waar spierbewegingen ontstaan. In elke myofibril zitten strengen of filamenten die zijn gemaakt van twee verschillende eiwitten, actine en myosine genoemd. Deze eiwitstrengen zijn verankerd in de structuur van de myofibril en liggen parallel aan elkaar. Wanneer ze worden aangepakt door een zenuwimpuls, duwen de eiwitfilamenten langs elkaar, zoals de roeiriemen van een roeiboot door water.
De eiwitfilamenten kunnen dit doen door chemische energie te gebruiken die is afgeleid van een verbinding die bekend staat als adenosinetrifosfaat (ATP). ATP is een van de meer essentiële chemicaliën die in het lichaam aanwezig zijn. Het laat de werking van elke spier toe, inclusief het hart en het middenrif, en het leven zou onmiddellijk ophouden zonder.
Wanneer de myosine en actine-filamenten vanuit een ontspannen toestand langs elkaar bewegen, trekt de spiervezel als geheel samen. Wanneer alle cellen in een spier in dezelfde richting samentrekken, beweegt de spier het bot waaraan het is bevestigd in die richting. Omgekeerd, wanneer de spiervezels dan ontspannen, ontspant de spier als geheel ook. Er zijn andere, zeer complexe chemische reacties die optreden, waarbij calcium en andere elementen betrokken zijn die helpen bij het in- en uitschakelen van spiercontracties, maar de mechanica van spierbewegingen wordt uitgevoerd door de eiwitfilamenten.
Spieren worden vaak in paren gegroepeerd, waarbij een samentrekking van de ene spier een bot op een bepaalde manier beweegt, en een samentrekking van de andere spier de tegenovergestelde kant op. Dit is het geval met de biceps en triceps spieren van de bovenarm. Wanneer een impuls wordt gegeven door het centrale zenuwstelsel om de biceps samen te trekken, vindt een overeenkomstige impuls plaats om de triceps te ontspannen en vice versa. Deze gelijktijdige impulsen zijn nodig om bewegingsvrijheid in beide richtingen mogelijk te maken.