Spierstelsel

Het spierstelsel

Typen spierweefsel

In het lichaam van het paard komen drie soorten spierweefsel voor.

1. Skeletspieren, welke zorgen voor de aansturing van het bewegingsapparaat. Skeletspieren hebben een dwars gestreepte structuur.
2. Orgaanspierweefsel draagt bij aan de optimale werking van organen, en wordt onder de microscoop als glad spierweefsel gezien.
3. Glad spierweefsel kan niet bewust worden aangestuurd (en dus niet worden getraind), in tegenstelling tot het dwars gestreepte skeletspierweefsel. Als laatste komt nog hartspierweefsel voor. Wanneer hartspierweefsel onder de microscoop wordt bekeken, wordt een combinatie van zowel glad als dwars gestreept spierweefsel waargenomen.

Opbouw van een spier

Skeletspieren zijn opgebouwd uit spierbundels, welke zijn opgebouwd uit honderden spiervezels. Een spiervezel is eigenlijk een lange, uitgerekte spiercel. De zuurstof toevoer (en afvoer van afvalstoffen zoals bijvoorbeeld lactaat) wordt voorzien door een uitgebreid netwerk van haarvaten, dat tussen de spiervezels loopt. Tussen de spierbundels zitten zenuwtakjes. Die zorgen voor de aansturing en prikkeling van de spieren. Hierdoor wordt de spier geprikkeld om in beweging te komen (samentrekken of ontspannen). Er is een verschil in het aantal zenuwtakjes per spiergroep. Bij fijne motorieke bewegingen (bijvoorbeeld in de oogspier) zijn minder zenuwtakjes te vinden dan bij grote, zware spiergroepen (bijvoorbeeld de borstspier). Hier zijn meer zenuwtakken aanwezig om bewegingen aan te sturen.

Spiervezels zijn evenwijdig aan elkaar gerangschikt, waardoor de spier kan samentrekken. De spier wordt dan korter en dikker. Als de spier ontspant wordt deze langer en dunner. Hoe dat precies in zijn werk gaat, heeft te maken met de anatomie en hoeveelheid  van de spiervezels. Iedere spiervezel is ongeveer 30 tot 100 micrometer (0.003 tot 0.01 mm) dik. De lengte kan variëren van enkele millimeters tot enkele centimeters. Een spiercel bestaat uit de volgende onderdelen:

•    Celmembraan (de buitenkant van de cel);
•    Nuclei (het ‘controlecentrum’ van de cel);
•    Glycogeen (energie opslag);
•    Myoglobine (voor zuurstofstansport);
•    Mitochondriën (zetten energie uit glycogeen om in bruikbare energie voor de spier);
•    Myofibrillen welke bestaan uit honderden myofilamenten (zorgen voor de daadwerkelijke samenstrekking van de spier).

Deze onderdelen zitten samen in een zogenaamde sarcomeer (zie figuur 1).

 
De sarcomeer is het onderdeel in de spiervezel die zorgt voor de samentrekking. Samentrekking ziet er in een spiervezel uit als het over elkaar heen schuiven van twee proteïnen, actine en myosine. Voor een schematische weergave, zie figuur 2.


 

Zoals op bovenstaande schematische weergave te zien is, worden de actines (het dunne paarse deel) door de ‘armpjes’ van de dikke myosine naar elkaar toe getrokken. Dit kan door de bijkomstigheid van Calcium. Als Calcium aan de Actine aanhecht wordt deze grijpbaar voor de myosine armpjes. Als dit gebeurt bij honderden sarcomeren tegelijk, is duidelijk waarneembaar dat de spier korter wordt.
Bij de ontspanning van spieren is Magnesium nodig. Dat zorgt ervoor dat de Myosinearmpjes de Actine los laten, zodat deze zich kan verlengen.

Brandstof voor spieren

Spieren in beweging, heeft energie nodig om zich te kunnen ontspannen en samentrekken.  De brandstof voor de spieren heet Adenosine Triphosphate, ofwel ATP. ATP wordt door het lichaam aangemaakt, en wordt opgeslagen in de cellen. Zonder ATP is het niet mogelijk voor een spier om samen te trekken of te ontspannen. Bij iedere samentrekking van een spier wordt ATP afgebroken. Hiervoor zorgt het enzym adenosine triphosphatase (ATPhase). De restproducten heten Adenosine Diphosphate (ADP) en fosfaat. Het is niet mogelijk om dit proces ongedaan te maken (het losgekomen fosfaat atoom weer aan de ADP te plakken). Om van ADP weer een ATP verbinding te maken is energie nodig dat wordt opgenomen uit de voeding.  De belangrijkste energieleveranciers zijn glucose, glycogeen en vetzuren. Glucose en vetzuren worden door het bloed door het lichaam getransporteerd. Hierdoor kan het eenvoudig door de spieren worden opgenomen. Glycogeen heeft een andere structuur, waardoor het niet door het bloed kan worden getransporteerd (glycogeen is een lange streng van glucose moleculen). Glucose wordt daarom opgeslagen in spieren en in de lever. Eiwitten worden niet gebruikt als energiebron, tenzij het niet anders kan, zoals in gevallen van extreme vermoeidheid, ziekte of uithongering. De meest gebruikte energiebronnen zijn dan ook de glycogeen dat is opgeslagen in de spier, en de vetzuren die door het bloed door het lichaam worden getransporteerd. De extra energie voorraden die zijn opgeslagen in de lever en in vetweefsel worden alleen aangesproken wanneer de inspanning hoog of langdurig is.

Wanneer een spier in beweging is gekomen en het ATP molecuul is afgebroken naar ADP + P, zijn er grofweg twee manieren om van de ADP weer een ATP molecuul te maken. Dit kan met zuurstof (aëroob) of zonder bijkomst van zuurstof (anaëroob). Anaërobe omzetting kan door afbraak van het molecuul Phosphochreatine (PCr). Hier wordt energie uit gehaald, wat na de reactie overblijft is ATP + Creatine (Cr). Dit is een snelle manier van aanvullen van de ATP voorraad. Het is echter niet erg efficiënt, het biedt enkel genoeg energie voor enkele seconden en het aantal gewonnen ATP is laag (1). Anaërobe omzetting van ADP + P naar ATP voor een langere periode dan enkele seconden kan ook door energie te halen uit glycogeen of glucose. Het aantal gewonnen ATP is hier 2.  Bij deze omzetting is het restproduct lactaat.

Aërobe omzetting kan ook op basis van koolhydraten (glucose). Dit is een complexe schakel van reacties welke uiteindelijk zorgen voor 38 ATP. Het restproduct is water er koolstofdioxide, wat door het bloed kan worden afgevoerd. Een andere manier van aërobe omzetting van ADP + C naar ATP kan door gebruik van vetzuren als energiebron. Ook dit is een complexe schakel van reacties met verschillende tussenstappen welke uiteindelijk zorgen voor een opbrengst van 129 ATP. Echter, door de lange schakel van reacties duurt het relatief lang voordat de ATPs uit vetzuren beschikbaar zijn. Er is ook beduidend meer zuurstof nodig om deze schakel te doorlopen en de ATPs beschikbaar te krijgen dan bij het gebruik van koolhydraten als energiebron. Als een paard draaft of in een arbeidsgalop is zal hij aëroob met verbranding van vetzuren kunnen voortbewegen. Als een paard harder gaat, kan het paard niet snel genoeg de afgebroken ATPs aanvullen, en zal het overgaan op een anaëroob energiesysteem.
Overigens gebruikt een paard niet altijd een vorm van energieverbruik. Het loopt niet altijd alleen maar aëroob of anaëroob. Het lichaam gebruikt de energiesystemen die het meest efficiënt zijn voor de behoeften op dat moment.

Typen skeletspierweefsel

Skeletspierweefsel is onder te verdelen in twee typen, namelijk slow twitch (type I) en fast twitch (type II)  spiervezels. Type II is onder te verdelen in type IIa en type IIb. De typen spiervezels zijn onderverdeeld omdat ze verschillend reageren op beweging. Type I spiervezels, de slow twitch (langzame samentrekking), zijn uitermate geschikt voor langdurige inspanning. Ze zijn erg goed doorbloed en rood van kleur.  Doordat zij ‘langzaam’ reageren en niet erg explosief zijn, maken ze gebruik van verbranding van energie met zuurstof (aërobe verbranding). Dit zorgt ervoor dat er weinig lactaat vrij komt bij de verbranding. Hierdoor zijn paarden met voornamelijk type I spierweefsel geschikt voor endurance.
Type II vezels werken anaëroob (zonder zuurstof). Hierdoor kunnen zij explosief (en dus snel) reageren en veel kracht zetten. Doordat zij geen (of minder) gebruik maken van verbranding met zuurstof zal er in deze spiervezels sneller lactaat ontstaan, waardoor het paard zal verzuren. Type II spierweefsel is wit van kleur, omdat het minder goed doorbloed is. Hierbij is type IIa een type spiervezel dat zowel aëroob als anaëroob kan verbranden. Type IIb werkt anaëroob, en kan daardoor explosief reageren, maar kan dit niet langdurig volhouden. Spierweefsel van type IIa is goed doorbloed, en daarom ook rood van kleur. Paarden met type II spierweefsel zijn geschikt (en herkenbaar) als racepaarden.
Overigens gebruikt een paard niet altijd een vorm van energieverbruik. Het loopt niet altijd alleen maar aëroob of anaëroob. Het lichaam gebruikt de energiesystemen die het meest efficiënt zijn voor de behoeften op dat moment.