Spieren — Een meesterlijk ontwerp
HET leven wordt in stand gehouden door beweging. Uw borstkas bijvoorbeeld rijst en daalt met elke ademhaling en uw hart klopt ritmisch, wat u in leven houdt. Waardoor worden deze bewegingen tot stand gebracht? Door spieren!
Spieren zijn taaie, elastische weefsels die uw lichaamsdelen in staat stellen te functioneren en het u mogelijk maken gedachten en gevoelens in daden om te zetten. Of het nu gaat om glimlachen, lachen, huilen, praten, lopen, rennen, werken, spelen, lezen of eten, er zijn spieren bij betrokken. Het is moeilijk enige handeling te bedenken waarbij geen spier betrokken is.
Uw lichaam telt ongeveer 650 spieren. De kleinste zitten vast aan de allerkleinste botjes, die zich in het oor bevinden. De grootste zijn de bilspieren, die de benen bewegen. Bij een man vertegenwoordigen de spieren ongeveer de helft van het lichaamsgewicht en bij een vrouw ongeveer een derde en ze zijn ontworpen om te werken. Ze worden beschouwd als „biologische machines”, die ’dagelijks meer energie in bewegingen omzetten dan alle door mensen gemaakte machines bij elkaar, de auto inbegrepen’, vertelde Gerald H. Pollack, hoogleraar in de biotechniek.
Zelfs wanneer u rust, blijven uw spieren in staat van paraatheid — klaar om aan het werk gezet te worden. Op elk willekeurig moment zijn enkele vezels in elke spier samengetrokken. Zonder deze geringe samentrekking of contractie zou uw kaak openhangen en zouden uw inwendige organen weinig steun krijgen. Zelfs terwijl u staat of zit, brengen uw spieren kleine wijzigingen aan om u te helpen in dezelfde houding te blijven of te voorkomen dat u van uw stoel valt.
Typen spieren
Uw lichaam heeft drie typen spieren. De taken daarvan verschillen onderling. Een ervan is de hartspier, die het hart laat pompen. De hartspier rust de helft van haar leven, want na elke contractie moet ze zich ontspannen tot de volgende contractie.
Een ander type spier is de gladde spier. Gladde spieren wikkelen zich rond de meeste van uw inwendige organen, waaronder de bloedvaten. Net als de onwillekeurig werkende hartspier worden gladde spieren niet bewust bestuurd. Ze verrichten onmisbare functies als de doorvoer van vloeistoffen door uw nieren en blaas, de voortstuwing van voedsel door uw spijsverteringskanaal, de regulering van de bloedcirculatie door uw bloedvaten, de verandering van de vorm van uw ooglenzen en de verwijding van uw pupillen.
De meeste van uw 650 spieren zijn skeletspieren. Die voeren uw willekeurige bewegingen uit. Vanaf uw geboorte leert u deze spieren beheersen. Een baby leert bijvoorbeeld zijn armpjes en beentjes bewegen zodat hij kan lopen en zijn evenwicht kan bewaren. Omdat spieren zich alleen kunnen samentrekken, werken skeletspieren in paren. Wanneer de ene spier zich samentrekt, ontspant de andere zich. Zonder dit teamwerk zou u iedere keer dat u op uw hoofd hebt gekrabd, uw arm naar beneden moeten laten vallen door de zwaartekracht. In plaats daarvan trekt uw triceps, de spier die de partner van uw biceps is, zich samen, waardoor u uw arm snel weer in een normale positie kunt brengen.
Spieren variëren in grootte en vorm. Sommige zijn lang en slank, zoals de spieren aan de achterkant van de dijbenen. Andere zijn zwaar en dik, zoals de bilspieren. Ze zijn allemaal ontworpen om u tot bewegen in staat te stellen. De ribbenkast zou stijf zijn als er geen spieren waren die de ruimten tussen de ribben opvullen. Die stellen de borstkas in staat te bewegen als een accordeon, waardoor u geholpen wordt adem te halen. Ongeveer zoals de laagjes in triplex liggen de buikspieren onder verschillende hoeken in lagen gerangschikt, om te voorkomen dat uw buikorganen eruit vallen.
Samenwerking tussen spieren en pezen
Spieren die aan uw botten trekken, zijn ermee verbonden door taaie, witte, koordachtige weefsels die men pezen noemt. Pezen strekken zich tot ver in de spieren uit en sluiten aan bij het bindweefsel rond de spiervezels. Door het bindweefsel kunnen de krachten die in uw spieren worden opgewekt aan de pees trekken en uw botten bewegen. De krachtigste pees, de achillespees, zit vast aan een van de sterkste spieren van uw lichaam, in uw kuit. De kuitspieren dienen als de schokbrekers van het lichaam. Als u loopt, rent of springt, vangen ze een druk van ruim een ton op.
De beweeglijkheid van uw hand is een ander voorbeeld van de samenwerking tussen spieren en pezen. Twintig stel spieren in uw onderarm zitten via lange pezen die onder een polsband van bindweefsel doorgaan, vast aan uw hand- en vingerbeentjes met hun vele gewrichten. Ze geven, samen met nog eens twintig spieren aan de binnenkant van uw handpalm en vingers, uw hand de verbazingwekkende behendigheid die vereist is voor het in elkaar zetten van het nauw luisterende mechanisme van een mooi horloge of voor het beetpakken van een bijlsteel om hout te hakken.
Ruim dertig gezichtsspieren
Meer dan enig ander deel van uw lichaam drukt uw gezicht uw persoonlijkheid uit. Om een reusachtige verscheidenheid aan gelaatsuitdrukkingen mogelijk te maken, heeft de Schepper een grote concentratie spieren in uw gezicht aangebracht — in totaal ruim dertig. Alleen al voor een glimlach zijn er veertien nodig!
Sommige gezichtsspieren zijn krachtig, zoals die van uw kaak, die een kracht van 75 kilo kan uitoefenen om uw voedsel te kauwen. Andere zijn zwak maar duurzaam, zoals de spieren die uw oogleden besturen als u knippert en uw ogen ruim 20.000 maal per dag spoelen met een vloeistof die vuil en ziektekiemen wegwast.
Verbazingwekkend ontwerp
Elke spier is zo ontworpen dat ze zich soepel samentrekt. Bij skeletspieren moeten de contracties zo afgestemd worden dat bij het oprapen van een veer niet dezelfde hoeveelheid kracht wordt gebruikt als bij het optillen van een gewicht van tien kilo. Hoe wordt dat bereikt? Laten wij eens kijken.
Alle spieren bestaan uit afzonderlijke cellen. Omdat spiercellen langgerekt zijn, worden ze vezels genoemd. Sommige vezels zijn lichter van kleur, andere donkerder. De lichtere zijn snel contraherende vezels. Die worden gebruikt wanneer u korte krachtsexplosies nodig hebt, zoals wanneer u een zware vracht optilt of een sprint van honderd meter trekt. De snel contraherende spiervezels zijn krachtig, en glycogeen, een suiker, is de energiebron die de brandstof levert. Ze zijn echter snel moe en kunnen zelfs verkrampen of pijn doen door een ophoping van melkzuur.
De donkerder spiervezels zijn langzaam contraherende vezels en worden van energie voorzien door een metabolisme dat via oxidatie verloopt. Daar deze vezels beter doorbloed zijn en over meer aërobische energie beschikken dan snel contraherende vezels, „zijn ze de koorden van het uithoudingsvermogen”.
Een ander type vezel is iets donkerder dan de bleke snel contraherende vezels. Deze vezel lijkt er wel op maar is vermoeidheidsbestendig. Omdat dit vezeltype als brandstof gemakkelijk zowel zuurstof als suiker verbruikt, speelt het waarschijnlijk een rol bij langdurige intensieve arbeid.
In elk individu en in verschillende spieren komt een mengeling van deze vezeltypes voor. Langeafstandslopers bijvoorbeeld kunnen gemiddeld 80 procent langzaam contraherende vezels in hun beenspieren hebben, terwijl sprinters gemiddeld meer dan 75 procent van het snel contraherende type kunnen hebben.
Geactiveerd door zenuwen
Alle spiervezels worden geactiveerd door zenuwen. Wanneer die impulsen naar uw spieren zenden, reageren de spieren met een schok of contractie. Maar niet alle spiervezels in een bepaalde spier trekken zich gelijktijdig samen. In plaats daarvan zijn spiervezels georganiseerd in motorische eenheden. In een motorische eenheid is een enkele zenuw verbonden met veel vezels, die erdoor worden bestuurd.
Sommige motorische eenheden, zoals die in uw beenspieren, bestaan uit ruim 2000 vezels op één zenuw. Maar de motorische eenheden in uw oog bedienen elk slechts drie vezels. Met een kleinere groep vezels per eenheid en meer eenheden per spier zijn sterker gecoördineerde, fijnere bewegingen mogelijk, zoals die welke nodig zijn om een draad in een naald te steken of om piano te spelen.
Wanneer u een veer opraapt, trekken slechts enkele motorische eenheden zich samen. Tilt u een zwaar voorwerp op, dan sturen speciale gevoelsorganen in uw spiervezel bliksemsnel een boodschap naar de hersenen en roepen meer motorische eenheden tot actie op, waardoor de kracht die u gebruikt om de vracht op te tillen, toeneemt. Loopt u langzaam, dan worden slechts enkele motorische eenheden geactiveerd, terwijl er, wanneer u hardloopt, veel meer en met grotere frequentie worden gestimuleerd.
Uw hartspier verschilt daarin van skeletspieren dat ze zich op een alles-of-nietsmanier samentrekt. Wanneer er in de hartspier één cel wordt gestimuleerd, wordt de boodschap aan alle cellen doorgegeven en worden ze allemaal tegelijk gestimuleerd, met als resultaat dat de hele spier zich samentrekt en vervolgens ontspant, zo’n 72 keer per minuut.
De gladde spieren werken vrijwel net zo als de hartspier — wanneer de contractie eenmaal begint, trekt het hele orgaan zich samen. Maar gladde spieren kunnen langer samengetrokken blijven zonder moe te worden dan de hartspier. De aanwezigheid van gladde spieren valt nauwelijks op, alleen als u wel eens hevige honger hebt en bij de krachtige contracties bij een bevalling.
Houd uw spieren in conditie
„Lichaamsbeweging helpt het hele lichaam, vanbinnen en vanbuiten. . . . Spieren die regelmatig flink gebruikt worden, doen alles beter”, vermeldt het boek Muscles: The Magic of Motion. Lichaamsbeweging zorgt voor een goede spierspanning, die uw inwendige organen meer steun geeft en uw spieren helpt minder snel moe te worden.
Twee verschillende vormen van lichaamsbeweging zijn nuttig voor uw spieren. Anaërobische oefeningen, waarbij u dagelijks enige tijd gewichten heft, sterken uw spieren. Sterkere spieren slaan niet alleen meer suiker en vetzuren op maar kunnen deze brandstoffen ook efficiënter verbranden, wat uw spieren helpt minder snel moe te worden.
Aërobische vormen van lichaamsbeweging, zoals joggen, zwemmen, fietsen of stevig lopen, bevorderen de algehele fitheid. Dat soort duurtraining bevordert de bloedtoevoer naar de spieren en vergroot het aantal mitochondriën, die ATP produceren, de hoogenergetische verbinding die nodig is voor de contractie van uw spieren. Vooral uw hart is gebaat bij dit soort lichaamsbeweging, dat zelfs een hartaanval kan helpen voorkomen.
Het buigen en strekken van de spieren voordat u inspannende oefeningen doet, kan verstuikingen en ander letsel aan uw spieren helpen voorkomen. Zulke warming-up oefeningen verhogen de temperatuur in uw spieren, waardoor er meer bloed heen gaat en vervolgens enzymen worden geholpen meer energie te produceren, zodat uw spieren in staat zijn zich beter samen te trekken. Afkoelen met dezelfde warming-up oefeningen helpt pijn en stijfheid voorkomen doordat het opgehoopte melkzuur verdwijnt.
Opgemerkt zij echter dat u skeletspieren kunt beschadigen door oefeningen die te belastend zijn, vooral indien u ongetraind bent. En als u te veel spanning op uw spieren uitoefent door herhaalde eccentrische contractie (spieractiviteit waarbij de spier langer wordt), wat bijvoorbeeld kan gebeuren wanneer u langzaam een zware vracht laat zakken of heuvelaf rent, zou u spierweefsel kunnen scheuren. Zelfs een klein scheurtje als gevolg van verrekking kan pijnlijke spierkrampen en ontsteking veroorzaken.
Pas goed op uw spieren. Geef ze de juiste beweging en rust zodat ze u kunnen blijven dienen als een goed ontworpen machine, de ’ultieme motor’ van uw lichaam.
[Inzet op blz. 20]
Uw lichaam telt ongeveer 650 spieren. De grootste zijn de bilspieren, die de benen bewegen
[Kader op blz. 24]
Spieren en voeding
Goede voeding is een sleutelfactor bij het gezond houden van spieren. Voedsel dat rijk is aan kalk, zoals zuivelproducten, en aan kalium, zoals bananen, draagt naast citrusfruit en gedroogde vruchten, donkergele groenten, noten en zaden bij tot regulering van de spiercontracties. Volkorenbrood en -graanproducten leveren ijzer en vitaminen van het B-complex, vooral B1, die onmisbaar is bij de omzetting van koolhydraten, eiwitten en vetten in de energiebrandstof die uw spieren nodig hebben. Het drinken van voldoende water draagt niet alleen bij tot handhaving van uw elektrolytbalans maar spoelt ook melkzuur en andere afvalproducten weg die de spierfunctie zouden kunnen belemmeren.
[Kader/Diagram op blz. 22, 23]
HET WONDER VAN SPIERCONTRACTIE
De werking van een spier kan simpel lijken. Maar het contractiemechanisme is ontzagwekkend. Professor Gerald H. Pollack zegt: „Ik ben vol ontzag geraakt voor de esthetiek van het ontwerp in de natuur. De omzetting van chemische energie in mechanische energie gebeurt zo handig — het is verleidelijk om zo intelligent te zeggen — dat je niet anders kunt dan versteld staan.”
Laten wij een elektronenmicroscoop gebruiken om te kijken naar de ingewikkelde gang van zaken bij spiercontractie en meer te weten te komen over dit meesterlijke ontwerp van onze Schepper.
Elke spiercel of -vezel is in feite een bundel kleinere vezels die myofibrillen worden genoemd en parallel gerangschikt zijn. Elke myofibril is opgebouwd uit duizenden dunnere myofilamenten. Sommige myofilamenten zijn dikker, sommige dunner. De dikkere bevatten myosine en de dunnere actine, eiwitten die de spiercel helpen zich samen te trekken.
Aan de oppervlakte van elke spiervezel zit een holte. De zenuwvezel, die zich aftakt van de wervelkolom, eindigt daar en past in de holte. Onze spieren komen in beweging wanneer de hersenen de opdracht daartoe geven en de boodschap, overgedragen via miljoenen zenuwcellen van het centrale zenuwstelsel, het zenuwuiteinde bereikt. Door de stimulering van elk zenuwuiteinde barsten er ruim honderd minuscule blaasjes open; ze storten een chemische verbinding uit die door binding aan de membraan van de spiercel de zenuwimpuls versterkt. Daarmee begint een golf van elektrische activiteit die de hele spiercel prikkelt en bewerkt dat de celmembraan elektrisch geladen calciumionen afgeeft, die het mechanische contractieproces op gang brengen.
Calciumionen verspreiden zich nu via een netwerk van fijne buisjes door de hele spiervezel en komen in contact met diverse eiwitten. Op de een of andere manier bewerkt de inwerking van het calcium op deze eiwitten dat beschermde eiwitlocaties langs de dunne actinefilamentschede bloot komen te liggen.
Tegelijkertijd komen paren ronde knobbeltjes, die gekroond zijn met een hoogenergetische verbinding die ATP wordt genoemd en uit de dikkere myosinefilamenten steken, in actie. Een van de knobbeltjes van de myosinefilamentkop hecht zich aan een van de nu blootliggende actieve locaties op het actinefilament vast en vormt zo een crossbridge of dwarsbrug. Het andere knobbeltje splitst het ATP en maakt voldoende energie vrij om de dwarsbrug het actinefilament langs of over het myosinefilament te laten trekken of schuiven. Net als een team dat hand over hand een touw inhaalt, laten de myosinekoppen hun greep varen en hechten zich verder langs de actineschede opnieuw vast, waarbij ze steeds het actinefilament naar het midden van het myosinefilament schuiven. Dit herhaalt zich totdat de contractie compleet is. De hele kettingreactie vindt plaats in slechts enkele duizenden van een seconde!
Nu de contractie voltooid is, keert het calcium terug naar zijn bron in de membraan van de spiercel, de blootliggende locaties langs de actinefilamentschede worden weer bedekt en de spiervezel ontspant zich totdat ze weer prikkels ontvangt. Ja, ’wij zijn op een vrees inboezemende wijze wonderbaar gemaakt’! — Psalm 139:14.
[Diagram]
(Zie publicatie voor volledig gezette tekst)
Onze spieren bestaan in feite uit lagen gebundelde vezels
Dikke en dunne myofilamenten (sterk vergroot)
Myofibril
Bundel myofibrillen
Spiervezel
Spier
[Illustratie op blz. 21]
(2x vergroot)
De kleinste spieren zitten vast aan de allerkleinste botjes, die zich in het oor bevinden
[Illustratie op blz. 21]
Alleen al voor een glimlach zijn 14 spieren nodig!
[Illustratie op blz. 21]
Spieren laten uw ogen ruim 20.000 maal per dag knipperen
[Illustratie op blz. 24]
Uw hartspier trekt zich samen en ontspant zich ongeveer 72 maal per minuut, of 2,6 miljard maal in een gemiddeld mensenleven
[Illustratie op blz. 24]
Anaërobische lichaamsbeweging
[Illustratieverantwoording op blz. 20]
Man, p. 20; eye, p. 21; heart, p. 24: The Complete Encyclopedia of Illustration/ J. G. Heck