HC15: Hartspierfysiologie

Algemene informatie

• Welke onderwerpen worden behandeld in het hoorcollege?
  • In dit college wordt uitgebreid besproken wat isotone en isometrische contractie is en hoe optimale spiercontractie kan plaatsvinden
• Welke onderwerpen worden besproken die niet worden behandeld in de literatuur?
  • Alle onderwerpen in dit college worden ook behandeld in de literatuur
• Welke recente ontwikkelingen in het vakgebied worden besproken?
  • Er zijn geen recente ontwikkelingen besproken
• Welke opmerkingen worden er tijdens het college gedaan door de docent met betrekking tot het tentamen?
  • Er zijn geen opmerkingen over het tentamen gemaakt
• Welke vragen worden behandeld die gesteld kunnen worden op het tentamen?
  • Er zijn geen mogelijke vragen behandeld

Isotone en isometrische contractie

Er zijn twee vormen van contractie:

• Isometrische contractie: de lengte van de spier verandert niet, maar de spier ontwikkelt wel (maximale) kracht
  • Als de spier wordt vastgehouden aan allebei de kanten geeft dit de meeste krachtontwikkeling → als de spier niet kan verkorten is er maximale krachtontwikkeling
• Isotone contractie: de kracht die de spier genereert is constant en de spier wordt verkort
  • Een spier wordt belast met een gewicht, waarna de spier kracht gaat ontwikkelen
    • Afhankelijk van de belasting zal de spier een andere hoeveelheid kracht genereren en zal er een andere mate van verkorting optreden:
  • Als de spier de hoeveelheid kracht die nodig is om het gewicht op te tillen heeft gegenereerd, spant de spier niet verder aan maar gaat hij verkorten
    • Hierbij blijft de kracht constant
  • Als er een lichter gewicht wordt opgetild, gaat de spier kracht genereren totdat er voldoende kracht is om het gewicht op te tillen
    • Dit punt wordt eerder bereikt dan bij een zwaarder gewicht
      • Op dit punt stopt de spier met inspannen en blijft de kracht constant
    • In deze situatie kan de spier meer verkorten dan bij een zwaarder gewicht

Kracht en uitrekking

De hoeveelheid kracht die tijdens isometrische contractie ontwikkeld wordt, hangt af van de lengte. Als een spier eerst opgerekt en daarna gestimuleerd wordt, zal deze een grotere kracht ontwikkelen dan een spier die minder was opgerekt voor de stimulatie:

• Een gerelaxeerde spier is compliant en makkelijker uit te rekken
• Een geactiveerde spier is veel stijver

Bij de rustlengte wordt geen kracht gegenereerd. Bij oprekking ontstaat er spanning bij de spier: deze is gelijk aan de kracht die erop wordt uitgeoefend. Hoe verder een spier wordt opgerekt, hoe stijver hij wordt → hoe moelijker om verder uit te rekken.

Niet de verkorting, maar het stijver worden van de spier zorgt dus voor extra kracht.

Alleen krachtontwikkeling is niet genoeg, om arbeid te verrichten moet de spier ook verkorten. Bij isometrische contractie bouwt de spier eerst kracht op. Als deze kracht gelijk is aan de kracht die nodig is, gaat de spier verkorten. Door de verkorting neemt de kracht af, door de verstijving neemt de kracht toe. Dit is isotone contractie.

Twee begrippen zijn belangrijk:

• Preload (voorbelasting): de spanning op de spier
• Afterload (nabelasting): bij welke kracht er wordt begonnen met verkorten en hoeveel er wordt verkort

Weergave in een diagram:

Van spiercontractie kan een diagram gemaakt worden:

• Met kracht (F) tegen de tijd (T)
  • Contractie is te zien als een heuvel
• Met kracht (F) tegen de lengte (l)
  • Een spier is een verticale lijn
  • Als spieren die in verschillende mate zijn uitgetrokken in een kracht/lengtediagram ontstaat er een rechte lijn richting rechtsboven
  • Peak force-length relationship: de maximale spiercontractie bij het uitrekken van de spier
  • Passive force-length relationship: de kracht die nodig is om de gerelaxeerde spier tot een bepaalde lengte uit te rekken

Verklaringen

Er zijn meerdere verklaringen voor de relatie tussen oprekking en krachtgeneratie van een spier bij isometrische samentrekking, deze worden beschreven in de Frank-Starling relatie:

• Overlap tussen actine en myosine
  • Voor het opwekken van de grootste kracht moet er een ideale situatie zijn: iedere cross bridge moet een mogelijkheid hebben om te hechten
  • De overlap moet niet te klein en niet te groot zijn
  • Oprekken van een spier kan resulteren in het genereren van een grotere kracht, maar te ver oprekken heeft een negatief effect → er is geen overlap tussen myosine en actine meer
    • Normaal wordt dit voorkomen door titine: hoe verder het hart gevuld is, hoe meer druk er gegeven kan worden
• Reduced lattice spacing: de vergrote sarcomeerlengte leidt tot een vergrote contractiekracht
  • Gereduceerde ruimte in het rasterwerk:

1. Als een sarcomeer wordt opgerekt, zal de lengte meer en de dikte minder worden
2. Actine- en myosinefilamenten komen dichter bij elkaar te liggen
3. Crossbridges worden beter gevormd
4. Er wordt meer kracht gegenereerd

• Veranderde oriëntatie van de myosinekop
  • De hoek die de kop van het myosinefilament maakt
  • Een structurele determinant voor de starling relatie
• Calciumgevoeligheid
  • Door binding aan Tn-C is er verhoogde actine-myosine interactie
  • Lage calciumconcentratie: passieve curve
  • Hoge calciumconcentratie: actieve curve

Het is onbekend welke verklaring het beste werkt en welke de grootste invloed heeft.