3.3 Hoe reageren spieren op impulsen van het zenuwstelsel?

Next Article

AAN DE SLAG OEFEN OP DIDDIT ©VAN IN

Bestudeer de figuur en beantwoord de vraag.

De afvoergang van exocriene klieren is niet altijd even breed. Zo heeft de afvoergang van speekselklieren een kleinere diameter dan de afvoergang van oorsmeerklieren. Hoe komt dat?

Afb. 116 Afvoergang speekselklier (links) en afvoergang oorsmeerklier (rechts)speekselklier oorsmeerklier afvoergang afvoergang Je hoort weleens iemand zeggen dat iemand naar zweet stinkt. Maar zweet is eigenlijk geurloos. Sommige bacteriën die op de huid voorkomen, breken stoffen in het zweet af. Het zijn die afbraakstoffen die een onaangename geur hebben. Dat heeft ook niets met een slechte hygiëne te maken: er leven bacteriën op ieders huid. Die onaangename geur ontstaat bovendien alleen op welbepaalde plaatsen, zoals de oksels en de schaamstreek. Dat komt omdat er twee soorten zweetklieren zijn. In de oksels, schaamstreek en rond de anus zijn er zweetklieren die de hele dag door een olieachtig secreet produceren, dat via haartjes naar de oppervlakte van de huid komt. De onaangename geur ontstaat door afbraak van dat zweet. Op de rest van het lichaam komt een ander soort zweetklieren voor, die een waterig secreet rechtstreeks op de huid uitscheiden. Dat zweet dient vooral voor het regelen van de lichaamstemperatuur (afkoelen), behalve op de handpalmen en de voetzolen, waar het voor een betere grip zorgt. WEETJE 3.3 Hoe reageren spieren op impulsen van het zenuwstelsel? Eerder in dit thema leerde je al dat het zenuwstelsel spieren kan aansturen om een gewenste toestand te bereiken, zoals het opspannen van bepaalde spieren in je been omdat je door de benen zakt (strekreflex in beenspieren). Maar ook voor tal van andere acties maak je gebruik van spieren. ©VAN IN

Los de opdrachten op om iets meer over de functie van spieren te ontdekken.

1 Beantwoord de vragen in de eerste kolom. 2 Bij alle situaties worden spieren gebruikt. Duid in de laatste kolom aan of de nodige spieren gecontroleerd kunnen worden door de vrije wil of niet. Onder controle van de wil? • Wat gebeurt er met de haren op je arm als je het koud krijgt? Ja Nee • Leg je hand met de palm op tafel. Welke vingers kun je optillen zonder dat de andere vingers van de tafel komen? Ja Nee • Leg je handen op je slapen. Maak kauwende bewegingen met je onderkaak. Wat voel je? Ja Nee • Hoe komt het dat je huid wit wordt als je het koud hebt? Ja Nee • Leg je hand op de zijkant van je borstkas, zodat je je ribben voelt. Adem diep in en uit. Wat merk je op? Ja Nee • Hoe verandert de diameter van je pupil als je naar een felle lichtbron kijkt? Ja Nee • Wat gebeurt met je hartslag tijdens een inspanning? Ja Nee Sommige spieren lijken uit zichzelf te werken, zoals de spieren rond de spijsverteringsorganen en de spieren in de wanden van de bloedvaten en de luchtwegen. Die spieren kunnen we dus niet bewust aanspannen of ontspannen. Ze worden gladde spieren genoemd en hun werking wordt geregeld door het autonoom zenuwstelsel. ©VAN IN

Er zijn drie typen spieren: • Skeletspieren staat onder controle van de wil en worden aangestuurd door het somatisch zenuwstelsel. • Gladde spieren bevinden zich in de organen en hun werking kan niet bewust gecontroleerd worden. Hun werking staat onder controle van het autonoom zenuwstelsel. • De hartspier is een speciale spier die uit zichzelf samentrekt, maar het ritme van samentrekkingen kan beïnvloed worden door het autonoom zenuwstelsel. Tijdens elke hartslag trekken hartspiercellen bijna tegelijkertijd samen om zo het bloed in de aorta en de longslagader te stuwen. Soms loopt het fout: de hartspiercellen trekken niet langer synchroon maar eerder chaotisch samen: het hart fibrilleert. Daardoor kan het hart bijna geen bloed meer in de slagaders pompen. Met een defibrillator dient men een elektrische schok toe. Daardoor trekken alle hartspiercellen samen en zo hoopt men het hart even te ‘resetten’ om de hartspiercellen terug synchroon aan het werk te krijgen. Snel optreden is de boodschap: op veel plaatsen hangen daarom inmiddels AED-apparaten (AED staat voor Automatische Externe Defibrillatoren) die stap voor stap instructies geven, zodat iedereen ze kan gebruiken. WEETJE

Andere spieren kunnen we bewust aansturen om een gewenste handeling uit te voeren. Denk bijvoorbeeld aan het snijden van een ui, het grijpen van een voorwerp, het lichaam in een bepaalde positie brengen, gezichtsuitdrukkingen en voortbeweging. Spieren die onder controle van de wil staan, zijn verbonden met het skelet. Ze worden daarom skeletspieren genoemd. Skeletspieren overbruggen vaak één of meerdere gewrichten, en door de werking van de spieren zullen beenderen ten opzichte van elkaar worden bewogen. Skeletspieren worden aangestuurd door het somatisch zenuwstelsel. Zowel het somatisch zenuwstelsel als het autonoom zenuwstelsel worden aangestuurd door het centraal zenuwstelsel en zorgen dus voor de reacties van de effectoren. De hartspier is een buitenbeentje: ze heeft geen signaal van het zenuwstelsel nodig om samen te trekken. Die impuls ontstaat in het hart zelf. Bij een inspanning verhoogt de hartslag en na een inspanning verlaagt ze terug. De snelheid van samentrekken (de hartfrequentie) wordt niet in het hart zelf geregeld, maar wordt beïnvloed door het autonoom zenuwstelsel. BEKIJK DE VIDEO ©VAN IN

A Macroscopische bouw van spieren

Als je een horizontaal doorgesneden stuk ham bestudeert, kun je meerdere spieren onderscheiden doordat rondom elke spier een stevig wit vlies loopt, de spierschede. Ze bestaat uit bindweefsel, dat alle delen van de spier samenhoudt en zorgt dat bij beweging de spieren over elkaar kunnen schuiven zonder te beschadigen. Elke spier is opgebouwd uit vele spierbundels die ook door bindweefsel zijn omgeven, de bundelschede. Elke spierbundel bestaat uit talrijke evenwijdig aan elkaar lopende spiervezels die met het blote oog niet zichtbaar zijn. onderhuids vet spierschede spier bundelschede

Elke spiervezel is omgeven door een zeer elastisch bindweefsel dat de spiervezels bijeenhoudt. Doorheen dat bindweefsel lopen bloedvaten die voedingsstoffen en zuurstofgas aanbrengen en zenuwen die de werking van de spiervezels aansturen. De verschillende soorten bindweefsel verenigen zich buiten de spier tot een pees. Pezen lopen vaak over gewrichten en hechten de spierbuik, die is opgebouwd uit spierweefsel, vast aan een bot. spierbuik spierschede spierbundel met bundelschede

bundelschede bloedvat pees biceps 3D ©VAN IN

Afb. 117 Van spier naar spiervezel

spiervezel

Een spier is omgeven door een spierschede en bevat meerdere spierbundels, die elk omgeven zijn door een bundelschede. Elke spierbundel is opgebouwd uit vele spiervezels, waartussen bindweefsel ligt. Het bindweefsel verenigt zich buiten de spierbuik tot een pees, waarmee de spier aan een bot is vastgehecht. Doorheen het bindweefsel lopen bloedvaten, die voedingsstoffen tot bij de spiervezels brengen en uitlopers van zenuwen, die de spiervezels aansturen. Doorheen het bindweefsel lopen ook de motorische axonen. Door middel van aftakkingen sturen ze een groep spiervezels, de motorische eenheid, gezamenlijk aan. Elke aftakking eindigt op een motorische eindplaat, waar de impuls wordt omgezet in een signaal naar de spiervezel. ` Maak oefening 34 en 35 op p. 227. Elke spiervezel wordt aangestuurd door een aftakking van het axon van een motorisch neuron. Het eindknopje van het axon wordt de motorische eindplaat genoemd. Ter hoogte van die synaps wordt de impuls van de zenuwcel omgezet in een signaal dat de spiervezel aanstuurt. Alle spiervezels die onder controle staan van één motorisch neuron, zullen dus tegelijkertijd aangestuurd worden; ze ontvangen tegelijk een impuls en trekken tegelijk samen. Daarom worden ze een motorische eenheid genoemd. motorische eindplaat axon dwarsgestreepte spiervezel Afb. 118 Alle spiervezels die impulsen ontvangen van eenzelfde neuron vormen een motorische eenheid. Ook in gladde spieren en de hartspier zijn spiercellen georganiseerd in spierbundels, beide omgeven door bindweefsel. Dat bindweefsel komt niet samen in pezen op het einde van de spier en macroscopisch is de georganiseerde bouw niet waar te nemen. ©VAN IN

B Microscopische bouw van spieren

Skeletspieren, gladde spieren en de hartspier verschillen in aansturing door het zenuwstelsel omdat ze voor verschillende doeleinden worden gebruikt. Of er ook een verschil is in de cellulaire bouw van de weefsels, kan onderzocht worden door de weefsels te bestuderen onder een microscoop. Hoe is spierweefsel microscopisch opgebouwd? 1 Onderzoeksvraag Hoe kunnen we de verschillende soorten spierweefsel microscopisch onderscheiden? 2 Hypothese 3 Benodigdheden … microscoop … preparaat van weefsel van een skeletspier, gladde spier en hartspier van een gewervelde (mens, hond, konijn …) 4 Werkwijze 1 Plaats het preparaat op de tafel van de microscoop. 2 Bestudeer het skeletspierweefsel, glad spierweefsel en hartspierweefsel doorheen de microscoop onder een vergroting van 40x (10x4x) en 100x (10x10x). 5 Waarneming Schrijf boven elke foto welk soort spier de foto voorstelt. Vergroting Vergroting Vergroting OPDRACHT 34 ONDERZOEK STAPPENPLAN MICROSCOOP©VAN IN

6 Verwerking a Vul in de tabel de vorm van de cellen aan. Kies uit:

cilindrisch – kort en vertakt – spoelvormig

b Duid in de tabel aan of de cellen dwarsgestreept zijn en hoeveel kernen ze bevatten.

Vorm van cel/spiervezel Dwarsgestreept Aantal kernen per cel/ vezel gladde spier ja nee een meerdere skeletspier ja nee een meerdere hartspier ja nee een meerdere 7 Besluit 8 Reflectie De uitvoering van de proef verliep vlot / niet vlot (schrap wat niet past), omdat: Skeletspieren zijn opgebouwd uit eenheden die we spiervezels noemen. Het zijn grote cilindrische structuren die ontstaan door samensmelting van meerdere cellen en daardoor meerdere kernen bevatten. In elke spiervezel liggen een groot aantal eiwitvezels, de myofibrillen, in lengterichting naast elkaar. Elke myofibril is zelf opgebouwd uit een groot aantal samentrekbare eenheden of sarcomeren, waarin dikke en dunne eiwitdraden of myofilamenten op een zeer regelmatige manier gerangschikt zijn. Het is die regelmatige rangschikking die een dwarsgestreept patroon van donkere en lichte banden veroorzaakt. ©VAN IN

spierfibril

Afb. 119 Een spiervezel is opgebouwd uit spierfibrillen. Elke spierfibril is een aaneenschakeling van een groot aantal sarcomeren. De regelmatige ordening van de eiwitdraden in een sarcomeer veroorzaakt een patroon van dwarse streping.

spierfibril

donkere band sarcomeer

lichte band dunne eiwitband dikke eiwitband

lichte band Gladde spieren zijn opgebouwd uit spoelvormige cellen die elk één kern bevatten. Ze vertonen geen dwarse streping omdat hun eiwitdraden niet sterk geordend zijn. Cellen van de hartspier zijn kort en vertakt. Ze bevatten één centraal gelegen celkern. Net zoals skeletspieren vertonen ze een duidelijke dwarse streping omdat de eiwitdraden of myofilamenten sterk geordend zijn. Een hart moet geen signaal van het zenuwstelsel ontvangen om samen te trekken. Het signaal ontstaat in het hart zelf en moet van cel tot cel worden doorgegeven. Het is dus belangrijk dat hartspiercellen goed met elkaar kunnen communiceren. Ze zijn daarom stevig met elkaar verbonden. Die verbinding tussen twee hartspiercellen is zichtbaar als een donkere lijn. Spiervezels behoren tot de grotere ‘cellen’ van een menselijk lichaam. Ze zijn tot 0,1 mm dik en kunnen langer dan 10 cm worden. In de kleermakersspier, die loopt van de bovenzijde van het bekken tot de binnenkant van de knie, zijn sommige spiervezels 30 cm of langer. WEETJE ©VAN IN

a hartspierweefsel b skeletspierweefsel b glad spierweefsel Skeletspieren zijn opgebouwd uit lange, cilindervormige spiervezels, die meerdere kernen bevatten. In spiervezels liggen talrijke eiwitvezels of myofibrillen in lengterichting naast elkaar. Myofibrillen zijn opgebouwd uit een reeks samentrekbare eenheden of sarcomeren, waarin eiwitdraden of myofilamenten op regelmatige wijze geordend zijn. Die regelmatige ordening van myofilamenten in de sarcomeren veroorzaakt de dwarse streping van de spiervezels. Gladde spieren zijn opgebouwd uit spoelvormige cellen zonder dwarse streping. In elke cel ligt één centraal gelegen kern. De hartspier is opgebouwd uit rechthoekige, vertakte cellen die een dwarse streping vertonen en één kern bevatten. Via stevige verbindingen tussen de hartspiercellen kunnen hartspiercellen vlot met elkaar communiceren en samenwerken.

microscopisch beeld van hartspierweefsel microscopisch beeld van skeletspierweefsel microscopisch beeld van glad spierweefsel gladde spiercel skeletspiervezel hartspiercel Afb. 120 Microscopische bouw van hart-, skelet- en glad spierweefsel ©VAN IN ` Maak oefening 36 t/m 39 op p. 227 en 228.

C Werking van spieren

Op de hartspier na, stuurt het zenuwstelsel de werking van onze spieren aan. Voer opdracht 35 uit om na te gaan hoe spieren veranderen als ze werken.

OPDRACHT 35

Voer de opdrachten uit en beantwoord de bijbehorende vragen.

1 Laat je rechterarm hangen naast je lichaam, met de handpalm naar voren gericht. Leg je linkerhand rond je rechterbovenarm. Ga na op welke manier de spieren aan de bovenzijde (biceps) en onderzijde (triceps) van je arm veranderen als je je rechterarm buigt en strekt. Duid je bevindingen aan in de tabel. Actie Plaats van de armspier Verandering in lengte Verandering in dikte Verandering in werking

buigen

voorzijde (biceps)korter / langer dikker / dunnerspant op / ontspant achterzijde (triceps)korter / langer dikker / dunnerspant op / ontspant

strekken

voorzijde (biceps)korter / langer dikker / dunnerspant op / ontspant achterzijde (triceps)korter / langer dikker / dunnerspant op / ontspant 2 Vraag een klasgenoot om met gesloten ogen op één been te staan. Probeer de klasgenoot uit evenwicht te brengen door een por tegen de schouders te geven, vanuit een willekeurig gekozen richting. a Welke reacties om de gevraagde positie te bewaren neem je waar bij de leerling? b Wat is het doel van de samenwerking van de spieren? 3 Wat besluit je uit de twee opdrachten? ©VAN IN

Je leerde al dat een skeletspier wordt aangestuurd door het zenuwstelsel. Zodra impulsen aankomen in een skeletspier, trekken spierbundels in een spier samen. Door het opspannen wordt de spier korter en dikker. Vermits de uiteinden van skeletspieren aan beenderen verbonden zijn met pezen die over gewrichten lopen, zorgt het samentrekken van een spier voor de beweging van lichaamsdelen.

BEKIJK DE VIDEO Omdat spieren enkel kunnen samentrekken als ze een impuls ontvangen, zijn voor tegengestelde bewegingen aparte spieren nodig. Een spier kan dus niet uit zichzelf langer worden. Zo gebruiken we de spier aan de voorzijde van de bovenarm (de biceps) om de arm te buigen en de spier aan de achterzijde van de bovenarm (de triceps) om de arm te strekken. Spieren die tegengestelde bewegingen uitvoeren, zoals de biceps en de triceps, noemen we antagonisten. Het bewegen van botten door de samentrekking van een spier, maakt de ontspannen antagonist langer en dunner en de opgespannen antagonist korter en dikker. Antagonisten zijn steeds werkzaam rond eenzelfde gewricht. biceps spaakbeen triceps ellepijp opperarmbeen

Afb. 121 De spieren aan de voorzijde (biceps) en de achterzijde (triceps) van de bovenarm zijn antagonisten.

biceps spaakbeen

ellepijp

triceps opperarmbeen Flauwvallende geiten lijden aan myotonia congenita, een erfelijke aandoening waardoor hun (been)spieren onmiddellijk verstijven wanneer ze schrikken, zodat ze omvallen. Ze vallen dus niet echt flauw. Geiten met die afwijking worden selectief gekweekt, want ze zijn bij heel wat mensen in trek. Zo laten herders graag een of meerdere van dergelijke geiten met hun kudde schapen meelopen. Wanneer een wolf opduikt, vallen de geiten om en vormen een makkelijke prooi. Zo beschermen de herders hun schapen, die duurder zijn dan de geiten. WEETJE BEKIJK DE VIDEO©VAN IN

Bekijk de video en beantwoord de vragen.

Het filmpje start met een herhaling van de macroscopische en microscopische bouw van een spier. Daarna wordt getoond hoe spieren samentrekken op (sub)microscopisch niveau. 1 Wat gebeurt er in de spier als de spier samentrekt? 2 Hoe wordt een spiervezel korter? Je zag al dat spieren (uitgezonderd de hartspier) aangestuurd worden door het zenuwstelsel. Als een elektrisch signaal spiervezels bereikt, schuiven de eiwitdraden of myofilamenten over elkaar. Zo worden de einden van alle sarcomeren in de myofibrillen van een spiervezel naar elkaar getrokken, waardoor de spiervezel korter wordt. Door het korter worden van de spiervezels, spant een spier op.

BEKIJK DE VIDEO BEKIJK DE VIDEO

spiervezel myofibril myofibril/ eiwitvezel

dikke eiwitdraad dunne eiwitdraad sarcomeer in opgespannen spier

sarcomeer in ontspannen spier Afb. 122 ©VAN IN

Als een spiervezel een impuls ontvangt, worden de sarcomeren korter.

Een skeletspier trekt samen als een impuls aankomt ter hoogte van de spiervezels waaruit ze is opgebouwd. Een impuls doet de myofilamenten over elkaar schuiven, waardoor alle sarcomeren in de myofibrillen van een spiervezel korter worden. Daardoor spant een spier op. Omdat de pezen van de skeletspier vaak over gewrichten lopen, zorgt het opspannen van een spier voor de beweging van een lichaamsdeel. Doordat een impuls een spier enkel kan doen verkorten, zijn voor tegengestelde bewegingen andere spieren nodig. Die spieren noemen we antagonisten. ` Maak oefening 40 t/m 44 op p. 228 en 229. Welke verschillen zijn er in de werking van de verschillende soorten spieren? 1 Onderzoeksvraag Waarin verschilt de werking van gladde spieren, skeletspieren en hartspieren? 2 Hypothese Noteer een hypothese. 3 Benodigdheden … wasknijper … elastiek … rekenmachine … laptop/computer 4 Werkwijze 1 Tel met je wijs- en middenvinger in je hals of de pols het aantal hartslagen per minuut (hartfrequentie). 2 Wind een elastiekje enkele keren rond het uiteinde van een wasknijper (zie figuur). 3 Neem de wasknijper vast tussen duim en wijsvinger. 4 Knijp gedurende 1 à 2 minuten de wasknijper open en dicht aan ongeveer hetzelfde tempo als jouw hartfrequentie. 5 Ga met je laptop of computer naar de website http://www.clickspeedtest.com en kies ‘Clicks in 60 seconds’. 6 Probeer een zo hoog mogelijke klikscore te behalen. OPDRACHT 37 ONDERZOEK ©VAN IN

5 Waarneming • Ik telde hartslagen per minuut.

• Na een of meerdere minuten op de wasknijper te knijpen, voelde ik

• • • . Had je hetzelfde gevoel aan je hart? Heb je hetzelfde gevoel in je spijsverteringsorganen na een maaltijd? Ik kon klikbewegingen per minuut maken met de wijsvinger, wat overeenkomt met klikbewegingen per seconde. 6 Verwerking Soort spier Raken vermoeid

Snelheid samentrekken spieren om vingers te bewegen snel / traag hart snel / traag spieren in de spijsverteringsorganen snel / traag 7 Besluit Formuleer een besluit. 8 Reflectie a De uitvoering van de proef verliep vlot / niet vlot (schrap wat niet past), omdat: b Vergelijk je hypothese met je besluit. ©VAN IN

Skeletspieren kunnen snel en krachtig samentrekken. Daardoor kunnen we lichaamsdelen snel bewegen, wat nodig is om bijvoorbeeld het evenwicht te herstellen, gevaren te ontwijken en voedsel te verzamelen. Omdat het snel samentrekken veel energie vereist, zijn skeletspieren vermoeibaar. Dankzij de skeletspieren kan je lichaam snel inspelen op veranderende omstandigheden. Onderzoek toonde aan dat de meeste zoogdieren een levensduur hebben van ongeveer 1 miljard hartslagen. Muizen leven gemiddeld 2 à 2,5 jaar en hun hart slaat zo’n 600 à 700 keer per minuut. Een olifant leeft gemiddeld 60 jaar en heeft een hartslag van 30 slagen per minuut. De mens is een buitenbeentje: ons hart slaat in ons leven zo’n 2,5 miljard keer. Dat was honderden jaren geleden wellicht anders, maar door onze kennis en techniek is onze levensverwachting sterk gestegen. WEETJE Skeletspieren kunnen snel samentrekken maar zijn vermoeibaar. Gladde spieren werken trager maar zijn nagenoeg onvermoeibaar. Ze worden gebruikt voor bewegingen die de hele dag volgehouden moeten worden en geen controle van de wil vereisen. Hartspiercellen kunnen krachtig samentrekken en zijn nagenoeg onvermoeibaar. Gladde spieren werken trager maar zijn nagenoeg onvermoeibaar. Daarom zijn ze uitermate geschikt voor bewegingen die niet onder controle van de wil staan en lang moeten worden volgehouden. Gladde spieren in de wanden van het spijsverteringsstelsel, de bloedvaten en het ademhalingsstelsel zorgen dat die organen de hele dag door kunnen werken, zelfs als je slaapt. Zo helpen ze om het lichaam optimaal te laten functioneren. De werking van de hartspier vertoont kenmerken van zowel skeletspieren als gladde spieren. De hartspier is net als een gladde spier nagenoeg onvermoeibaar. Zo kan ze elke dag, van je geboorte tot je dood, onophoudelijk bloed in de bloedvaten pompen. De hartspier kan ook net als skeletspieren snel en krachtig samentrekken. Zo kan bij inspanning de hartslagfrequentie sterk stijgen (bij de mens tot wel meer dan 200 slagen per minuut), om zo meer bloed te sturen naar de spieren. ©VAN IN Spieren helpen het lichaam om optimaal in te spelen op veranderende omstandigheden.

` Maak oefening 45 en 46 op p. 229 en 230.