De kracht die een skeletspier kan ontwikkelen is afhankelijk van de spiervezeltypen (type 1, 2A en 2B) waar deze spier uit bestaat en de spierarchitectuur. De snelheid (kracht-snelheidsrelatie) waarmee een spier verkort en de spierlengte (kracht-lengterelatie) hebben echter ook een belangrijke invloed op de hoeveelheid kracht die een skeletspier kan ontwikkelen. Wanneer de snelheid van een concentrische contractie toeneemt, kan de skeletspier steeds minder kracht ontwikkelen. Ook zal de spier minder kracht kunnen ontwikkelen, wanneer de spierlengte ver buiten de optimumlengte van deze spier ligt.
Kracht-snelheidsrelatie van skeletspieren
De kracht die een skeletspier kan ontwikkelen is een functie van de snelheid waarmee deze zelfde skeletspier verkort. Anders beschreven wanneer een skeletspier snel verkort, kan deze skeletspier weinig kracht genereren. Het tegenovergestelde is ook waar; wanneer de skeletspier veel kracht moet genereren, zal de snelheid van verkorten laag zijn. Met een praktisch voorbeeld wordt de kracht-snelheidsrelatie nog duidelijker: wanneer je een zware last van de grond moet optillen, neemt dit veel tijd in beslag. Wanneer je een lichte last van de grond moet optillen, neemt dit weinig tijd in beslag.
Bij het bestuderen van de kracht-snelheidsrelatie van skeletspieren is het belangrijk aandacht te hebben voor het feit dat de kracht die een skeletspier kan ontwikkelen, afneemt wanneer de snelheid van verkorten toeneemt. Wanneer de snelheid van verlengen van een skeletspier toeneemt, kan de skeletspier echter meer kracht ontwikkelen. Anders beschreven; bij een snelle concentrische contractie kan weinig kracht gegenereerd worden. Bij een snelle excentrische contractie kan veel kracht gegenereerd worden. Met een praktisch voorbeeld wordt dit wellicht duidelijker; wanneer je vanuit stand op een tafel van bijvoorbeeld 120 centimeter moet springen (concentrische contractie), kost dit meer moeite dan jezelf opvangen (excentrische contractie) als je van diezelfde tafel afspringt.
Fysiologische basis van de kracht-snelheidsrelatie van skeletspieren
De spier kan meer kracht genereren bij een langzame concentrische contractie, omdat bij die contractievorm er in het sarcomeer meer myosine-crossbridges gevormd kunnen worden.
Ook kan de spier bij een snelle excentrische contractie meer kracht genereren, omdat bij een excentrische contractie de myosinekoppen alleen meer een myosine-crossbridge hoeven te vormen, maar niet hoeven om te klappen. Voor het omklappen van de myosinekop is energie in de vorm van ATP nodig. De snelheid waarmee deze energie gevormd kan worden, bepaalt bij een concentrische contractie de kracht die gegenereerd kan worden. Het myosinefilament hoeft bij verlenging van het sarcomeer alleen het actinefilament af te remmen en hiervoor is veel minder energie nodig. Er is dus veel minder energie in de vorm van ATP nodig.
Kracht-lengterelatie van spieren
De kracht die een skeletspier kan ontwikkelen bij een isometrische contractie is een functie van de spierlengte, of beter gezegd de lengte van de sarcomeren van die skeletspier. Het sarcomeer kan een lengte hebben tussen de 1,5 en 3,5 micrometer.
Bij een lengte van 1,5 micrometer zijn de actinefilamenten voorbij de myosinefilamenten geschoven. Er kunnen dan bijna geen nieuwe myosine-crossbridges gevormd worden en de spier kan weinig kracht leveren.
Bij een lengte van 3,5 micrometer is er bijna geen overlap tussen de actine- en myosinefilamenten en er kunnen geen myosine-crossbridges gevormd worden en de spier kan weinig kracht genereren.
Bij een lengte van tussen de 80 en 120% van de rustende spierlengte (ongeveer 2,2 micrometer) kan het sarcomeer steeds nieuwe myosine-crossbridges vormen, omdat de overlap tussen myosine- en actinefilamenten ideaal is. De skeletspier kan bij deze sarcomeerlengte de meeste kracht leveren.
Bronnen:
JE. Hall, 2013, Pocket Companion to Textbook of Medical Physiology, Elsevier Inc
GA Thibodeau, Patton KT 2012, Anatomy & Physiology, Mosby/Elsevier
EN Marieb, Hoehn K 2012, Human Anatomy & Physiology, Pearson/Benjamin Cummings