college 10

Question 1

Hoe is de hogere vuurfrequentie tijdens het concentrische deel van de contractie te verklaren?

Answer 1

uidelijk is dat om een zelfde extern moment te leveren tijdens een concentrische spiercontractie, de spier meer wordt aangestuurd: tijdens een beweging is de spier op grond van zijn kracht-snelheidsrelatie immers minder sterk dan tijdens een isometrische contractie. Tijdens de beweging werkt de spier dus op een relatief groter percentage van de maximaal mogelijke kracht (60 Nm = 25% van het MVC dat mogelijk is bij deze snelheid) dan tijdens de isometrische stukken van de contractie (60 Nm is 20% van isometrisch MVC).
Let op: dit is een trage beweging (anders is de opdracht niet uit te voeren voor de proefpersoon). De kniehoek verandert 20 graden (strekt van 60 naar 40 graden) in 2 seconden tijd. Dergelijke effecten zijn bij hogere snelheden veel groter.

Question 2

rende de eerste 10 sec van de contractie zie je een afname in de vuurfrequentie optreden, door?

Answer 2

door bv. motor-unitadaptatie en/of toename van Renshaw-inhibitie en/of afnemende Ia-afferente ondersteuning. Bij extreme vermoeidheid (vlak voordat de kracht onder de 50% dreigt te raken) zie je in dit geval een enorme toename in de vuurfrequentie van de 2 motor units die ‘in beeld’ zijn. Op dat moment (rond t=50 sec) levert deze proefpersoon een kracht van 100% van wat op dat moment mogelijk is (door vermoeidheid is de spier half zo sterk geworden tijdens deze lange contractie). Dus de aansturing is maximaal: alle units zijn gerekruteerd en vuren met (bijna) maximale frequentie.

Question 3

Motor-unitadaptatie:

Answer 3

bij een constante stroom (input) aan
het alfa-motoneuron daalt de vuurfrequentie (output) van het neuron,
mogelijk zelfs bij toenemende exciterende input.
Als je een elektrode in een alfa-motorische-voorhoorncel prikt en je zendt er een constante stroom doorheen, dan gaat het motoneuron vuren, maar al vrij snel zie je dat de vuurfrequentie (‘vanzelf’) afneemt:
Dit mechanisme kan ertoe bijdragen dat je tijdens langdurig isometrische contracties een kleine afname in vuurfrequentie ziet van units die vanaf het begin zijn ingeschakeld, terwijl je eigenlijk een toename zou verwachten (door het vermoeid raken van de ingeschakelde units) vanaf het moment dat de kracht constant wordt gehouden. Die toename in vuurfrequentie kan immers het verlies aan kracht in compenseren (daarnaast worden wel degelijk extra units ingeschakeld, zie volgende slide).

Question 4

Units die net aan gerekruteerd worden (onderste drie) vuren onregelmatig:

Answer 4

grote wisselingen in vuurfrequentie.

Question 5

als de vuurfrequentie van de y-motoneuronen afneemt
A. wordt het contractiele deel van de spierspoeltjes langer, met als gevolg toenemende excitatie van de alfa-motoneuronen van dezelfde spier
B. wordt het contractiele deel van de spierspoeltjes korter, met als gevolg toenemende excitatie van de alfa-motoneuronen van dezelfde spier
C. wordt het sensore deel van de spierspoeltjes langer, met als gevolg afnemende excitatie van de alfa-motoneuronen van dezelfde spier
D. wordt het sensore deel van de spierspoeltjes korter, met als gevolg afnemende excitatie van de alfa-motoneuronen van dezelfde spier

Answer 5

D

Question 6

Er zijn drie methodes om rekrutering van spiervezels te bestuderen, elk met hun eigen voor- en nadelen:

Answer 6

Single motor unit EMG (elektrisch)
Glycogeendepletie (biochemisch I)
CrP(creatinefosfaat)-afbraak (biochemisch II)

Question 7

Voordelen single motor unit EMG

Answer 7

Nauwkeurige informatie over vuurgedrag en rekruteringsdrempel (size)
Herhaalde metingen mogelijk
Veranderingen in de tijd (vermoeidheid) kunnen bestudeerd worden
Pijnloos

Question 8

Nadelen single motor unit EMG

Answer 8

Slechts informatie over beperkt aantal units
Vuurgedrag lastig te bestuderen bij hoge krachten en tijdens ‘dynamische’ contracties
Analyse is arbeidsintensief

Question 9

waarom nog meer geen EMG?

Answer 9

Met verschillende vormen van intramusculair EMG kunnen we belangrijke informatie krijgen over het vuurgedrag van motor units en daarmee de aansturing van spieren. Alleen weten we niet welke spiervezels er precies actief zijn geweest. Bovendien zijn dergelijke EMG-technieken erg moeilijk uitvoerbaar en beperkt dergelijk onderzoek tot zich nu dan ook tot voornamelijk de kleinere spieren, en dan vooral tijdens isometrische contracties en bovendien meestal op lage krachtniveaus. Natuurlijk wilde men ook weten welke spiervezels er actief zijn tijdens dynamische bewegingen, zoals lopen en springen. Worden er tijdens snelle explosieve bewegingen bv. selectief alleen de grote motor units ingeschakeld?

Question 10

In de spieren ligt glycogeen opgeslagen in verschillende compartimenten:

Answer 10

in de myofibrillen, tussen de myofibrillen en onder het sarcolemma. De intramyofibrillaire glycogeen lijkt b.v. het meest toe te nemen bij ‘glycogeen laden’ , dat lijkt ook logisch immers deze glycogeen zit het dichts bij actine en myosine.

Question 11

wat is suiker voor de spieren

Answer 11

belangrijke brandstof

Question 12

bij elke gram suiker hoeveel water?

Answer 12

3 gram in de lever

Question 13

De hoeveelheid glycogeen in spieren kan worden verdubbeld door

Answer 13

glycogeenstapelingsstrategieën: enkele dagen zware inspanningen met weinig koolhydraatinname, gevolgd door lichte inspanningen en heel koolhydraatrijke voeding in de laatste dagen voor een wedstrijd.
Suikers worden in de glycolyse afgebroken tot pyruvaat, dat in de mitochondriën weer verder afgebroken kan worden tot CO2 en H2O. Hierbij wordt veel ATP gemaakt. Van het feit dat spiervezels suikers verbranden als ze arbeid moeten leveren kan gebruikgemaakt worden om iets te weten te komen over de rekrutering (het gebruik) van verschillende spiervezeltypes, bv. tijdens ‘whole body exercise’.

Question 14

wat zijn rode spiervezels

Answer 14

type 1, oxidatief, bevatten minder glycogeen

Question 15

wat zijn witte spiervezels

Answer 15

type 22, glycolytisch

Question 16

in rust, hoe zien de witte en rode gebieden er uit?

Answer 16

rood: ongelijk verdeeld van glycogeen
wit: gelijk verdeeld van glycogeen

Question 17

lichte PAS voor?

Answer 17

type 1 vezels en donker voor type 2

Question 18

Relatie tussen glycogeen (biochemisch gemeten) en PAS-intensiteit , wat voor relatie?

Answer 18

Er is een lineaire relatie tussen glycogeeninhoud en kleurintensiteit
van de glycogeenkleuring (PAS)
(data bij de mens)
Met andere woorden: deze PAS-kleuring is een goede maat voor de hoeveelheid glycogeen die in een spiervezel aanwezig is.

Question 19

hoe ziet een glycogeen grafiek eruit na 60s sprinten?

Answer 19

Onderaan zijn twee grafieken toegevoegd voor de situatie na inspanning (E, F). In vergelijking met de middelste grafieken (C, D; rust) is te zien dat met name de glycogeeninhoud van de IIB- en IIX-vezels is gedaald. Verder lijkt het erop dat de type I vezels niet zo actief zijn geweest. Dit is raar, want volgens het size principle zouden ook de type I units actief moeten zijn geweest.

Question 20

wat is er aan de hand na 60 sec sprint?

Answer 20

Wat is hier aan de hand?
De glycolyse is minder actief in type I vezels (ook al worden de vezels maximaal aangestuurd): de type I vezels hebben vetten gebruikt voor energieleverantie en daardoor glycogeen gespaard. Hierdoor lijkt het alsof ze minder actief zijn geweest dan type II vezels, maar schijn bedriegt. Hiermee wordt direct een zwak punt van de glycogeendepletiemethode blootgelegd als het gaat om de bepaling welke spiervezels er in welke mate actief zijn geweest. Spieraansturing wordt op een indirecte manier gemeten en niet alleen de aansturing bepaalt of een spiervezel suikers gebruikt: adrenaline (stress) leidt bv. ook direct tot afname in spierglycogeen (zie volgende slide)

Question 21

Mogelijke verklaringen voor wat er aan de hand is

Answer 21

Hoger energiegebruik per tijdseenheid in type II vezels (hogere ATPase-activiteit): 60 sec is te kort om glycogeenafname in type I vezels te meten

Mogelijk toch al een aandeel vetverbranding in type I vezels.

Glycolyse is veel actiever in type II vezels: niet alle afgebroken glycogeen wordt direct omgezet in energie, je hebt ook toename van de concentraties intermediairen van de glycolyse (die niet kleuren met PAS)

Grotere afname glycogeen in type II vezels onder invloed van adrenaline?

Bv. glycolyse is minder actief in type I vezels (ook al worden de vezels maximaal aangestuurd), of type I vezels hebben vetten gebruikt voor energieleverantie en daardoor glycogeen gespaard. Nu lijkt het alsof ze minder actief zijn geweest dan type II vezels, maar schijn bedriegt. Hiermee wordt direct een zwak punt van de glycogeendepletiemethode blootgelegd als het gaat om de bepaling welke spiervezels er in welke mate actief zijn geweest. Spieraansturing wordt op een indirecte manier gemeten en niet alleen de aansturing bepaalt of en spiervezel suikers gebruikt: adrenaline (stress) leidt bv. ook direct tot afname in spierglycogeen (zie volgende slides).
N.B. niet alle glycogeen die ‘verdwijnt’ na kleuring is omgezet in energie: een belangrijk deel is afgebroken tot intermediairs van de glycolyse en die kleuren niet met PAS, bij type I vezels gebeurt dit in mindere mate dan bij type II vezels (hogere glycolytische activiteit)

Question 22

Adrenaline activeert

Answer 22

glycogeen-fosforylase. Dit glycogeen is natuurlijk niet gebruikt om ATP aan te maken: het meeste is waarschijnlijk omgezet in intermediairs (tussenproducten) van de glycolyse

Question 23

Conclusie: de IIX- en IIB-vezels in de ratten-gastrocnemius worden pas actief bij

Answer 23

Galopperen

Question 24

wat kwam nog meer uit het onderzoek?

Answer 24

geeft bewijs dat ook tijdens whole body excursie rekrutering van motor units volgens het size principle verloopt

Question 25

De glycogeendepletiemethode wordt ook bij de mens toegepast:

Answer 25

single motor unit EMG lukt niet bij (langdurige) dynamische inspanning, omdat elektrodes gaan verschuiven in de spier

Question 26

Nadelen glycogeendepletiemethode:

Answer 26

Kortdurende inspanning (bv. 60 sec sprint) leidt niet tot voldoende glycogeenafname in met name type I vezels, om aan te kunnen tonen dat dergelijke vezels wel degelijk geactiveerd zijn geweest. Soms glycogeenafname zonder fysieke activiteit (bv. stress) Als je glycogeenafname ziet, dan weet je nooit zeker of zo’n vezel al vanaf het begin van de inspanning geactiveerd is geweest, of pas later tijdens de inspanning is ingeschakeld. Biopten noodzakelijk, dus beperkt aantal metingen mogelijk

Question 27

Voordeel (t.o.v. motor unit EMG):

Answer 27

je kan van erg veel (proefdieren, hele spier) tot redelijk veel (mens, biopt) vezels onderzoeken of en in welke mate ze actief zijn geweest ook tijdens dynamische in vivo bewegingen. (als de inspanning langer duurt dan tenminste 10 min).

Question 28

PCr-afnamemethode biochemisch II

Answer 28

i.t.t. glycogeen vertoont creatinefosfaat (CrP of PCr) | bij spieractiviteit wel een snelle daling

Question 29

creatine vertoont razendsnelle daling bij spieractiviteit dus;

Answer 29

creatinekinase reactie om te verkopen dat ATP te veel daalt Reactie B verloopt tijdens inspanning razendsnel naar rechts om daling [ATP] (zoveel mogelijk) te voorkomen

Question 30

wat is de ratio van PCR/Cr

Answer 30

een gevoelige maat voor het korte termijn gebruik van een spiervezel bv. in rust geldt [PCr]/[Cr]=8/2=4 Indien 1 PCr molecuul (1/8 deel~12%)) wordt omgezet in 1 Cr (en Pi) tijdens inspanning dan wordt [PCr]/[Cr]=7/3~2.3, dus de ratio neemt 42 % (4-2.3)/2.3 af (terwijl PCr slechts 1/8~12 % afneemt) ier spiercontracties van 1 sec zijn al voldoende om met een eventuele daling van de PCr/Cr-ratio te kunnen vaststellen of vezels actief zijn geweest.

Question 31

Hoe wordt een spieranalyse gedaan?

Answer 31

Het weefsel wordt gevriesdroogd. Het bevat dus geen water meer (dus biochemische reacties verlopen niet meer) en onder een microscoop kunnen de vezels losgepulkt worden uit het biopt. De vezels worden gericht en in gelatine gegoten, waarna er plakjes van het geheel gesneden kunnen worden, die vervolgens kunnen worden gekleurd voor bepaalde eiwitten(enzymen). Per vezel wordt eerst de spiervezelmembraan opgelost en kapotgemaakt. Membraanresten worden d.m.v. centrifugeren verwijderd. Uiteindelijk hou je een oplossing over met daarin CrP en Pi (maar ook ATP, AMP, IMP en andere stoffen).

Question 32

De CrP en Cr in een spiervezel kan worden bepaald met

Answer 32

een HPLC (High Pressure Liquid Chromotography).

Question 33

wat houdt HPLC een beetje in?

Answer 33

door middel daarvan kan met licht de hoeveelheden Per en Cr worden gekwantificeerd: de mate van lichtabsorptie bij specie golflengte, omgezet in piekjes op een schrijver. Vervolgens weet je dus, na inspuiting van je ‘spiervezeloplossing’ ook de concentratie Cr en CrP die in je spiervezels zaten.

Question 34

welke?

Answer 34

ADP, ATP, AMP en IMP

Question 35

Zeven maximale contracties van 1 sec zijn genoeg om in alle vezels een duidelijke daling van PCr/Cr te krijgen. wat laat dit zien?

Answer 35

Dit laat zien hoe gevoelig deze methode is. Na 4 maximale contracties is er in alle vezeltypes sprake een duidelijke daling van de ratio's. Het totaal aantal geanalyseerde vezels staat boven de grafieken. Zeven maximale contracties van 1 sec zijn genoeg om in alle vezels een duidelijke daling te krijgen

Question 36

wat is de gemiddelde ratio in type 1 en 2 vezels?

Answer 36

1.6-1 en 1.3-2

Question 37

wat toon je aan met de Per-methode?

Answer 37

Met de PCr-methode hebben we aangetoond dat met een toename van de kracht er steeds meer vezels actief worden (een daling van de PCr/Cr-ratio laten zien). Type IIA vezels worden pas ergens tussen de 39% en 72% MVC gerekruteerd en type IIX vezels op nog hogere intensiteit. Op iedere intensiteit zijn telkens 7 isometrische contracties uitgevoerd (1 sec aan, 1 sec uit). In deze studie waren heel weinig vezels die puur IIX waren, vandaar dat alle vezels waar naast IIA- ook nog IIX-myosine in voorkwam (hybride IIAX-vezels) en de pure IIX bij elkaar als één groep zijn opgenomen in de analyse als IIAX.

Question 38

voordelen pCr en nadelen

Answer 38

Met de CrP/Cr-ratio methode volstaan enkele contracties om inzicht te krijgen in spiervezelgebruik. Het grote voordeel van deze methode is dat ook inzicht te krijgen is in vezelgebruik tijdens kortdurende (kan niet met glycogeendepletie) maximale explosieve (kan niet met m.u. EMG, dan verschuift de elektrode) inspanning. Nadelen: arbeidsintensief en biopt vereist.

Question 39

conclusie van de onderzoeksmethoden:

Answer 39

Met verschillende onderzoeksmethoden is tijdens verschillende soorten inspanning, bij mens en dier, bevestigd dat motor units (spiervezels) gerekruteerd worden volgens het size principle

Question 40

anaeroob metabolisme : 4 reacties

Answer 40

A. ATP hydrolyse B. creatine kinase C. adenylate kinase en myoadenylatie deaminase reactie D. Anaerobe glycolyse

Question 41

te veel ATP leidt tot:

Answer 41

Te veel ATP zou leiden tot een grote hoeveelheid ongewenste, niet te reguleren biochemische reacties. Bovendien is energieopslag in de vorm van grote hoeveelheden ATP heel erg inefficiënt, omdat ATP (letterlijk) een relatief zwaar molecuul is

Question 42

hoeveel kan de hydrolyse app toenemen tijdens inspannning?

Answer 42

een factor van 100

Question 43

Om het probleem van de beperkte voorraad ATP op te lossen beschikt de spiercel over

Answer 43

een voorraadje PCr dat vijf maal zo groot is dan [ATP]. In rust is 80% aanwezig in vorm van PCr en 20% als Cr(eatine). Creatine krijgen we binnen bij het eten van vlees en het kan gemaakt worden in de lever.

Question 44

in atp hydrolyse wordt een H+ gevormd, wat doet dit met de ph?

Answer 44

In A wordt H+ gevormd en dit zou leiden tot een daling van de pH. Echter, een deel van de gevormde H+ wordt gebonden (gebufferd) door Pi. . In B wordt per molecuul gevormd ATP een H+ opgenomen. A en B samen leiden daarom tot een kleine stijging van de pH aan het begin van inspanning. A= atp hydrolyse B = creatine kinase reactie

Question 45

Creatine-kinasereactieevenwichtsreactie, betekent:

Answer 45

Dit betekent niet: [PCr]= [Cr] In rust geldt: s1=s2, dus de verhouding (ratio) tussen producten (rechts) en substraten (links) blijft constant (K): ([Cr]x[ATP]) / ([PCr]x[ADP])=K In rust zijn [PCr] en [ATP] beide hoog (en [ADP] en [Cr] laag) in evenwicht evenveel Per afgebroken als gemaakt via Cr

Question 46

In rust is de netto flux door CK ?

Answer 46

nul, maar de omzetting links naar rechts en andersom vindt continu plaats. De CK-reactie kan in evenwicht blijven, doordat de ATP die in rust nodig is per tijdseenheid (bv. per minuut) relatief gering is en daardoor volledig aeroob geleverd kan worden.

Question 47

wat gebeurt er tijdens inspanning met het evenwicht

Answer 47

Tijdens inspanning zal [ATP] iets dalen (er wordt ATP gebruikt) en [ADP] iets toenemen: dan geldt s1>s2; CK probeert de verhouding (ratio) tussen substraten en producten constant (K) te houden: ([Cr]x[ATP]) / ([PCr]x[ADP])=K Tijdens inspanning zal [PCr] afnemen en [Cr] toenemen De [ATP] zal iets dalen (o.a. door ontkoppeling van crossbridges), dus rechts verdwijnt er wat ATP. Er wordt a.h.w. aan de rechterkant plaats gemaakt voor de vorming van nieuw ATP uit PCr en ADP. Dit gebeurt dan ook: er zal een netto flux naar rechts optreden. Zolang er ATP wordt gebruikt, dan zal voor reactie B gelden dat de reactie naar rechts groter is dan de reactie naar links (= netto flux naar rechts). Je kan het ook anders beschouwen: om evenwichtsreacties (dubbele pijlen) vooral naar rechts te laten lopen, moeten de productconcentraties aan de rechterkant laag gehouden worden (=continu plaatsmaken). Dat gebeurt tijdens inspanning, doordat er continu ATP wordt gebruikt: de reacties worden een heel klein beetje uit evenwicht gehaald, waardoor er een netto flux ontstaat.

Question 48

Tijdens inspanning wordt er continu ATP gebruikt. Daardoor lukt het CK niet om echt het evenwicht te herstellen:

Answer 48

: de reactie wordt een heel klein beetje uit evenwicht gehouden, waardoor er een netto flux ontstaat. s1>s2: er is sprake van een flux Hoe meer substraatmoleculen er per tijdseenheid worden omgezet in productmoleculen, des te groter de flux is.

Question 49

wat is flux?

Answer 49

De flux is een maat voor het aantal substraatmoleculen (in dit geval PCr en ADP) dat per tijdseenheid (bv. per ms) wordt omgezet in productmoleculen (in deze reactie Cr en ATP

Question 50

Er wordt dus alleen ATP geproduceerd met behulp van het enzym creatinekinase indien er

Answer 50

er ATP wordt gebruikt (bv. door myosine-ATPase), dus als de reactie naar rechts overheerst komt er energie vrij waarmee ATP wordt gemaakt. Men zegt dan dat de ∆ G voor deze reactie negatief wordt

Question 51

exotherm =

Answer 51

negatief

Question 52

endotherm

Answer 52

positief

Question 53

G is niet constant, maar?

Answer 53

hangt oa af van de concentratie van de substraten(links) en producten (rechts)

Question 54

G is 0 indien

Answer 54

de reacties naar rechts (s1) en links (s2) precies in | evenwicht zijn, zoals bv. bij de CK-reactie in rust

Question 55

Tijdens inspanning wordt ∆ G voor deze reactie

Answer 55

negatief: er komt | energie vrij, waarmee in de CK-reactie ATP wordt gevormd

Question 56

waarom wordt reactie A naar rechts gezogen tijdens inspanning?

Answer 56

Tijdens inspanning wordt in reactie A voor een netto flux naar rechts gezorgd door reacties B (daarbij wordt immers ADP gebruikt) en door C (adenylaatkinasereactie). Het evenwicht in de adenylaatkinasereactie (C.a) wordt op zijn beurt naar rechts getrokken doordat ATP wordt gebruikt in de contractie, maar ook doordat AMP in C.b (de myoadenylaatdeaminasereactie) wordt omgezet in IMP. Reacties C treden alleen op tijdens maximale dynamische inspanning.

Question 57

Tijdens maximale sprintarbeid zal er dus een beetje ATP verdwijnen en omgezet worden in IMP. wanneer vind dit plaats?

Answer 57

De resynthese van ATP uit IMP vindt gedurende de eerste 10 minuten in het herstel plaats (in de purine-nucleotidecyclus). Per seconde komt er heel veel ATP beschikbaar via A, B en C (hoge flux), maar in totaal is er niet heel veel ATP beschikbaar.

Question 58

hoeveel ATP makt glycolyse

Answer 58

De anaerobe glycolyse kan in totaal (hoeveelheid) ongeveer net zoveel ATP leveren als via de CK-reactie beschikbaar komt, maar per seconde levert de glycolyse slechts de helft: bij sprints langer dan 80-100 m moet de snelheid / het geleverde vermogen (en daarmee het energiegebruik) omlaag.