Samenvatting · Biologie · vwo 5 Zenuwstelsel en spierwerking

Zenuwstelsel en spierwerking

1. Bewuste reacties, onbewuste reacties en reflexen

Het animale zenuwstelsel regelt vooral bewuste bewegingen van skeletspieren. Als je bewust beweegt, ontstaan impulsen in bewegingscentra van de grote hersenen. Via schakelneuronen, de kleine hersenen, hersenstam en het ruggenmerg bereiken deze impulsen motorische neuronen. Die stimuleren skeletspieren tot contractie.

Daarnaast verwerkt het zenuwstelsel ook veel prikkels zonder dat je je daarvan bewust bent. Een belangrijke vorm hiervan is de reflex:

• Een reflex is een vaste, snelle, onbewuste reactie op een bepaalde prikkel.
• Reflexen beschermen het lichaam, bijvoorbeeld de terugtrekreflex bij aanraking van een heet voorwerp.
• Andere reflexen helpen bij houding en beweging, bijvoorbeeld de kniepeesreflex.
• Voorbeelden zijn de hoestreflex, slikreflex, pupilreflex, ooglidreflex, voetzoolreflex, zuigreflex en speekselafscheiding.

De snelle reactie is mogelijk doordat de grote hersenen niet nodig zijn om de reflex direct uit te voeren. Wel ontvangen de grote hersenen impulsen nadat de reflex al heeft plaatsgevonden. Daardoor word je je pas kort daarna bewust van de pijnprikkel en je reactie.

2. Reflexboog

De weg die impulsen tijdens een reflex afleggen, heet een reflexboog. Deze bestaat uit:

Bij reflexen van romp en ledematen liggen de schakelneuronen in het ruggenmerg. Reflexen van hoofd en hals verlopen via schakelneuronen in de hersenstam.

Bij de meeste reflexen ligt er een schakelneuron tussen het sensorische en motorische neuron. De kniepeesreflex is een uitzondering: hierbij kunnen impulsen van een sensorisch neuron ook rechtstreeks worden doorgegeven aan een motorisch neuron. Daardoor is deze reflex bijzonder snel.

3. Het autonome zenuwstelsel

Het autonome zenuwstelsel, ook wel vegetatieve zenuwstelsel, staat niet onder invloed van de wil. Het regelt gladde spieren, hartspieren en klieren en werkt nauw samen met het hormoonstelsel. Het draagt bij aan de handhaving van de homeostase.

Het autonome zenuwstelsel bestaat uit twee delen:

Beide delen zijn steeds actief. De omstandigheden bepalen welk deel de sterkste activiteit heeft. Elk doelwitorgaan ontvangt impulsen via zowel een orthosympathische als een parasympathische zenuw. Hierdoor kan de activiteit van een orgaan worden gestimuleerd of geremd.

Orthosympatische werking

Het orthosympatische deel bevordert verbranding en maakt energie beschikbaar voor lichamelijke activiteit. Het:

• verwijdt de pupillen;
• remt de afscheiding van speeksel;
• verhoogt de ademfrequentie en verwijdt de vertakkingen van de bronchiën;
• verhoogt de hartslagfrequentie;
• remt de afscheiding van maagsap en alvleessap;
• stimuleert de afgifte van glucose door de lever;
• remt de afscheiding van darmsap en darmbeweging;
• stimuleert de afscheiding van adrenaline;
• remt de samentrekking van de urineblaas;
• remt de werking van de geslachtsorganen.

Parasympatische werking

Het parasympatische deel bevordert herstel, vertering en opslag van energierijke stoffen. Het:

• vernauwt de pupillen;
• stimuleert de afscheiding van speeksel;
• verlaagt de ademfrequentie en vernauwt de vertakkingen van de bronchiën;
• verlaagt de hartslagfrequentie;
• stimuleert de afscheiding van maagsap en alvleessap;
• stimuleert de samentrekking van de galblaas;
• stimuleert de afscheiding van darmsap en darmbeweging;
• stimuleert de samentrekking van de urineblaas;
• stimuleert de werking van de geslachtsorganen.

Bepaalde centra in de hersenstam coördineren de activiteit van het autonome zenuwstelsel.

4. Rustpotentiaal en actiepotentiaal

Neuronen communiceren door impulsgeleiding en impulsoverdracht. De elektrische basis hiervan is de verdeling van natriumionen (${\text{Na}}^{+}$) en kaliumionen (${\text{K}}^{+}$).

In een neuron in rust zijn er relatief veel ${\text{Na}}^{+}$-ionen buiten de cel en relatief veel ${\text{K}}^{+}$-ionen binnen de cel. Grote negatief geladen moleculen, zoals eiwitten, bevinden zich vooral in het cytoplasma. Hierdoor is de buitenzijde van het celmembraan positief en de binnenzijde negatief geladen.

Het spanningsverschil over het celmembraan is ongeveer $-70\text{mV}$. Dit heet de rustpotentiaal.

De rustpotentiaal wordt in stand gehouden door de natrium-kaliumpompen:

• deze transporteiwitten vervoeren actief ${\text{Na}}^{+}$-ionen naar buiten;
• zij vervoeren actief ${\text{K}}^{+}$-ionen naar binnen;
• voor dit actieve transport is ATP nodig;
• sommige ionen diffunderen terug via transportkanalen.

5. Ontstaan van een impuls

Een prikkel of neurotransmitter kan ionkanalen in het celmembraan openen. De fasen van een actiepotentiaal zijn:

Tijdens de refractaire periode kan een deel van het membraan geen of minder goed nieuwe impulsen geleiden. Deze herstelfase duurt ongeveer $1\text{ms}$. De refractaire periode zorgt er ook voor dat een impuls zich langs een axon in één richting voortplant.

Volgens het alles-of-nietsprincipe ontstaat alleen een actiepotentiaal wanneer de prikkeldrempel wordt overschreden. De impulssterkte is bij alle neuronen gelijk. Een sterkere prikkel veroorzaakt dus geen grotere actiepotentiaal, maar een hogere impulsfrequentie: meer impulsen per tijdseenheid.

6. Geleiding en overdracht van impulsen

In een ongemyeliniseerde neuronuitloper depolariseert een actiepotentiaal het aangrenzende membraangedeelte. Daar openen vervolgens ${\text{Na}}^{+}$-kanalen, zodat de actiepotentiaal opnieuw ontstaat. Achter het actieve deel repolariseert het membraan door uitstroom van ${\text{K}}^{+}$-ionen.

Bij een gemyeliniseerd axon kan depolarisatie alleen optreden bij de insnoeringen. De impuls springt daardoor van insnoering naar insnoering: sprongsgewijze impulsgeleiding. Dit verloopt ongeveer 50 keer zo snel als geleiding in een axon zonder myelineschede. Beschadiging van myelinescheden, zoals bij MS, vertraagt dus de impulsgeleiding sterk.

Een synaps bestaat uit:

• het presynaptische membraan van het axonuiteinde;
• de synaptische spleet;
• het postsynaptische membraan van de doelwitcel.

Bij aankomst van een impuls komen neurotransmitters vrij uit synaptische blaasjes. De neurotransmitter bindt aan een receptoreiwit in het postsynaptische membraan. Hierdoor openen ionkanalen en kunnen ionen diffunderen. Neurotransmitters worden daarna afgebroken door enzymen of opnieuw opgenomen door het presynaptische membraan.

Een EPSP is een kleine depolarisatie van het postsynaptische membraan. Een IPSP is een kleine hyperpolarisatie. EPSP’s en IPSP’s kunnen gelijktijdig optreden. Door summatie kunnen meerdere EPSP’s samen de drempelwaarde overschrijden. IPSP’s kunnen het effect van EPSP’s verminderen of neutraliseren.

7. Spierweefsel en spiercontractie

Er zijn drie typen spierweefsel:

Een skeletspier bestaat uit spierbundels, spiervezels en spierfibrillen. Spierfibrillen bevatten dunne actinefilamenten en dikke myosinefilamenten. Door hun regelmatige rangschikking zijn lichte en donkere banden zichtbaar.

Een motorisch neuron en alle spiervezels die het via motorische eindplaatjes aanstuurt, vormen samen een motorische eenheid. Bij een impuls komt in elk motorisch eindplaatje acetylcholine vrij. Hierdoor ontstaan EPSP’s in de spiervezels en trekken alle spiervezels van die motorische eenheid maximaal samen.

Bij contractie:

De kracht van een spier hangt af van het aantal gelijktijdig geactiveerde motorische eenheden. Motorische eenheden trekken niet allemaal tegelijk samen, waardoor snelle vermoeidheid wordt beperkt.

8. Houding, antagonisten en training

Tonus is de lichte, voortdurende spanning in skeletspieren door af en toe actieve motorische eenheden. Tonus helpt bij het handhaven van de lichaamshouding.

Spierspoeltjes registreren uitrekking van spieren. Via een reflex veroorzaken zij contractie, waardoor overmatige rek wordt tegengegaan. Peesspoeltjes liggen bij de overgang van pees naar spier en registreren verandering in spierspanning. Zij kunnen motorische neuronen remmen en maken bewegingen vloeiender.

Antagonisten zijn spieren met een tegengesteld effect. Bij het buigen van de arm trekt de biceps samen en ontspant de triceps. Bij het strekken gebeurt het omgekeerde.

Langzame rode spiervezels zijn goed doorbloed, bevatten veel mitochondriën en raken weinig snel vermoeid. Snelle witte spiervezels zijn minder goed doorbloed, bevatten minder mitochondriën en kunnen sneller en krachtiger samentrekken, maar raken sneller vermoeid.

Bij krachttraining neemt het aantal filamenten in myofibrillen toe, waardoor spiervezels dikker worden. Bij duurtraining neemt vooral de doorbloeding van spieren toe. Een warming-up stimuleert de bloedsomloop, vergroot de aanvoer van zuurstof en glucose en vermindert de kans op blessures.

Voorbeeld

Opgave

Iemand raakt een hete pan aan en trekt zijn hand terug. Beschrijf de reflexboog en noem de spierwerking.

Oplossing

Antwoord

De terugtrekreflex verloopt via het ruggenmerg, waardoor de biceps snel samentrekt.