--- title: "Spieren en gewrichten" book: "Biologie bovenbouw" subject: biology language: nl chapter: 9 exercises: 15 source: https://one-course.com/books/biology/2/nl/chapter/9-spieren-en-gewrichten --- # Hoofdstuk 9 — Spieren en gewrichten Een voetballer zet zijn voet neer, draait, en gaat neer terwijl hij zijn knie vastgrijpt. De diagnose, een uur later: een gescheurde [gewrichtsband](#def-g10-muscles-and-joints-joint). Er is geen bot gebroken, geen spier bezweken; een reepje weefsel van enkele centimeters, dat twee botten op één lijn moest houden, is bezweken onder een draaibeweging waarvoor het nooit was gebouwd. Om te begrijpen wat er scheurde, en waarom de knie maanden nodig heeft om te herstellen, moeten we weten waaruit een [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) bestaat, hoe spieren eraan trekken, en welke krachten erdoorheen gaan wanneer een lichaam van zeventig kilogram op één been landt. ## 9.1 Het gewricht **Definitie 9.1 (Gewricht).** Een *gewricht* is de plaats waar twee botten elkaar ontmoeten. In een beweeglijk gewricht zoals de knie, de heup, de schouder of de elleboog zijn de uiteinden van de botten bedekt met een laag glad *kraakbeen* van enkele millimeters dik, en omsloten door een gesloten zak, het *gewrichtskapsel*, waarvan de bekleding de *gewrichtssmeer* afscheidt die de oppervlakken smeert. Banden van taai weefsel, de *gewrichtsbanden*, lopen van bot naar bot over het gewricht heen en beperken de bewegingen tot de bedoelde. In de knie liggen twee halvemaanvormige stukken kraakbeen, de *menisci*, tussen de botten en verdelen zij de belasting. ![De knie in doorsnede: het dijbeen boven, het scheenbeen onder, de knieschijf ervoor in de pees van de dijspier; kraakbeen op de boteinden, de meniscus ertussen, gewrichtsbanden die de botten bijeenhouden.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-muscles-and-joints/fig-01758c28aade.svg) *De knie in doorsnede: het dijbeen boven, het scheenbeen onder, de knieschijf ervoor in de [pees](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) van de dijspier; [kraakbeen](#def-g10-muscles-and-joints-joint) op de boteinden, de meniscus ertussen, [gewrichtsbanden](#def-g10-muscles-and-joints-joint) die de botten bijeenhouden.* **Propositie 9.2 (Waar elk onderdeel voor dient).** [Kraakbeen](#def-g10-muscles-and-joints-joint) en gewrichtssmeer laten de oppervlakken met minder wrijving langs elkaar glijden dan ijs op ijs; de menisci verdelen een belasting die zich anders op enkele vierkante millimeters zou samenballen; de [gewrichtsbanden](#def-g10-muscles-and-joints-joint) laten de knie buigen en strekken maar weerstaan draaien en zijwaarts buigen; het kapsel houdt de smeer binnen. Elk onderdeel heeft zijn eigen manier om te bezwijken: [kraakbeen](#def-g10-muscles-and-joints-joint) slijt (artrose), een meniscus scheurt bij een draai met gebogen knie, een [gewrichtsband](#def-g10-muscles-and-joints-joint) verzwikt of scheurt wanneer het [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) voorbij zijn bereik wordt gedwongen. **Bewijs.** *Op dit niveau zonder bewijs aangenomen.* ∎ **Voorbeeld 9.3 (Verzwikking, scheur, ontwrichting).** Verzwik een enkel op een stoeprand: de [gewrichtsbanden](#def-g10-muscles-and-joints-joint) aan de buitenkant worden voorbij hun grens uitgerekt — een *verzwikking*; het [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) zwelt op doordat het kapsel bloedt en er vocht ophoopt. Trek hard aan een koude hamstring: een deel van haar vezels scheurt — een *spierscheur*. Val op een uitgestrekte arm: de kop van het opperarmbeen kan zijn kom verlaten — een *ontwrichting*, waarbij de [gewrichtsbanden](#def-g10-muscles-and-joints-joint) en het kapsel worden uitgerekt of scheuren. Geen van alle is een botbreuk; alle kunnen langer duren om te genezen dan een breuk. ## 9.2 Spieren trekken, en dat in paren **Definitie 9.4 (Skeletspier en pees).** Een *skeletspier* is een orgaan dat bestaat uit duizenden lange [cellen](https://one-course.com/books/biology/2/nl/chapter/2-cellen-de-gemeenschappelijke-eenheid-van-het-leven#def-g10-cells-common-unit-cell), de *spiervezels*, in bundels bijeen; elke vezel wordt korter wanneer een zenuw haar prikkelt. Aan beide uiteinden versmalt de spier tot een *pees*, een streng niet-samentrekkend weefsel dat aan bot vastzit. Een spier kan alleen *trekken*, door korter te worden, en alleen in haar eigen richting: zij beweegt een [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) door aan het bot erachter te trekken. **Propositie 9.5 (Antagonistische paren).** Omdat een spier niet kan duwen, vergt elke beweging van een [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) twee spieren of spiergroepen die tegen elkaar in werken: een *buiger* die het [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) buigt en een *strekker* die het strekt. Trekt de ene samen, dan ontspant de andere en wordt zij uitgerekt; om een houding vast te houden trekken beide tegelijk samen. De biceps buigt de elleboog en de triceps strekt hem; de quadriceps aan de voorkant van het dijbeen strekt de knie, de hamstrings erachter buigen haar. **Bewijs.** *Op dit niveau zonder bewijs aangenomen.* ∎ ![Een antagonistisch paar bij de elleboog. De biceps, die net voorbij het gewricht aan de onderarm vastzit, wordt korter en buigt de elleboog; de triceps, die achter het gewricht vastzit, ontspant en wordt uitgerekt. Draai de rollen om en de arm strekt zich.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-muscles-and-joints/fig-49afca5eb360.svg) *Een antagonistisch paar bij de elleboog. De biceps, die net voorbij het [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) aan de onderarm vastzit, wordt korter en buigt de elleboog; de triceps, die achter het [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) vastzit, ontspant en wordt uitgerekt. Draai de rollen om en de arm strekt zich.* **Propositie 9.6 (Hefbomen en krachten).** Een bot dat in een [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) draait, is een hefboom. De [pees](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) van de spier zit op een kleine afstand $d$ van het draaipunt vast, terwijl de last op een grotere afstand $D$ aangrijpt; voor evenwicht moet de spier trekken met een kracht $$ F_{\text{spier}} = F_{\text{last}} \times \frac{D}{d}, $$ enkele keren de last. Die opstelling ruilt kracht in voor snelheid en bereik: een kleine verkorting van de spier levert een grote, snelle beweging van de hand of de voet op, tegen de prijs van grote krachten in de [pees](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) en in het [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint). **Bewijs.** *Op dit niveau zonder bewijs aangenomen.* ∎ **Voorbeeld 9.7 (Een tas vasthouden).** Een tas van $5\,\mathrm{kg}$ (gewicht $49\,\mathrm{N}$) hangt aan de hand, op $35\,\mathrm{cm}$ van de elleboog; de peesaanhechting van de biceps zit op $5\,\mathrm{cm}$ daarvan. De biceps trekt met $49 \times 35/5 = 343\,\mathrm{N}$ — zeven keer de last, het gewicht van $35\,\mathrm{kg}$ — en het ellebooggewricht wordt met ongeveer $300\,\mathrm{N}$ samengedrukt. Spieren, [pezen](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) en [kraakbeen](#def-g10-muscles-and-joints-joint) zijn voor die krachten gebouwd; wat hen beschadigt is een plotselinge kracht in de verkeerde richting, of een belasting die vaker wordt herhaald dan het weefsel kan herstellen. ![De onderarm als hefboom: de biceps trekt dicht bij het draaipunt, de last hangt er ver vandaan. F_ spier × d = F_ last × D, dus is de spierkracht D/d = 7 keer de last.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-muscles-and-joints/fig-1c3a66986a71.svg) *De onderarm als hefboom: de biceps trekt dicht bij het draaipunt, de last hangt er ver vandaan. $F_{\text{spier}} \times d = F_{\text{last}} \times D$, dus is de spierkracht $D/d = 7$ keer de last.* ## 9.3 Binnen in de spier **Propositie 9.8 (Bouw van een spiervezel).** Een [spiervezel](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) is één reuzencel, $10$–$100\,\text{µ}\mathrm{m}$ breed en tot enkele centimeters lang, met vele [celkernen](https://one-course.com/books/biology/2/nl/chapter/2-cellen-de-gemeenschappelijke-eenheid-van-het-leven#def-g10-cells-common-unit-organelle). Zij is volgepakt met evenwijdige *myofibrillen*, elk een keten van zich herhalende eenheden waarin twee typen eiwitdraden, dikke en dunne, in elkaar grijpen. Samentrekking is het langs elkaar schuiven van de dunne draden tussen de dikke, aangedreven door ATP: elke eenheid wordt een fractie korter, de myofibril met hun som, en de vezel met haar mee. De [mitochondriën](https://one-course.com/books/biology/2/nl/chapter/2-cellen-de-gemeenschappelijke-eenheid-van-het-leven#def-g10-cells-common-unit-organelle) tussen de myofibrillen leveren de ATP; een zenuwuiteinde op elke vezel geeft het bevel. **Bewijs.** *Op dit niveau zonder bewijs aangenomen.* ∎ ![Van de hele spier tot de moleculen die haar korter maken: vijf ordeningsniveaus, elk een bundel van het volgende. Het langs elkaar schuiven van de draden, herhaald over elke eenheid, is de samentrekking.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-muscles-and-joints/fig-a5feb8122e08.svg) *Van de hele spier tot de moleculen die haar korter maken: vijf ordeningsniveaus, elk een bundel van het volgende. Het langs elkaar schuiven van de draden, herhaald over elke eenheid, is de samentrekking.* **Definitie 9.9 (Vezeltypen).** [Spiervezels](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) komen in twee hoofdtypen voor. *Trage vezels* trekken langzaam en zwak samen maar zijn onvermoeibaar: rijk aan [mitochondriën](https://one-course.com/books/biology/2/nl/chapter/2-cellen-de-gemeenschappelijke-eenheid-van-het-leven#def-g10-cells-common-unit-organelle) en haarvaten, rood door een [eiwit](https://one-course.com/books/biology/2/nl/chapter/1-de-chemische-samenstelling-van-levende-wezens#def-g10-chemistry-of-life-families) dat zuurstof vasthoudt, draaien zij op de ademhaling en overheersen zij in houdingsspieren en bij duursporters. *Snelle vezels* trekken snel en krachtig samen maar zijn binnen een minuut moe: armer aan [mitochondriën](https://one-course.com/books/biology/2/nl/chapter/2-cellen-de-gemeenschappelijke-eenheid-van-het-leven#def-g10-cells-common-unit-organelle), bleker, steunen zij op de fosfaatvoorraad en de [gisting](https://one-course.com/books/biology/2/nl/chapter/4-de-stofwisseling-van-de-cel#def-g10-cell-metabolism-fermentation) en overheersen zij bij sprinters. Het aandeel in een bepaalde spier is grotendeels erfelijk; training verandert eerder de omvang en de uitrusting van de vezels dan hun aantal. **Voorbeeld 9.10 (Een spierbiopt lezen).** Een kleuring voor [enzymen](https://one-course.com/books/biology/2/nl/chapter/4-de-stofwisseling-van-de-cel#def-g10-cell-metabolism-metabolism) van de [mitochondriën](https://one-course.com/books/biology/2/nl/chapter/2-cellen-de-gemeenschappelijke-eenheid-van-het-leven#def-g10-cells-common-unit-organelle) op een dun plakje dijspier toont een mozaïek: donkere vezels (traag) en bleke vezels (snel). Het monster van een marathonloper is voor 80% donker, dat van een sprinter voor 30%, dat van een ongetraind mens ongeveer half om half. Dezelfde kleuring bij diezelfde loper na een jaar sprinttraining toont de bleke vezels vergroot, maar niet talrijker. ## 9.4 Vermoeidheid, schade, herstel **Propositie 9.11 (Grenzen van de spier).** Een spier bezwijkt op drie verschillende manieren. *Vermoeidheid*: de kracht loopt terug wanneer de ATP-aanvoer geen gelijke tred houdt — binnen een minuut bij snelle vezels, over uren bij trage — en herstelt met rust. *Kramp*: een plotselinge, aanhoudende, onwillekeurige samentrekking, vaak door uitdroging of zoutverlies. *Blessure*: vezels die scheuren door een kracht boven hun sterkte, meestal wanneer de spier koud of moe is, of wordt uitgerekt terwijl zij samentrekt. Vezels herstellen in weken uit reservecellen in de spier; een [pees](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) of [gewrichtsband](#def-g10-muscles-and-joints-joint), slecht van bloed voorzien, herstelt in maanden. **Bewijs.** *Op dit niveau zonder bewijs aangenomen.* ∎ **Methode 9.12 (Een blessure van spier of gewricht analyseren).** 1. Stel vast welke beweging haar veroorzaakte en in welke richting: werd het [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) binnen zijn bereik bewogen (een spierprobleem) of erbuiten (een probleem van [gewrichtsband](#def-g10-muscles-and-joints-joint) of kapsel)? 2. Stel het weefsel vast: [spiervezels](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) scheuren (pijn in de buik van de spier, krachtverlies); [gewrichtsbanden](#def-g10-muscles-and-joints-joint) verzwikken (pijn en zwelling bij het [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) , instabiliteit); [pezen](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) ontsteken bij herhaalde belasting; [kraakbeen](#def-g10-muscles-and-joints-joint) slijt in stilte over jaren. 3. Schat de kracht: gebruik de hefboomregel; bedenk dat landen of afremmen het lichaamsgewicht enkele keren vermenigvuldigt. 4. Voorspel het herstel uit de bloedvoorziening van het weefsel: spier in weken, [gewrichtsband](#def-g10-muscles-and-joints-joint) en [pees](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) in maanden, [kraakbeen](#def-g10-muscles-and-joints-joint) nauwelijks. **Opmerking 9.13 (Waarom opwarmen werkt).** Tien minuten rustig bewegen verhoogt de temperatuur van de spieren met een graad of twee, waardoor hun [eiwitten](https://one-course.com/books/biology/2/nl/chapter/1-de-chemische-samenstelling-van-levende-wezens#def-g10-chemistry-of-life-families) rekbaarder en hun [enzymen](https://one-course.com/books/biology/2/nl/chapter/4-de-stofwisseling-van-de-cel#def-g10-cell-metabolism-metabolism) sneller worden; het opent de haarvaten die de zuurstof uit [Hoofdstuk 8](https://one-course.com/books/biology/2/nl/chapter/8-hart-en-longen-tijdens-inspanning#ch-g10-heart-lungs-effort) zullen aanvoeren, en het verdikt het laagje gewrichtssmeer op het [kraakbeen](#def-g10-muscles-and-joints-joint). Een koude spier waarvan een maximale samentrekking wordt gevraagd, is de gewoonste oorzaak van een scheur; een [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) dat wordt belast voordat zijn smeer zich heeft verspreid, slijt sneller. ## 9.5 Oefeningen **Oefening 9.1 ★.** Noem de onderdelen van een beweeglijk [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) en geef de rol van elk. **Oplossing van Oefening 9.1.** [Kraakbeen](#def-g10-muscles-and-joints-joint) op de boteinden (soepel glijden, belasting verdelen); het kapsel (sluit het [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) af) met zijn gewrichtssmeer (smering); [gewrichtsbanden](#def-g10-muscles-and-joints-joint) (houden de botten bijeen, beperken de bewegingen); in de knie de menisci (verdelen de belasting). **Oefening 9.2 ★.** Wat is het verschil tussen een [pees](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) en een [gewrichtsband](#def-g10-muscles-and-joints-joint)? **Oplossing van Oefening 9.2.** Een [pees](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) verbindt een spier met een bot en brengt haar trek over; een [gewrichtsband](#def-g10-muscles-and-joints-joint) verbindt bot met bot over een [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) heen en beperkt de beweging ervan. Geen van beide trekt samen. **Oefening 9.3 ★.** Waarom heeft elk [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) ten minste twee spieren nodig om te bewegen? **Oplossing van Oefening 9.3.** Een spier kan alleen trekken door korter te worden; duwen kan zij niet. Om een [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) beide kanten op te bewegen zijn een buiger en een strekker nodig, die elk ongedaan maken wat de ander deed. **Oefening 9.4 ★.** Onderscheid een verzwikking, een spierscheur en een ontwrichting naar het betrokken weefsel. **Oplossing van Oefening 9.4.** Verzwikking: een [gewrichtsband](#def-g10-muscles-and-joints-joint) uitgerekt of gescheurd. Spierscheur: [spiervezels](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) gescheurd. Ontwrichting: een booteinde uit zijn [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) gedwongen, waarbij het kapsel en de [gewrichtsbanden](#def-g10-muscles-and-joints-joint) worden uitgerekt of scheuren. **Oefening 9.5 ★.** Geef twee verschillen tussen trage en snelle [spiervezels](#def-g10-muscles-and-joints-muscle). **Oplossing van Oefening 9.5.** Trage vezels: langzaam, zwak, onvermoeibaar, rijk aan [mitochondriën](https://one-course.com/books/biology/2/nl/chapter/2-cellen-de-gemeenschappelijke-eenheid-van-het-leven#def-g10-cells-common-unit-organelle) en haarvaten, rood, draaien op de ademhaling. Snelle vezels: snel, krachtig, binnen een minuut moe, weinig [mitochondriën](https://one-course.com/books/biology/2/nl/chapter/2-cellen-de-gemeenschappelijke-eenheid-van-het-leven#def-g10-cells-common-unit-organelle), bleek, draaien op de fosfaatvoorraad en de [gisting](https://one-course.com/books/biology/2/nl/chapter/4-de-stofwisseling-van-de-cel#def-g10-cell-metabolism-fermentation). **Oefening 9.6 ★★.** Een halter van $2\,\mathrm{kg}$ wordt in de hand gehouden, op $32\,\mathrm{cm}$ van de elleboog; de biceps hecht op $4\,\mathrm{cm}$ daarvan aan. Bereken de kracht in de biceps ($g = 9.8\,\mathrm{N}/\mathrm{kg}$). **Oplossing van Oefening 9.6.** Last $2 \times 9.8 = 19.6\,\mathrm{N}$; kracht in de biceps $19.6 \times 32/4 \approx 157\,\mathrm{N}$. **Oefening 9.7 ★★.** Leg uit waarom de biceps en de triceps allebei moeten samentrekken om de arm stil te houden tegen een onvoorspelbare duw. **Oplossing van Oefening 9.7.** Een duw kan uit beide richtingen komen, en elke spier kan er maar één weerstaan. Trekken beide samen, dan verstijven zij het [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) in beide richtingen tegelijk; uit welke richting de duw ook komt, een van de twee trekt er al tegenin. **Oefening 9.8 ★★.** Een [spiervezel](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) van $3\,\mathrm{cm}$ lang wordt bij samentrekking 20% korter. Hoeveel beweegt de hand als de [pees](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) van de vezel op $5\,\mathrm{cm}$ van de elleboog aanhecht en de hand er $35\,\mathrm{cm}$ vandaan is? **Oplossing van Oefening 9.8.** De vezel wordt $0.6\,\mathrm{cm}$ korter; de [pees](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) verplaatst het bot $0.6\,\mathrm{cm}$ op $5\,\mathrm{cm}$ van de elleboog, dus verplaatst de hand zich $0.6 \times 35/5 = 4.2\,\mathrm{cm}$. **Oefening 9.9 ★★.** Waarom is de schouder, het beweeglijkste [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) van het lichaam, ook het [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) dat het vaakst ontwricht? **Oplossing van Oefening 9.9.** Beweeglijkheid vergt een ondiepe kom en losse [gewrichtsbanden](#def-g10-muscles-and-joints-joint); diezelfde losheid laat de kop van het opperarmbeen de kom verlaten wanneer een kracht hem voorbij het bereik duwt dat de banden kunnen houden. **Oefening 9.10 ★★.** De kuitspier van een loper krijgt kramp aan het eind van een warme wedstrijd. Stel twee oorzaken uit het hoofdstuk voor en één remedie. **Oplossing van Oefening 9.10.** Uitdroging en zoutverlies door zweten, en vermoeidheid van de vezels aan het eind van de wedstrijd. Remedie: de spier voorzichtig rekken en water met zout drinken. **Oefening 9.11 ★★.** Leg met [Voorbeeld 9.10](#ex-g10-muscles-and-joints-biopsy) uit waarom een sprinter die voor een marathon traint, minder vooruitgaat dan een ongetraind iemand van dezelfde leeftijd zou kunnen. **Oplossing van Oefening 9.11.** Het dijbeen van de sprinter bestaat voor 70% uit snelle vezels en dat aandeel is grotendeels erfelijk; training vergroot vezels en verbetert hun uitrusting, maar zet hun aantal niet om. De ongetrainde persoon begint half om half en heeft meer trage vezels om te ontwikkelen. **Oefening 9.12 ★★★.** Bij het landen na een sprong buigt de knie en draagt de [pees](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) van de quadriceps ongeveer vier keer het lichaamsgewicht. Bereken die kracht voor een sporter van $70\,\mathrm{kg}$. De [pees](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) heeft een doorsnede van ongeveer $1\,\mathrm{cm}^{2}$ en bezwijkt bij ongeveer $100\,\mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}$; hoe ver zit zij van bezwijken af? **Oplossing van Oefening 9.12.** $4 \times 70 \times 9.8 \approx 2.7\,\mathrm{kN}$. Spanning $2744/100 \approx 27\,\mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}$: ongeveer een kwart van de breukspanning, een veiligheidsfactor vier. **Oefening 9.13 ★★★.** Een gescheurde [gewrichtsband](#def-g10-muscles-and-joints-joint) geneest in maanden, een gescheurde spier in weken, en beschadigd [kraakbeen](#def-g10-muscles-and-joints-joint) nauwelijks. Breng die drie in verband met de bloedvoorziening van de weefsels en met de [cellen](https://one-course.com/books/biology/2/nl/chapter/2-cellen-de-gemeenschappelijke-eenheid-van-het-leven#def-g10-cells-common-unit-cell) die voor herstel beschikbaar zijn. **Oplossing van Oefening 9.13.** Spier is rijk van bloed voorzien en bevat reservecellen die vezels opnieuw opbouwen: weken. [Gewrichtsbanden](#def-g10-muscles-and-joints-joint) hebben weinig vaten, dus komen voedingsstoffen en herstelcellen er traag aan: maanden. [Kraakbeen](#def-g10-muscles-and-joints-joint) heeft helemaal geen bloedvaten en vrijwel geen delende [cellen](https://one-course.com/books/biology/2/nl/chapter/2-cellen-de-gemeenschappelijke-eenheid-van-het-leven#def-g10-cells-common-unit-cell); het wordt alleen door de gewrichtssmeer gevoed en herstelt nauwelijks. **Oefening 9.14 ★★★.** Bodybuilding vergroot de spieren; rekken vergroot het bereik van een [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint). Welk weefsel verandert elk van beide, en waarom verandert geen van beide het aantal vezels? **Oplossing van Oefening 9.14.** Bodybuilding verdikt de vezels (meer myofibrillen in elk) en rekken verlengt de eenheid van spier en [pees](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) en de tolerantie van het kapsel. Het aantal vezels ligt vroeg in het leven vast; volwassen spieren groeien of krimpen door de omvang van bestaande vezels te veranderen. **Oefening 9.15 ★★★.** Het kniekraakbeen van een oudere is tot de halve dikte gesleten. Leg vanuit het hoofdstuk uit waarom het [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) pijn doet op de trap, waarom de menisci belangrijker zijn dan vroeger, en waarom de spieren rond de knie deel uitmaken van de behandeling. **Oplossing van Oefening 9.15.** Op de trap draagt het [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) enkele keren het lichaamsgewicht; dunner [kraakbeen](#def-g10-muscles-and-joints-joint) brengt die druk over op het bot eronder, dat zenuwen heeft en pijn doet. Met minder [kraakbeen](#def-g10-muscles-and-joints-joint) zijn de menisci het laatste wat de belasting verdeelt. Sterke spieren rond de knie vangen een deel van de schok op en houden het [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) stabiel, wat de piekdruk op het resterende [kraakbeen](#def-g10-muscles-and-joints-joint) verlaagt. ## 9.6 Probleem: De krachten in een knie **Probleem 9.1.** Weekendprobleem — de knie van een voetballer uit elkaar gehaald: de hefboom van het been, de trek van de dijspier, de gewrichtsband die scheurde, en de getallen die een pees bij elke stap draagt Karim, $70\,\mathrm{kg}$, blesseerde zijn knie door scherp te draaien op een vaststaande voet. Neem $g = 9.8\,\mathrm{N}/\mathrm{kg}$. De [pees](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) van de quadriceps hecht op $5\,\mathrm{cm}$ van het draaipunt van de knie aan het scheenbeen aan; de duw van de grond op de voet grijpt aan op ongeveer $20\,\mathrm{cm}$ daarvan wanneer de knie flink gebogen is, zoals bij een landing. **Deel I — Staan en stappen.** 1. Bereken het gewicht van Karim. 2. Bij het staan op één been met licht gebogen knie duwt de grond met zijn hele gewicht omhoog tegen de voet, aangrijpend op $10\,\mathrm{cm}$ van het draaipunt van de knie. Bereken de kracht in de [pees](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) van de quadriceps. 3. Bij het beklimmen van een trap is de knie verder gebogen en grijpt de grondkracht aan op $20\,\mathrm{cm}$ van het draaipunt. Bereken de peeskracht opnieuw. 4. Druk de twee uitkomsten uit als veelvouden van het lichaamsgewicht, en leg uit waarom trappen de dijen vermoeien. 5. Welke spiergroep is de antagonist van de quadriceps, en wat doet zij tijdens de stap? **Deel II — De landing.** 6. Bij het landen na een kopbal duwt de grond met drie keer het gewicht van Karim, op $20\,\mathrm{cm}$ van het draaipunt. Bereken de peeskracht. 7. De doorsnede van de [pees](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) is $1.2\,\mathrm{cm}^{2}$ . Bereken de spanning erin, in newton per vierkante millimeter, en vergelijk met de breukspanning van ongeveer $100\,\mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}$ . 8. De gewrichtsoppervlakken worden samengedrukt met ongeveer de peeskracht plus de grondkracht. Bereken die belasting, en vervolgens de druk op het [kraakbeen](#def-g10-muscles-and-joints-joint) als het contactoppervlak $6\,\mathrm{cm}^{2}$ is met de menisci en $1\,\mathrm{cm}^{2}$ zonder. 9. Leid daaruit af waarom een knie die een meniscus heeft verloren, haar [kraakbeen](#def-g10-muscles-and-joints-joint) sneller slijt. 10. Leg uit wat de gewrichtssmeer tijdens de landing bijdraagt. **Deel III — De blessure.** 11. De voet van Karim stond vast en zijn lichaam draaide: welke bewegingsrichting werd de knie opgelegd, en welk weefsel is gebouwd om die te weerstaan? 12. Waarom beschermde de quadriceps, die met enkele kilonewton kan trekken, de [gewrichtsband](#def-g10-muscles-and-joints-joint) niet? 13. De knie zwol binnen een uur op. Wat vulde haar, en welk deel van het [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) was doorbroken? 14. Een scan toont een gescheurde [gewrichtsband](#def-g10-muscles-and-joints-joint) en een gescheurde meniscus. Voorspel met [Methode 9.12](#met-g10-muscles-and-joints-analyse) de hersteltijd van elk en verantwoord dat vanuit hun bloedvoorziening. 15. Karim vraagt waarom de chirurg zijn hamstrings vóór de operatie wil versterken. Antwoord met [Propositie 9.5](#prop-g10-muscles-and-joints-antagonists) . **Deel IV — Elke stap telt.** 16. Karim zet ongeveer 8000 stappen per dag; de helft op het geblesseerde been. Hoe vaak per dag draagt de [pees](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) met de kracht uit vraag 2 ten minste die belasting? 17. Wat is het totale aantal belastingen over een jaar? Leg uit waarom een [pees](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) die door overbelasting ontstoken is (peesontsteking) rust nodig heeft in plaats van kracht. 18. Tijdens een wedstrijd landt hij zo’n 40 keer na een sprong. Vergelijk de totale belasting bij de landingen (vraag 6) met die bij de stappen van de dag. 19. Hardlopen verdubbelt de grondkracht ten opzichte van wandelen. Waarom raden artsen bij een genezende knie fietsen en zwemmen aan in plaats van hardlopen? 20. Geef het resultaat: het veelvoud van het lichaamsgewicht dat de [pees](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) van de quadriceps op een trap en bij een landing draagt, en het ene weefsel van de knie waarvan die getallen de sterkte nooit beproefden — tot aan de draai. **Oplossing van Probleem 9.1.** **1.** $70 \times 9.8 = 686\,\mathrm{N}$. **2.** $686 \times 10/5 \approx 1.4\,\mathrm{kN}$. **3.** $686 \times 20/5 \approx 2.7\,\mathrm{kN}$. **4.** Twee en vier keer het lichaamsgewicht: op elke trede trekt de quadriceps met het gewicht van vier mensen, en daarom branden de dijen bij een lange klim. **5.** De hamstrings, aan de achterkant van het dijbeen; zij ontspannen en worden uitgerekt terwijl de quadriceps de knie strekt, en trekken licht samen om het [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) stabiel te houden. **6.** Grondkracht $3 \times 686 \approx 2.06\,\mathrm{kN}$; peeskracht $2058 \times 20/5 \approx 8.2\,\mathrm{kN}$, twaalf keer het lichaamsgewicht. **7.** $8232/120 \approx 69\,\mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}$: ongeveer twee derde van de breukspanning. Elke landing gebruikt het grootste deel van de marge van de [pees](#def-g10-muscles-and-joints-muscle). **8.** Belasting $8.2 + 2.1 \approx 10.3\,\mathrm{kN}$. Met de menisci: $10300/600 \approx 17\,\mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}$; zonder: $10300/100 \approx 103\,\mathrm{N}/\mathrm{mm}^{2}$, zes keer meer. **9.** Zes keer de druk op hetzelfde [kraakbeen](#def-g10-muscles-and-joints-joint) bij elke landing: het oppervlak wordt sneller vermorzeld dan het kan worden onderhouden, en het slijt. **10.** Een laagje vloeistof tussen de kraakbeenvlakken, zodat zij tijdens het buigen zonder droge wrijving langs elkaar glijden, en een lichte demping van de klap. **11.** Een draai van het scheenbeen onder het dijbeen, met een zijwaartse buiging: draaiingen waarvoor de knie niet is gebouwd en die de [gewrichtsbanden](#def-g10-muscles-and-joints-joint) moeten weerstaan. **12.** De quadriceps trekt alleen in de lengterichting van het been en strekt de knie; tegen een draai kan zij niets. En de blessure gebeurt in enkele honderdsten van een seconde, sneller dan enige spierreactie. **13.** Bloed uit de vaten van de gescheurde [gewrichtsband](#def-g10-muscles-and-joints-joint) en het kapsel, plus extra gewrichtssmeer: het kapsel was doorbroken of ontstoken en het [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) liep vol. **14.** De [gewrichtsband](#def-g10-muscles-and-joints-joint), slecht van bloed voorzien, heeft maanden nodig en vaak een operatie; de gescheurde meniscus, [kraakbeen](#def-g10-muscles-and-joints-joint) vrijwel zonder vaten, geneest meestal niet en het gescheurde deel wordt bijgeknipt of gehecht. **15.** De hamstrings zijn de antagonisten van de quadriceps en trekken het scheenbeen naar achteren; een sterk paar dat samen aanspant, verstijft de knie tegen het naar voren glijden dat de gescheurde band niet meer tegenhoudt, en beschermt het [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint) voor en na de operatie. **16.** Ongeveer 4000 keer per dag bij $1.4\,\mathrm{kN}$ of meer. **17.** Ongeveer $1.5 \times 10^{6}$ belastingen per jaar. Een peesontsteking is schade die zich sneller ophoopt dan het trage herstel van peesweefsel; alleen rust laat het herstel bijkomen, want kracht verlaagt de belasting van elke stap niet. **18.** Landingen $40 \times 8.2 \approx 330\,\mathrm{kN}$ in totaal; stappen $4000 \times 1.4 \approx 5600\,\mathrm{kN}$ — de stappen dragen zeventien keer meer totale belasting, maar de landingen dragen de pieken die met scheuren dreigen. **19.** De grondkracht verdubbelen verdubbelt bij elke pas de krachten in de [pees](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) en het [gewricht](#def-g10-muscles-and-joints-joint); fietsen en zwemmen laten de spieren werken terwijl zij de knie ver onder het lichaamsgewicht belasten. **20.** De [pees](#def-g10-muscles-and-joints-muscle) van de quadriceps draagt vier keer het lichaamsgewicht op een trap en ongeveer twaalf keer bij een landing; de [gewrichtsbanden](#def-g10-muscles-and-joints-joint), die door die belastingen nooit worden beproefd, waren het weefsel dat de draai vond.