Een stapel boeken dragen, vergt veel van een mens, terwijl het een boekenplank helemaal geen energie kost. Hoe kan dat?
In de mechanica geldt een simpele wet voor de hoeveelheid arbeid die het kost om iets te verplaatsen: die is gelijk aan de afgelegde weg maal de kracht waar je tegenin moet gaan. Stel, je tilt een gewicht van 1 kilogram een meter omhoog. De zwaartekracht op het gewicht is 9,8 newton, dus deze actie kost je 9,8 joule.
Een boekenplank draagt weliswaar veel gewicht, maar verplaatst niets. Dat kost hem dus ook geen energie. Je boekenplank houdt het dan ook heel lang vol zonder dat hij moe wordt, hij hoeft niks te eten of drinken en hij wordt ook niet warm.
Kruisbruggen
Bij de mens werkt het anders: het aanspannen van je spieren kost energie, ook zónder dat je uitwendige arbeid verricht. “Zelfs je armen recht vooruit houden, kun je maar een beperkte tijd volhouden”, vertelt bewegingswetenschapper Jo de Ruiter (Vrije Universiteit).
“Dat komt door de manier waarop een spier samentrekt. Daarvoor worden tientallen keren per seconde zogenoemde crossbridges (kruisbruggen) tussen twee eiwitten – actine en myosine – gekoppeld en ontkoppeld. Dat kost veel energie, want in elke spier zitten miljoenen van zulke eiwitten. Daarnaast is er calcium voor nodig, dat na elke koppeling en ontkoppeling terug moet in het sarcoplasmatisch reticulum, een celonderdeel. Ook dat terugpompen kost veel energie.”
Spieren worden aangestuurd door elektrische pulsen die via je ruggenmerg lopen. Daarna worden ze voortgeleid over de buitenkant van de spiervezels, en dat is het derde proces dat energie kost. “Bij statische contractie, dus het aanspannen van je spieren zonder dat je uitwendige arbeid levert, gaat ruim de helft van het energieverbruik op aan het koppelen en ontkoppelen van de crossbridges. Zo’n 30 tot 40 procent zit hem in het terugpompen van calcium en ongeveer 5 tot 10 procent in de geleiding van elektrische signalen”, zegt De Ruiter. “Als je mechanische arbeid verricht, verandert die verhouding. Dan kost het koppelen en ontkoppelen relatief nog meer energie.”
Een ingewikkeld proces dus… Je zou er moe van worden.
Deze vraag kon je vinden in KIJK 6/2018.
Beeld: STEWART BUTTERFIELD/CC BY-SA 2.0