Fysiologisch dwarsdoorsnedegebied (PCSA) Bewerken

Een voordeel van pennaatspieren is dat er meer spier vezels kunnen parallel worden gepakt, waardoor de spier meer kracht kan produceren, hoewel de vezelhoek met de werkingsrichting betekent dat de maximale kracht in die richting iets kleiner is dan de maximale kracht in de vezelrichting. (blauwe lijn in figuur 1, ook bekend als anatomische dwarsdoorsnede, of ACSA) geeft niet nauwkeurig het aantal spiervezels in de spier weer. Een betere schatting wordt gegeven door de totale oppervlakte van de dwarsdoorsneden loodrecht op de spiervezels (groene lijnen in figuur 1). Deze maat staat bekend als het fysiologische dwarsdoorsnedegebied (PCSA) en wordt gewoonlijk berekend en gedefinieerd door de volgende formule (een alternatieve definitie wordt gegeven in het hoofdartikel):

PCSA = spiervolume vezellengte = spiermassa ρ ⋅ vezellengte, {\ displaystyle {\ text {PCSA}} = {{\ text {spiervolume}} \ over {\ text {vezellengte}}} = {{\ text {spiermassa}} \ over {\ rho \ cdot {\ text {vezellengte}}}},}

waarbij ρ de dichtheid van de spier is:

ρ = spiermassa spiervolume. {\ displaystyle \ rho = {{\ text {spiermassa}} \ over {\ text {spiervolume}}}.}

PCSA neemt toe met de pennatiehoek en met de spierlengte. In een pennate-spier is PCSA altijd groter dan ACSA. In een niet-pennate spier valt het samen met ACSA.

Relatie tussen PCSA en spierkracht Bewerken

De totale uitgeoefende kracht door de vezels langs hun schuine richting is evenredig met PCSA. Als de specifieke spanning van de spiervezels bekend is (kracht die wordt uitgeoefend door de vezels per eenheid PCSA), kan deze als volgt worden berekend:

Totale kracht = PCSA ⋅ Specifieke spanning {\ displaystyle {\ text {Totale kracht} } = {\ text {PCSA}} \ cdot {\ text {Specifieke spanning}}}

Er kan echter slechts een deel van die kracht worden gebruikt om de kabel in de gewenste richting te trekken. Deze component, de werkelijke spierkracht (ook wel peeskracht genoemd), wordt uitgeoefend in de richting van de spierwerking:

Spierkracht = totale kracht ⋅ cos ⁡ Φ {\ displaystyle {\ text {Spierkracht} } = {\ text {Totale kracht}} \ cdot \ cos \ Phi}

De andere component, orthogonaal op de werkingsrichting van de spier (orthogonale kracht = totale kracht × sinΦ), wordt niet uitgeoefend op de pees, maar knijpt eenvoudig de spier door zijn aponeuroses naar elkaar toe te trekken.

Merk op dat, hoewel het praktisch handig is om PCSA te berekenen op basis van volume of massa en vezellengte, PCSA (en dus de totale vezelkracht, die evenredig is met PCSA) is niet alleen evenredig met spiermassa of vezellengte. De maximale (tetanische) kracht van een spiervezel hangt namelijk simpelweg af van de dikte (oppervlakte van de dwarsdoorsnede) en het type. Het hangt zeker niet alleen af van zijn massa of lengte. Wanneer de spiermassa bijvoorbeeld toeneemt als gevolg van lichamelijke ontwikkeling tijdens de kindertijd, kan dit alleen het gevolg zijn van een toename in lengte van de spiervezels, zonder verandering in vezeldikte (PCSA) of vezeltype. In dit geval leidt een toename van de massa niet tot een toename van de kracht.

Lagere snelheid van verkorten Bewerken

In een pennate-spier zijn de vezels als gevolg van hun opstelling korter dan dat zouden ze zijn als ze van het ene uiteinde van de spier naar het andere renden. Dit houdt in dat elke vezel is samengesteld uit een kleiner aantal N sarcomeren in serie. Bovendien, hoe groter de pennatiehoek, des te korter zijn de vezels.

De snelheid waarmee een spiervezel kan verkorten wordt mede bepaald door de lengte van de spiervezel (dus door N). Een spier met een grote pennatiehoek zal dus langzamer samentrekken dan een vergelijkbare spier met een kleinere pennatiehoek.

Architecturale overbrengingsverhouding Bewerken

Architecturale overbrengingsverhouding, ook genaamd anatomische overbrengingsverhouding, (AGR) is een kenmerk van de pennate-spier die wordt bepaald door de verhouding tussen de longitudinale spanning van de spier en de spiervezels. Het wordt soms ook gedefinieerd als de verhouding tussen snelheid van spierverkorting en snelheid van vezelverkorting:

AGR = εx / εf

waarbij εx = longitudinale spanning (of spierverkortingssnelheid) en εf is vezelspanning (of vezelverkortingssnelheid).

Oorspronkelijk werd gedacht dat de afstand tussen aponeurosen niet veranderde tijdens het samentrekken van een pennate spier, waardoor de vezels moesten roteren als ze korter werden. Recent werk heeft echter aangetoond dat dit onjuist is en dat de mate van verandering van de vezelhoek varieert onder verschillende belastingsomstandigheden. Deze dynamische versnelling schakelt automatisch om een maximale snelheid te produceren bij lage belasting of maximale kracht bij hoge belasting.