Ons geheugen ligt opgeslagen in onze hersenen. Maar is het vermogen om eerdere gebeurtenissen te herinneren beperkt tot onze hersenen? De term celgeheugen wordt geassocieerd met de hypothese dat alle cellen in ons lichaam een geheugen hebben en niet-wetenschappelijk onderbouwde verhalen van organen die na transplantatie eigenschappen behouden van de donor. Maar er zijn ook andere meer concrete voorbeelden van een celgeheugen waarvan het mechanisme wel (deels) bekend is: denk bijvoorbeeld aan cellen van het immuunsysteem die sneller reageren op een volgende infectie. Aan spieren denk je niet meteen als je het over een geheugen hebt, maar toch is de term spiergeheugen een steeds vaker gebruikte term in de sportwereld. Maar wat houdt spiergeheugen eigenlijk in? De term wordt meestal gebruikt in de context van ons vermogen om motorische vaardigheden te leren en op te slaan. Hierin speelt het centraal zenuwstelsel en de aansturing van de spieren door motorzenuwen een belangrijke rol. Een bekend fenomeen in de sportwereld waarvoor de term spiergeheugen ook wordt gebruikt is dat eerdere training lijkt te resulteren in snellere toename van spieromvang en kracht wanneer je opnieuw gaat sporten. Er zijn aanwijzingen dat dit geheugen niet alleen door de aansturing van spieren maar ook door spiercellen zelf bepaald wordt.

Skeletspieren bestaan uit bundels van langgerekte cellen die spiervezels genoemd worden. Spiervezels zijn onderling verbonden met bindweefsel en aan beide uiteinden via pezen verbonden met de botten. Deze cellen zijn speciaal omdat ze één van de weinige voorbeelden in het lichaam zijn van een cellichaam met meerdere celkernen (syncytium). Een spiervezel bevat vele honderden celkernen waarin het DNA opgeslagen ligt en is volgepakt met bundels van spiereiwitten (myofibrillen) die verantwoordelijk zijn voor het samentrekken van de spiervezels en spieren. In de celkernen worden genen die coderen voor spiereiwitten afgelezen, waarna deze worden omgezet in spiereiwitten in nabijgelegen ribosomen. Aangezien één spiervezel vele centimeters lang kan worden is het belangrijk dat er veel celkernen zijn die elk in hun eigen domein van de vezel actief zijn en ervoor zorgen dat er genoeg spiereiwit wordt aangemaakt.

Spiervezels kunnen in tegenstelling tot de meeste cellen in ons lichaam niet delen. Hoe kan het dan dat spieren groeien zonder dat er cellen bijkomen? Het antwoord lijkt simpel: spiervezels nemen toe in formaat en groeien nadat ze belast worden. Deze groei door toename van celvolume wordt hypertrofie genoemd en ze is verantwoordelijk voor toename in spieromvang als we opgroeien. Je wordt dus geboren met een vast aantal spiervezels per spier dat ongeveer gelijk blijft gedurende je leven, maar spiervezels worden wel groter als je groeit. Hetzelfde gebeurt als we sporten. Als je je spieren meer belast door regelmatig te sporten, resulteert dit in spiergroei. Vooral krachtsport waarbij spieren meerdere malen flink belast worden voor korte tijd resulteert in flinke spiervezelhypertrofie. In spiervezels gaat hypertrofie gepaard met een toename van het aantal celkernen en spiereiwitsynthese. Daarentegen verlies je snel spiermassa als je je spieren niet gebruikt of belast. Dit wordt spieratrofie genoemd en het is een gevolg van het kleiner en zwakker worden van spiervezels. ‘Use it or lose it’ is daarom een veel gebruikte uitspraak als het gaat over spieren. Denk bijvoorbeeld aan kleinere en zwakkere spieren na een periode van geringe activiteit als gevolg van een chronische ziekte of botbreuk of aan astronauten die door gewichtloosheid spiermassa verliezen.

Kan een spiervezel zich eerdere activiteit herinneren en is er daadwerkelijk bewijs voor een spiergeheugen in deze cellen? Dit is moeilijk aan te tonen in mensen, maar een studie in muizen door de groep van Kristian Gundersen lijkt dit inderdaad te bewijzen.¹ In levende muizen werd het aantal celkernen per spiervezel bepaald door ze te labelen met fluorescente bouwstenen van DNA. Wanneer spieren van deze muizen werden belast (vergelijkbaar met krachttraining), zag men eerst een toename van het aantal celkernen met fluorescent signaal in de spiervezels en daarna groei van spiervezels. Deze extra celkernen bleven behouden na een periode van fysieke inactiviteit. En opmerkelijk genoeg waren spieren die eerder belast waren niet gevoelig voor spieratrofie na een periode van inactiviteit. Deze studie toont dus aan dat spiervezels beschermd lijken te zijn tegen spieratrofie als ze eerder getraind zijn en dat het spiergeheugen lijkt te bestaan uit extra celkernen die na training behouden blijven. Dit kan belangrijke implicaties hebben voor de manier van training bij topsport maar ook voor het nut van sport en een actieve levensstijl bij preventie van spierverlies. Spieratrofie komt ook voor bij veroudering (sarcopenie) en is een belangrijke oorzaak van immobiliteit bij oudere mensen en een risicofactor voor hospitalisatie en hogere mortaliteit. Het bestaan van een spiergeheugen zou betekenen dat een actief leven sarcopenie op latere leeftijd wellicht deels tegen zou kunnen gaan doordat spiervezels meer celkernen opslaan en beter beschermd zijn tegen atrofie als we ouder worden.

Beeld: Thomas Briggs

Daarnaast kan een dergelijk spiergeheugen ook implicaties hebben voor dopingcontrole en het effect van doping. Sommige soorten doping stimuleren een toename in spieromvang vergelijkbaar met het effect van training en er zijn aanwijzingen dat dit ook gepaard gaat met een toename in het aantal celkernen in spiervezels. Wanneer deze toename van celkernen blijvend is, kan doping een aanhoudend effect hebben op gevoeligheid voor trainingsprikkels, spiermassa en fysieke prestatie, zelfs nadat de anabole stof zelf verdwenen is en niet meer detecteerbaar. Bewijs hiervoor werd gevonden in een andere studie van dezelfde onderzoeksgroep, waarbij gekeken werd naar het effect van overbelasting in muizen die anabole steroïden toegediend kregen.² Het resultaat? Spiervezels met meer celkernen en grotere spieren na overbelasting in de anabole-steroïdengroep vergeleken met de controlegroep, zelfs lang nadat de anabole steroïden waren uitgewerkt. Bij sporters met een verleden van dopinggebruik werd recent iets vergelijkbaars gevonden: grotere spieromvang en meer celkernen per spiervezel vergeleken met sporters zonder een verleden van dopinggebruik.³

Een geheugen in de vorm van extra celkernen lijkt dus belangrijk te zijn, maar waar komen deze extra celkernen eigenlijk vandaan? Spieren bezitten naast spiervezels nog een ander soort cel dat belangrijk is voor spierfunctie: de satellietcel. Ruim vijftig jaar geleden werden deze cellen ontdekt in spieren van kikkers en zo genoemd omdat ze in dicht contact met spiervezels staan.⁴ Deze cellen zijn verantwoordelijk zijn voor een andere belangrijke eigenschap van spieren: regeneratie van nieuw spierweefsel na een spierblessure. Satellietcellen zijn normaal niet actief in spieren, maar na een beschadiging van de spieren worden ze actief, delen ze zich en kunnen ze beschadigde spiervezels repareren door samen te smelten en nieuwe spiervezels te vormen. Satellietcellen zijn daarnaast ook gevoelig voor mechanische belasting en worden geactiveerd door spierbelasting. Studies hebben aangetoond dat spierhypertrofie na overbelasting sterk is gecorreleerd met een toename in het aantal satellietcellen en toename in het aantal celkernen in spiervezels.^{5, 6} Dat deze cellen belangrijk zijn voor spierhypertrofie is aangetoond in studies met genetisch gemodificeerde muizen die een sterk verminderd aantal satellietcellen hebben. Als spieren van deze muizen belast werden, nam het aantal celkernen in spiervezels niet toe en was er geen spierhypertrofie.⁷ Satellietcellen lijken dus onmisbaar te zijn voor spiergroei en het spiergeheugen.

Figuur 1.
Links een schematische weergave van twee spiervezels met celkernen en satellietcel. Rechts foto’s gemaakt met een fluorescentiemicroscoop van een fragment van een geïsoleerde spiervezel met in groen (rechtsonder) een gelabelde satellietcel en blauw (rechtsboven) de celkernen van satellietcel en spiervezel. Figuur: Guus Baan. Foto’s: Willem Hoogaars.

Echter, het idee van een spiergeheugen lijkt niet altijd op te gaan. Een recente studie heeft het concept van spiergeheugen op een andere manier onderzocht in mensen, waarbij de onderzoekers tot een andere conclusie kwamen.⁸ Van vrijwilligers werd één been 12 weken getraind en het andere been niet (controlebeen), waarna een periode van 9 maanden rust volgde en de training vervolgens herhaald werd voor beide benen. Men onderzocht daarna wat het effect was van duurtraining op genexpressie in biopten genomen van de beenspieren op verschillende tijdstippen. Duurtraining bleek een duidelijk effect te hebben op genen die betrokken zijn bij adaptatie van het uithoudingsvermogen, echter de veranderingen in deze genen waren niet meer zichtbaar na de periode van rust. Daarnaast resulteerde de tweede trainingsperiode niet in een significant verschil in genexpressie met het controlebeen en bleken de spieren in het trainingsbeen dus ook niet gevoeliger voor de tweede periode van training. Er lijkt dus nog geen eenduidig bewijs te zijn voor een spiergeheugen.

Een reden voor de verschillende conclusies in de genoemde studies kan wellicht het verschillende type training/belasting zijn in de verschillende studies. Krachttraining en training op uithoudingsvermogen (duurtraining) hebben geheel andere effecten op spieren. Dit is duidelijk zichtbaar als je de spieren van een marathonloper (duursport) met die van een sprinter (krachtsport) vergelijkt: de sprinter heeft duidelijk meer spieromvang en daarnaast bevatten spieren van een sprinter ook een hoger percentage van een bepaald type spiervezels dat geschikt is om meer kracht voor een kortere tijd te leveren. Het zal dus belangrijk zijn om het effect van verschillende type training op spieren, spiervezels en satellietcellen te bepalen en vast te stellen hoe blijvend deze effecten zijn.

Het wordt steeds duidelijker dat een actieve levensstijl belangrijk is om zowel fysiek en mentaal gezond te blijven. Regelmatige lichaamsbeweging lijkt behalve spierverlies ook de kans op dementie, hart- en vaatziekten en stofwisselingsziekten zoals type II diabetes en obesitas te verminderen. Het is hierbij belangrijk om je te realiseren dat spieren behalve voor beweging ook belangrijk zijn voor basale stofwisseling, uitscheiding van verschillende groeifactoren (zogenaamde myokines) en het reguleren van insulinegevoeligheid en glucoseopname. Je spieren zijn meer dan alleen een bewegingsorgaan! Er zijn dus genoeg redenen om regelmatig te sporten en je spieren en hun ‘geheugen’ te trainen.