Deze inhoudsopgave is gebaseerd op collegejaar 2015-2016.

Thema 1: Inleiding

Thema 1 bevat geen verplichte stof.

Thema 2: Homeostase, controle van vitale parameters 

Fysiologie is de dynamische studie van het leven. Het beschrijft vitale functies van een levende organismen en hun organen. Het is sterk verbonden met de geneeskunde, alleen fysiologie houdt zich in de eerste plaats niet bezig met de structuren (wat wel het geval is bij anatomie en histologie). Het menselijk lichaam bestaat uit verschillende orgaansystemen die afzonderlijk van elkaar functioneren. Maar het is van groot belang dat deze verschillende systemen ook samen functioneren en dus met elkaar communiceren. Het delen van informatie vindt op verschillende niveaus plaats; communicatie tussen organen, maar ook op het niveau van cellen, atomen en moleculen. Dit alles wordt georganiseerd door het genoom, hierin bevindt zich alle informatie die nodig is voor het menselijk lichaam om te kunnen functioneren. Het menselijk lichaam heeft een extern milieu dat fysiek het hele organisme omringt en een intern milieu, waarin de cellen en weefsels van het organisme leven. Om te zorgen dat het menselijk lichaam blijft functioneren is homeostase nodig. Homeostase is de controle van vitale parameters en deze binnen bepaalde grenzen constant houden. Dit wordt mogelijk gemaakt door verschillende mechanismes. Het meest voorkomende mechanisme is negatieve feedback. Dit mechanisme bestaat uit verschillende onderdelen. Allereerst moet het mogelijk zijn om de vitale parameter te kunnen meten. Dan moet de gemeten waarde worden geïnterpreteerd. Als deze waarde niet binnen bepaalde grenzen zit, moet het systeem de waarde kunnen bijstellen door een signaal te sturen. En door dat signaal wordt de waarde gecorrigeerd. Soms lopen twee systemen door elkaar en ontstaat er een competitie tussen die systemen. Door het ene systeem bij te stellen, raakt het andere systeem dan verder van de gewenste waarde. Hiervoor is een bepaalde hiërarchie, het meest belangrijke systeem gaat als eerste terug naar homeostase. Overtolligheid is ook belangrijk bij homeostase. Hoe belangrijker een vitale parameter is, hoe meer systemen er zijn om de parameter binnen de juiste worden te houden; dit wordt redundantie genoemd. Dit systeem zorgt ervoor dat een essentiële parameter niet zo snel van de gewenste waarde afwijkt als één systeem niet meer werkt. Als een vitale parameter goed gereguleerd is, komt het in een staat waarbij het geen energie verbruikt, dit wordt equilibrium genoemd. Als er wel energie verbruikt moet worden heet dit non-equilibrium of steady state.

Circulatoir systeem

Eencelligen en kleine organismen hebben geen circulatoir systeem omdat ze hun metabolische behoeften kunnen handhaven met simpele processen. Bij complexe organismen is het een circulatoir systeem nodig; eenvoudige diffusie is niet meer mogelijk. De voornaamste rol van het circulatoir systeem is de distributie van opgeloste gassen en andere moleculen voor voeding, groei en reparatie. Verder speelt het circulatoir systeem ook een belangrijke rol bij snelle chemische signaaloverdracht naar cellen door hormonen of neurotransmitters te vervoeren, bij het regelen van de warmte van een organisme en bij bemiddeling van inflammatoire en afweer reacties. Het systeem bestaat uit drie delen; een pomp (het hart), een vloeistof om alle stoffen te vervoeren (bloed) en een buissysteem waar de vloeistof doorheen kan (de aderen). Het is mogelijk om het systeem aan te passen aan verschillende omstandigheden (rust of actie).

Respiratoir systeem

Ademhaling is essentieel voor een organisme. Het respiratoire systeem regelt de ademhaling. In de mitochondriën wordt O₂ consumeert en CO₂ geproduceerd, dit heet interne respiratie of oxidatieve fosforylering. Externe respiratie is het dubbele proces van het transport van O₂ van de atmosfeer naar de mitochondriën en het transport van CO₂ van de mitochondriën naar de atmosfeer. Het meest fundamentele mechanisme van O₂ en CO₂ transport is diffusie. Dit is gebaseerd op de beweging van de moleculen, hierdoor verspreiden ze zich over de beschikbare ruimte. Het menselijke respiratoire systeem heeft twee belangrijke karakteristieken; allereerst gebruikt het uiterst efficiënte convectieve systemen voor lange afstand transport van O₂ en CO₂, verder wordt diffusie uitsluitend gebruikt voor korte afstand transport van O₂ en CO₂ . Het menselijke respiratoire systeem bestaat uit:

• Een luchtpomp

• Mechanismes om O₂ en CO₂ in het bloed te vervoeren

• Een groot oppervlakte voor uitwisseling van gassen

• Een circulatoir systeem

• Een mechanisme voor het lokaal reguleren van de distributie van ventilatie en perfusie

• Een mechanisme voor centrale regulatie van ventilatie

Nieren

De nieren hebben drie belangrijke functies. Allereerst functioneren ze als filter, ze verwijderen de metabolische producten en gifstoffen van het bloed en scheiden deze stoffen uit via de urine. Ten tweede reguleren ze status van de lichaamssappen, elektrolyt balans en de zuur-base balans. En als laatste produceren of activeren de nieren hormonen die betrokken zijn bij Ca²⁺ metabolisme (erythrogenese) en de regulatie van de bloeddruk en bloed stroming. De menselijke nieren zijn gepaard en boonvormige structuren die achter het peritoneum liggen aan elke kant van vertebrale kolom. Een fibreus, bijna niet rekbaar omhulsel bedekt elke nier. In het midden van het concave oppervlakte, dient een spleet in de capsule -  de hilus – als de entreepoort voor de renale arterie en de zenuwen. Ook is het de uitgang voor de renale venen, de lymfevaten en de ureter. De hilus gaat verder in een ondiepe ruimte; de renale sinus. Hier zit ook de urine gevulde ruimte; de renale pelvis en de uitlopers daarvan, de grote en de kleine calyces. Aderen lopen zenuwen lopen ook door de sinus.

BB-document biologische regelsystemen ontbreekt nog

Thema 3: Basis: fysiologische concepten

Zuur-base evenwicht

Zuur-base fysiologie gaat over protonen, oftewel hydrogeen ion H⁺. Het lichaam heeft ingewikkelde systemen om de [H⁺] concentratie binnen bepaalde waarden te houden in het bloedplasma, intracellulaire vloeistof en andere compartimenten. Een zuur is een stof die een  H⁺ kan afstaan en een base is een stof die een H⁺ kan opnemen. Om te kunnen meten hoe zuur of basisch een stof is, wordt gebruikt gemaakt van de pH schaal. Een pH van 1 is extreem zuur, een pH van 7 is neutraal en een pH van 14 is extreem basisch. De pH kan worden berekend met de volgende formulie: pH = -log [H⁺]. Een buffer is een substantie dat H⁺ omkeerbaar opneemt of afstaat. . Buffers voorkomen geen pH-schommelingen, maar minimaliseren deze wel. Een buffer geef je aan als HB⁽ⁿ⁺¹⁾/B⁽ⁿ⁾, waarbij HB een zwak zuur is en B de geconjugeerde zwakke base. De totale bufferconcentratie [TB] is de som van [HB] en [B]. Elke buffer heeft een dissociatie constante, K. Deze bereken je met ([B]*[H])/[HB]. Als je aan een buffer een sterk zuur toevoegt, zal elke H⁺ die gebufferd wordt een B kosten en zo een HB vormen. De protonen die niet gebufferd worden, zorgen voor een verandering van de pH. Het omgekeerde doet zit voor als er een sterke base wordt toegevoegd, OH^- wordt gebufferd door Hb, de OH^- die niet gebufferd wordt, zorgt voor een verandering in pH. De kracht van een buffer wordt aangegeven met β. Dit zegt hoeveel mol sterke base aan een oplossing van 1 liter moet worden toegevoegd om de pH met 1 te doen stijgen. β=Δ(sterkte base)(mol/liter)/ΔpH=-Δ(sterk zuur)(mol/liter)/ΔpH. Zonder de CO₂-HCO₃^- buffer is de β van het bloed 25 mM/pH. Dit wordt ook wel de non-HCO₃^- bufferkracht genoemd. De CO₂-HCO₃^- buffer is de belangrijkste buffer van het bloed. Dit komt doordat de longen de CO₂-concentratie in het bloed kunnen regelen. Met de wet van Henry is te berekenen wat de concentratie opgeloste CO₂ is, dit is [CO₂]_dis=s*P_CO2. Hierbij is s de oplosbaarheids-coëfficient. S in bloedplasma is -0,03mM/mmHg, P_CO2 is 40mmHg, dus [CO₂]_dis=1,2 mM arterieel bloed. CO₂ is zelf geen zuur of base, maar via de CO₂ hydratatie reactie reageert het langzaam met H₂O tot H₂CO₃. Het enzym carbonic anhydrase zet dit vervolgens om in H⁺ en CO₃^-. Hierdoor daalt de pH, ondanks dat er ook een zwakke base gevormd wordt. De tweede reactie gaat erg snel. De dissociatie constante van deze buffer is ([H⁺]/[HCO₃^-])/[CO₂]. Dit kan je omzetten naar pH=pK+log[HCO₃^-]/[CO₂].  Door hier de wet van Henry op toe te passen krijgen we pH=pK+log[HCO₃^-]/(s*P_CO2). Dit laatste noemen we de Henderson-Hasselbach vergelijking. Deze vergelijking maakt duidelijk dat de verhouding van [HCO₃^-] en P_CO2 belangrijk is voor de pH, niet een van deze waarden afzonderlijk. De kracht een buffer is afhankelijk van de bufferconcentratie, de pH van de oplossing en of het systeem open of gesloten is. Als noch de base noch het zuur van de buffer het systeem kan verlaten, is het een gesloten systeem. Een voorbeeld hiervan is anorganisch fosfaat. Elke buffer heeft een optimum pH, in een bell-shaped curve loopt deze af. Alle buffers in het bloed hebben een optimum pH, maar samen zorgen ze voor een grote bufferkracht tussen pH 6 en 8. In een open systeem kan het zuur of de base het systeem verlaten of binnenkomen. Omdat CO₂ hoge waarden kan aannemen, is dit een erg krachtige buffer. De CO₂ verlaat het systeem waardoor het evenwicht naar die kant schuift en er alleen nog protonen worden opgenomen en niet worden afgestoten. Hierdoor is de pH schommeling bij een sterk zuur minimaal. Als er een sterke base wordt toegevoegd, wordt er juist CO₂ aangevoerd. De buffer is alleen afhankelijk van [HCO₃^-]. De CO₂-HCO₃^- buffer heeft dan ook een β van 55 mM/pH, meer dan het dubbele van de β van het gesloten systeem. Als de CO₂-HCO₃^- buffer in een gesloten systeem wordt gezet, is deze een stuk minder krachtig. Dit is het geval bij ischemie, waarbij de weefsels niet genoeg doorbloed zijn. Als we de P_CO2 verhogen, zal [CO₂]_dis ook toenemen en daardoor zal er meer H⁺ en HCO₃^- gevormd worden. Dit is een respiratoire acidosis. Acidosis betekent verzuring, respiratoir omdat de meeste gevallen van een verhoogde P_CO2 komen door ademhalingsproblemen. Als er geen andere buffers aanwezig zouden zijn, zou er niks zijn om de nieuw gevormde protonen op te vangen. [HCO₃^-] neemt echter weinig toe, bij verdubbeling van [CO₂] daalt de pH naar 7,1.
Bij alkalosis, ‘verbasing’, is er te weinig P_CO2, bij halvering van de [CO₂] stijgt de pH naar 7,7. Beide hebben een verschil van 0,3, wat dan ook de log₁₀ van 2 is (verdubbeling/halvering van de [CO₂]. Hetzelfde zien we bij de [HCO₃^-], verdubbelen we deze dan stijgt de pH met 0,3, halveren we deze dan daalt de pH met 0,3. Om verhoging van [HCO₃^-] te bereiken, kunnen we ook een sterke base toevoegen of een sterk zuur weghalen. Dit alles heet metabolische alkalosis, omdat de P_CO2 vaststaat. Door een sterke base weg te halen of een sterk zuur toe te voegen krijg je metabolische acidosis.

Druk, flow en weerstand

Om het simpel te houden, is het belangrijk om de stroming van het bloed door de aderen te beschouwen als een vaste druk. Verder moet er vanuit worden gegaan dat de bloedcirculatie door één rechte buis gaat. Zonder deze aannemingen is het niet mogelijk om de bloeddruk en weerstand te bereken. Onthoudt wel dat hetgeen dat berekend wordt een benadering is van de werkelijkheid. De meest belangrijke wet: ∆P = F * R. ∆P is het verschil in druk tussen twee verschillende punten (punt 1 is het eerste punt in de stroming, punt 2 ligt stroomafwaarts van punt 1). F staat voor Flow en R is de weerstand tussen deze punten. In werkelijkheid is het verschil in druk tussen het begin en het eindpunt vrij constant. Het hart werkt als een generator van een constante druk en niet van een constante flow. Flow is de output van het hart en deze kan erg variëren, net zoals de weerstand. De weerstand verschilt per plek in het lichaam. De totale weerstand is de berekenen met de volgende formule: R_totaal = R₁ + R₂ + R₃ …. als de verschillende elementen in serie staan. 1 / R_totaal = 1 / R₁ + 1 / R₂ +1 / R₃ … als de verschillende elementen parallel geschakeld zijn.

Zoals eerder gezegd, wordt de bloeddruk altijd als een drukverschil gezien. Deze is uit te rekenen met P=pgh, waar P staat voor de druk, p voor de vloeistofdichtheid, g voor de zwaartekracht constante en h voor de hoogte van de kolom bloed. Omdat g en p niet veel variëren, kan h als een maatstaf voor de bloeddruk worden gebruikt. Dit wordt meestal beschreven in mmHg (millimeters kwik). De druk is ook te berekenen met de formule P=F/A, F is kracht en A is oppervlakte. We vergelijken de bloeddruk altijd met de druk in de barometer (Pb), de bloeddruk die je meet is dus niet de echte druk van het bloed. Aangezien druk altijd tussen twee punten is, hebben we ook een drukgradiënt: ΔP/Δx, waarbij Δx de afstand tussen de twee punten is.

Er zijn drie verschillende soorten:

1. Stuwende druk: de druk tussen twee punten binnen een vat. In het lichaam wordt altijd het verschil tussen arterieel en veneus gemeten.

2. Transmurale druk: het drukverschil tussen het bloedvat en het weefsel eromheen. Dit zorgt voornamelijk voor de weerstand.

3. Hydrostatische druk: als het vat verticaal loopt, is er een drukverschil tussen hoger en lager gelegen punten, omdat er een kolom bloed op lager gelegen punten drukt. Deze is ook te berekenen met P=pgh.

De totale bloedstroom is de cardiac output (CO). Dit is het resultaat van de output per slag, het slagvolume (SV) en de hoeveelheid slagen per minuut, de hartratio (HR). CO=SV*HR. In een mens van 70 kg is de CO ongeveer 5L/min. De cardiac index is het aantal liter per minuut per vierkante meter, dit is gemiddeld 3L/min/m². Om de flow constant te houden, moet er evenveel de linker harthelft in als uitgaan. Daarom moet de flow van de rechter harthelft gelijk zijn aan die van de linker.

De wet van Poiseuille beschrijft de flow als de eigenschappen van het vat en de vloeistof bekend zijn. De formule hiervan is F=ΔP*((πr⁴)/8l). F is de flow, ΔP het drukverschil, r de straal, l de lengte en η de viscositeit (de stroperigheid). Hiervoor moeten zowel de drukkracht en flow constant zijn. Hieruit volgt dat de flow evenredig is met ΔP en de vierde macht van r. Ook zegt de wet dat flow en de lengte en viscositeit omgekeerd evenredig zijn. Deze wet geldt alleen voor rechte, cilindrische tubes, de wet van Ohm geldt voor alle tubes.

De losse onderdelen van de totale perifere weerstand worden afgekort tot PRU’s (periferische weerstand units). Een vat moet wel aan bepaalde voorwaardes voldoen, voordat de wet van Poiseuille kan worden toegepast:

• De vloeistof is niet indrukbaar

• De tube is recht, stijf, cilindrisch, onvertakt en met een constante straal

• De snelheid van de dunne laag aan de buitenkant is 0

• De flow is laminair, dus een richting op

• De flow is stabiel, niet in pulsen

• De viscositeit van de vloeistof is constant

De meeste van de punten zijn redelijk tot goed aanwezig bij het bloed. Het vierde en het vijfde punt zijn dit niet, dit gaat wel in pulsaties en de flow is niet altijd laminair. Dit heeft te maken met het feit dat als de flow een bepaalde waarde bereikt, de R opeens gaat toenemen. Daardoor wordt de flow turbulent, en gaat het niet meer netjes één richting uit. Om uit te rekenen of dit gebeurt, wordt gebruik gemaakt van het Reynolds getal. Dit kan met de formule Re=(2rvp)/η, waarbij Re het Reynolds getal is en p de vloeistofdichtheid. Als dit onder de 2000 is, is het bloed laminair. Boven de 3000 is het turbulent. Dit is dus het geval bij een grote straal of snelheid. Ook lage viscositeit draagt hieraan bij. Het verschil tussen laminair en turbulent is ook te horen, turbulente vloeistof maakt een mompelend geluid. Dit is handig om bepaalde diagnoses te stellen, zoals stenose van vaten. Als het erg turbulent wordt, kan er zelfs een trilling gevoeld worden. Voordat ultrasonografie bestond konden artsen door het gemompel zelf iets zeggen over de bloeddruk.

Als een vat aan de voorwaardes van de wet van Poiseuille voldoet, kan de weerstand berekend worden met R=(8/π)*((η*l)/r⁴). De vaatweerstand is dus recht evenredig met de lengte en viscositeit, en omgekeerd evenredig met de vierde macht van de straal. Viscositeit is een mate van gladheid tussen twee vloeistoflagen. Stel  er zijn twee lagen vloeistof die langs elkaar bewegen. De snelheid van de langzame in v, de snellere heeft snelheid v+Δv. De snelheidgradiënt is dit verschil in snelheid over het verschil in afstand, dus Δv/Δx. Dit  heet de shear rate. De kracht die het kost om de ene laag sneller te laten bewegen heet de shear stress. Hoe groter de plaat, hoe meer kracht er nodig is, dus wordt de shear stress uitgedrukt in F/A. De viscositeit is hoeveel shear stress nodig is voor een bepaalde shear rate, dus η=shear stress/shear rate. Dit wordt (F/A)/(Δv/Δx). De eenheid van viscositeit is poise (P). In de vaten moet je de lagen zijn als cilinders. De cilinder helemaal aan de binnenkant gaat het snelst, de dunne aan de buitenkant beweegt helemaal niet door krachten van de wand.

Thema 4: Het Einthoven Science Project

Thema 4 bevat geen verplichte stof.

Thema 5: Het cardiovasculair systeem

Ross Ch. 11, p.327-331 ontbreekt nog

Het hart is een cardiovasculaire pomp, bestaande uit twee atria (kamers) en twee ventrikels (boezems). De rechterharthelft ontvangt zuurstofarmbloed via de superior en inferior vena cava en pompt het bloed naar de longen voor de zuurstofvoorziening. Het zuurstofrijke bloed stroomt via de longvenen de linkerharthelft in en wordt met een hoge druk door de aorta en vervolgens door het hele lichaam gepompt. De hartcyclus bestaat uit diastole (vulling van de ventrikels) en systole (het ‘leegknijpen’ van de ventrikels). De hartslag die je hoort, ontstaat door het dichtslaan van eerst de atrioventriculaire kleppen en vervolgens de arteriële kleppen, die voorkomen dat het bloed terugstroomt tijdens de contractie van het hart. De wand bestaat uit drie lagen. Van binnen naar buiten: endocardium (endotheel en bindweefsel), myocardium (spierweefsel), epicardium (mesotheel/ viscerale blad van het pericard). Het grootste gedeelte bestaat uit spierweefsel, waarbij de spiervezels vastzitten aan het fibreuze hartskelet. De ventrikels contraheren in een wringende beweging, door de dubbele spiraalvormige richting van de cardiale spiervezels.

Het hartskelet heeft meerdere functies:

• Voorkomt te grote zwelling bij een volumetoename van bloed

• Verzorgt een aanknopingspunt voor de hartkleppen en het myocard

• Vormt een isolator waar impulsen niet doorheen kunnen (behalve ter hoogte van de AV-knoop)

Atria

De atria zijn gescheiden van de ventrikels door de sulcus atrioventricularis (atrioventriculaire groeve) met daarin de arteria coronaria dextra. De linker- en rechterventrikel zijn van elkaar gescheiden door de sulcus interventricularis anterior/posterior (de interventriculaire groeves). De apex (punt) van het hart ligt in de 5e intercostaalruimte, hier kun je de mitraalklep horen. Daar tegenover ligt de basis van het hart, posterior gelegen ter hoogte van T6-T9.

De zijdes en randen van het hart:

• Anterieure/sternocostale zijde (voornamelijk gevormd door het rechterventrikel)

• Posterieure/diafragmatische zijde (door linkerventrikel en deels rechterventrikel)

• Rechter longzijde (door rechteratrium)

• Linker longzijde (door linkeratrium)

• Rechtergrens (door rechteratrium, loopt door tussen vena cava superior en inferior)

• Inferieure grens (door rechterventrikel en deels linkerventrikel)

• Linker grens (door linkerventrikel en deels linkerhartoortje)

• Superieure grens (door rechter- en linkeratria en rechter- en linkerhartoortjes)

Het rechteratrium ontvangt bloed van de vena cava superior (ter hoogte van T3), vena cava inferior (ter hoogte van T5) en de sinus coronarius. Het rechterhartoortje heeft een ruw oppervlakte en vergroot deels de capaciteit van het rechteratrium. De gladde en ruwe atriale wand zijn gescheiden door de sulcus terminalis aan de buitenkant en crista terminalis aan de binnenkant. De opening van de coronaire sinus zit vlakbij de ingang van vena cava inferior. Het rechterventrikel is bekleed met trabeculae carneae en ontvangt tijdens de diastole bloed via de drie-slippige tricuspidalisklep. Kleine chordae tendineae bevestigen de leaflets (‘blaadjes’) van deze klep met papillairspieren, waardoor de klep niet kan doorslaan. Het bloed gaat vervolgens door samentrekking bij de systole door de pulmonalisklep ter hoogte van T3. De scheiding tussen het linker- en rechterventrikel bestaat uit spierweefsel en membraneus weefsel en wordt het septum interventricularis genoemd. Het spiergedeelte in het linkerventrikel is groter, omdat dit ventrikel een grotere kracht moet geven. Aan de rechterkant zit meer membraneus weefsel, waar de tricuspidalisklep aan vastzit. In het septum interventricularis bevat zich de trabecula septomarginalis (moderator band). Deze maakt deel uit van de rechtertak van de AV-bundel (Hisbundel). In het linkeratrium monden vier venae pulmonalis uit met zuurstofrijk bloed. De wand is een klein beetje dikker en gladder dan het rechteratrium. Het ligt helemaal tegen de achterkant, waardoor via de oesophagus goed de linkerboezem te bestuderen valt. Het kleinere trabeculaire hartoortje bestaat uit musculi pectinati (evenals het rechterhartoortje).

Ventrikels

Linkerventrikel heeft een hele dikke spierwand, doordat er in de aorta een hogere druk is. Ook zijn de papillairspieren langer. Het bloed komt naar binnen door de twee-slippige mitralisklep ter hoogte van T4. Hier ondergaat het bloed een totale hoek van 180° om via de halvemaanvormige aortaklep ter hoogte van T3 vervolgens het hart te verlaten. De drie halvemaanvormige leaflets bij de pulmonalisklep en aortaklep hebben geen chordae. Ze hoeven ook maar minder dan de helft van de kracht op te vangen ten opzichte van de andere kleppen. De leaflets worden naar de wanden gedrukt als bloed de ventrikels verlaat. Als bij diastole dan het bloed weer terugstroomt, komen de leaflets weer tegen elkaar aan en vangen het bloed op als een soort zakjes.

Je onderscheidt het linker- en rechterventrikel niet door de dikke wand maar je let op

• RV: tricuspidalisklep is spierig verbonden met de pulmonalisklep

• LV: mitralisklep en aortaklep zijn fibreus verbonden; er zit geen spier tussen. Dit is goed te zien op echo en MRI.

Belangrijke bloedvaten van anterior naar posterior: truncus pulmonalis, aorta, vena cava superior. Let op: de aorta buigt over de aftakking (dus niet de stam) van de truncus pulmonalis heen. De truncus pulmonalis ligt heel dicht achter het sternum.

Coronairarteriën

Het endocardium krijgt voedingsstoffen door diffusie vanuit de kamers. Het myocardium en epicardium krijgen voedingsstoffen van de arteria coronaria dextra en sinistra. Deze arteriën ontspringen uit de sinus boven de aortaklep. Beide takken hebben twee belangrijke afsplitsingen: de arteria marginalis en arteria interventricularis (‘tussen de ventrikels’, bij de sulcus interventricularis anterior/posterior).

De arteria coronaria dextra innerveert de:

• SA-knoop via sinoatriale tak (60% van de bevolking)

• AV-knoop (80% van de bevolking)

• Posterior interventricular branch

• Rechter arteria marginalis

• rechter ventrikel, rechter atrium, deel van het linkerventrikel en deel van het septum

De arteria coronaria sinistra innerveert de:

• Anterior interventricular branch

• ramus circumflexus arteriae coronariae sinistrae

  • Linker arteria marginalis

  • Innerveert SA-knoop (40% van de bevolking)

• linkeratrium, linkerventrikel, deel van het rechterventrikel en het septum

Bij 67% van de bevolking is de arteria coronaria dextra dominant. De veneuze drainage van het hart gebeurt via de sinus coronarius, die uitkomt in het rechteratrium. De grote en middelgrote venen geven het zuurstofarme bloed van het hart door aan de sinus coronarius. Kleine venen daarentegen eindigen meteen in het rechteratrium.

Impulsgeleiding hart

De SA-knoop is de pacemaker van het hart en ligt anterolateraal waar de superior vena cava en rechter atrium samenkomen. Deze knoop initieert zo’n 70 keer per minuut een contractie, die zich verspreid door beide atria. Het signaal wordt doorgegeven via de AV-knoop; de enige plaats tussen atria en ventrikels waar het fibreuze skelet niet voor isolatie zorgt. De AV-knoop ligt bij 60% van de bevolking in de rechter atrium. Via de Hisbundel, die zich splitst in een linker- en rechterbundel aan beide zijden van het interventriculaire septum, komt het signaal in de Purkinjevezels terecht. Van hieruit worden de gehele ventrikels gestimuleerd. Het hart wordt sympathisch én parasympatisch geïnnerveerd door autonome zenuwen vanuit de plexus cardiacus (welke vóór de bifurcatie van de trachea ligt). Sympathische activiteit vindt plaats door middel van directe adrenerge of indirecte supra-renale (adrenaline) hormoonstimulatie. Parasympatische toevoer via de nervus vagus (CN X) gaat via het vrijgeven van acetylcholine.

Boron & Boulpaep p110-111 en 151-157 ontbreekt nog

Depolarisatie van het hart

Door een depolarisatie in de sinoatriale (SA) knoop ontstaan er bij een normaal individu 60 tot 100 cardiale actiepotentialen per minuut. Deze pacemaker-activiteit kan worden beïnvloed door een parasympatisch en een sympatische neuronale input. De actiepotentiaal gaat via de SA-knoop, langs de atria en naar de atrioventriculaire (AV) knoop. De actiepotentiaal gaat door het fibreuze skelet en verspreidt zich door het His-purkinje vezel systeem over de ventrikels. De communicatie tussen cardiale cellen wordt mogelijk gemaakt door gap junctions en het ladingsverschil. De stroom (flow I) wordt bepaald door het ladingsverschil (ΔV) en de weerstand (R) van de gap junctions in de vergelijking I_AB = ΔV_AB/R_AB. De stroomsnelheid kan op verschillende manieren beïnvloed worden. Meer ionkanalen zorgen voor een grotere depolarisatie stroom. Ook kan de drempelwaarde van de actiepotentiaal verlaagd worden, zodat cel B sneller getriggerd wordt door cel A. Als cel A depolariseert, gaan de ionkanalen open en er komt veel positieve lading de cel in: dit wordt meteen ook doorgestuurd naar cel B, de intracellulaire stroom. Dit zorgt ervoor dat de extracellulaire ionen bij het membraan van cel B loslaten en via de buitenkant in tegengestelde richting naar cel A stromen, de extracellulaire stroom. De extracellulaire stroom heeft een elektrische vector, die wordt gemeten bij elektrocardiografie (ECG). De Nernstvergelijking beschrijft de omstandigheden waarin een ion in equilibrium is door een membraan. Z is de lading. Je berekent E_x, het equilibrium potentiaal: bij welke waarde hij in evenwicht is. De Nernstpotentiaal voor Kalium, Calcium en Natrium schrijf je als E_K, E_Ca, E_Na.

Een cardiaal actiepotentiaal heeft een aantal belangrijke ionstromen:

• Na⁺-stroom zorgt voor de depolarisatie van de actiepotentiaal in de atria, ventrikels en de Purkinjevezels

• Ca²⁺-stroom zorgt voor de snelle depolarisatie van de SA en AV-knoop. Ook zorgt het voor de contractie in alle cardiale spiercellen

• K⁺-stroom zorgt voor de repolarisatie van de actiepotentiaal in alle cellen

• Pacemaker stroom/funny current zorgt voor de pacemaker activiteit in SA cellen, AV cellen en Purkinjevezels.

De verandering in de cardiale membraanpotentiaal is op te delen in vijf fases:

Fase 0: Het begin van de actiepotentiaal. Als deze veroorzaakt is door de I_ca is deze langzaam, dit is in pacemakercellen zo. Als hij veroorzaakt is door zowel I_Ca als I_Na is deze snel: dit is in myocardcellen zo. Dit heet ook wel de upstroke.

Fase 1: De snelle repolarisatie van de actiepotentiaal. Deze komt door totale inactivatie van I_na of I_Ca (wat in fase 0 al plaatsvindt) en de uitstroom van Kalium. De membraanpotentiaal herstelt zich.

Fase 2: De ‘plateaufase’: vooral aanwezig in de ventrikelspier. Kalium gaat eruit en calcium komt erin: een soort rechte lijn omdat het elkaar opheft.

Fase 3: Het repolarisatie component, doordat de kaliumefflux de calciuminflux overschrijdt. De calciumionen worden door Ca²⁺-pompen teruggepompt het SR in. Ook wordt door de Calcium-natrium exchanger het calcium de cel uit en natrium de cel in gedaan.

Fase 4: Het membraan herstelt zich. Nu wil je natrium eruit en Kalium erin, d.m.v. een Natrium-kalium pomp: dit proces kost energie in de vorm van ATP. Dit gebeurt als je in rust zit. In deze fase kunnen cellen worden beïnvloed door andere cellen, leidend tot een fase 0: actiepotentiaal. Dit is de rustfase met een membraanpotentiaal van -90mV.

De Na⁺-stroom is de grootste stroom in de hartspier. Er zijn veel natriumkanalen in de ventriculaire en atriale spieren en Purkinjevezels, maar niet in de SA en AV-knoop. Het is een voltage-gated kanaal met a en b subunits. Subunit a heeft fosforylisatieplekken: die door het cAMP-afhankelijke proteïne kinase worden gestimuleerd. Bij de rustpotentiaal zijn de natriumkanalen dicht, ze gaan open en zorgen voor een grote instroom als er depolarisatie plaatsvindt. Als dit positief wordt worden de kanalen weer inactief. De Ca²⁺stroom komt voor in alle hartcellen. In de SA-knoop zorgt de I_Ca voor de pacemakeractiviteit. In zowel de SA- als de AV-knoop is de inwaartse Ca-stroom verantwoordelijk voor de fase 0. Hier zijn de upstrokes (fases 0) langzamer dan in ventrikel en atriumcellen, aangezien er geen I_na aanwezig is. Deze traagheid zorgt voor een elektrische vertraging/delay tussen de atriale en ventriculaire contractie waardoor er meer bloed in de ventrikels kan stromen. In hartcellen duurt de potentiaal langer dan in spiercellen aangezien de K⁺-stroom die depolariseert, erg langzaam op gang komt. De K⁺-stroom komt voor in alle hartcellen en zorgt voor de repolarisatie van het einde van het actiepotentiaal.

Het hart als pacemaker

De I_funny, ofwel de pacemaker-stroom vind je in SA-, AV-knopen en in Purkinje vezels. Zowel K⁺ en Na⁺ worden erdoor doorgegeven. De potentiaal van I_f is zo’n -20, aangezien K⁺ -90 en Na⁺ + 50 mV heeft. Deze kanaaltjes worden geactiveerd door de hyperpolarisatie aan het einde van fase 3. Het hart heeft drie pacemakerweefsels: de SA- en AV-knoop en de Purkinjevezels. Pacemaker activiteit betekent het spontane, tijd-afhankelijke depolariseren van het celmembraan dat tot een actiepotentiaal leidt. De snelste pacemaker beïnvloedt en stuurt de langzame pacemakers. De SA-knoop ligt op het rechter atrium en is de snelste pacemaker (60 bpm). De werking hangt af van de stroom van Ca, K en F. De som van de uitgaande K en inkomende Ca en F zorgen voor een langzame pacemaker depolarisatie. De AV-knoop ligt net boven de AV-ring. De werking hangt af van de stroom van K, Ca en F. Hij lijkt erg op de SA-knoop. De snelheid van de AV-knoop is langzamer (40 BPM): het heeft dus niet de leiding, maar zou het hartritme over kunnen nemen als de SA-knoop faalt. De bundel van His splitst in een linker- en rechtertak: de linkertak splitst ook nog in de linker anterosuperior fascicle en de linker posteroinferior fascicle. Purkinjevezels zijn de langzaamste pacemakers, dit is dus de tertiaire pacemaker. Toch geven ze de actiepotentiaal het snelste door, vanwege de Na⁺-stroom. Het actiepotentiaal hangt af van 4 instromen: Ca, K, F en Na. Atriale en ventriculaire myocyten kunnen ook actiepotentialen beginnen, maar hebben geen pacemakeractiviteit. Een depolarisatie vindt altijd plaats van het endocardium naar het epicardium. In de atriale spier is geen spontane actie. De actiepotentiaal wordt voortgeleid door de stroom van Na, K en Ca tussen myocyten onderling. De atriale spier heeft 4 geleidende bundels. Een, de Bachman’s bundel, zit in het atrium en geleidt de potentiaal van de SA-knoop naar het linkeratrium. De 3 anderen geleiden van de SA- naar de AV-knoop. Als het pad geblokkeerd is, vindt er geen ventrikelpotentiaal plaats. Na de AV-knoop gaat de potentiaal via de His-Purkinje-bundels naar de ventriculaire spier. Het is afhankelijk van de stromen Na, K en Ca. Er is geen I_f of pacemakeractiviteit. De snelle upstroke komt door Na. De Ca-stroom is belangrijk omdat het zorgt voor de instroom van Ca, die het vrijlaten van Ca door het Sarcoplasmatisch reticulum activeert.

Wanneer een ventriculaire spiercel geactiveerd is, kan het niet meteen opnieuw gedepolariseerd worden. Deze effectieve weerbaarheidsperiode komt door de inwaartse stromen van Na en Ca, die zorgen voor de activatie maar vervolgens geïnactiveerd zijn door de depolarisatie. De effectieve weerbaarheidsperiode is hetzelfde als de absolute weerbaarheidsperiode in skeletcellen. Tijdens deze periode heeft een elektrische stimulus geen effect. Als bij de repolarisatie Ca en Na weer gaan herstellen van inactivatie, begint de relatieve weerbaarheidsperiode. Tijdens deze periode kan een elektrische stimulus een actiepotentiaal veroorzaken (kleiner dan normaal). Acetylcholine en catecholamines moduleren de pacemaker activiteit en geleidingssnelheid.

De SA-knoop kan vertragen via 3 mechanismen:

• De steilheid van de depolarisatiefase bij fase 4 vermindert: het duurt langer om de drempelwaarde te bereiken. Diastole duurt langer.

• De maximale diastolische potentiaal wordt meer negatief. Als je op een lager niveau begint duurt het langer om de drempelwaarde te bereiken.

• De drempelwaarde voor een actiepotentiaal ligt hoger.

Acetylcholine: de parasympatische nervus vagus laat acetylcholine los in de SA- en AV-knoop en gebruikt alle 3 de mechanismes om de hartslag te verlangzamen:

• Vermindert de I_f: de steilheid van fase 4 wordt minder.

• Opent kanalen waardoor K⁺ toeneemt en de maximale diastolische potentiaal van SA-knoopcellen afneemt.

• Vermindert de hoeveelheid Ca in de SA-knoop waardoor de steilheid afneemt en de drempelwaarde hoger wordt.

Catecholamines: de sympatische innervatie zorgt voor een verhoogde hartslag via 2 wegen:

• Catecholamines zorgen voor een grotere I_f, waardoor de steilheid van depolarisatiefase van fase 4 omhoog gaat.

• Catecholamines verhogen de hoeveelheid Ca in alle myocardcellen, dus ook in de SA en AV-knoop: hierdoor verhoogt de steilheid en verlaagt de drempelwaarde.

Ook zorgen catecholamines in de atriale en ventriculaire spieren voor een sterkere contractie: positieve inotropische effect, door een verhoogde Calcium-influx.

Malmivuo hoofdstuk 6 ontbreekt nog

Klabunde, p.26-35 ontbreekt nog

Malmivuo Hoofdstuk 15 ontbreekt nog

Malmivuo hoofdstuk 19.4 en 19.5 ontbreekt nog

Malmivuo hoofdstuk 23 ontbreekt nog

Hartspierweefsel

Er zijn drie verschillende soorten spierweefsel: glad spierweefsel, skeletspierweefsel en hartspierweefsel. Deze drie soorten zijn fundamenteel verschillend van elkaar. Hier worden alleen hart- en skeletspierweefsel besproken. Spieren kunnen gestimuleerd worden door chemische neurotransmitters, een paracriene factor of door elektrische stimulatie. Een myovezel is de kleinste contractiele unit van een skeletspier, en heeft meerdere nuclei. Hieromheen zit een beschermende laag, het endomysium. Een bundel van parallel gelegen myovezels vormt een fascicle. Een fascicle is ook omgeven door een beschermende laag, het perimysium. Veel fasciclebundels samen vormen een spier. Om de spier zit ook weer een laagje, het epimysium. Onder elk endomysium zit het plasmamembraan van de spiercel: het sarcolemma. Iedere spiercel heeft een laagje van dicht op elkaar gelegen cilindrische elementen, genaamd myofibrillen. Myofibrillen bestaan uit sarcomeren, die uit verschillende (myo)filamenten bestaan.

• excitatie-contractie koppeling

Excitatie-contractie koppeling is het proces waarbij elektrische prikkeling van het membraan zorgt voor een toename van de calciumconcentratie in de cel. Actiepotentialen die aan de membraanoppervlakte van skeletspiercellen ontstaan komen via speciale openingen in de cel terecht. Dit zijn een soort tubes en heten transverse of t-tubuli. T-tubuli zitten om elke myofibril, bij de overgang van A- naar I-band. T-tubuli maken contact met twee cisternae (holtes), speciale regio’s van het sarcoplasmatisch reticulum (SR). Als er een actiepotentiaal binnenkomt in de t-tubuli wordt de triade (de combinatie van een t-tubulus en 2 cisternae) gedepolariseerd, waardoor de L-type-calciumkanalen open gaan staan en er calcium de cel instroomt. Deze hebben een a-, b- en c-unit. Door de verhoogde calciumconcentratie intracellulair, gaan calciumkanalen in de membraan van het SR open staan. Dit kanaal heet ook wel de ryanodine-receptor omdat het geïnhibeerd kan worden door ryanodine. Nu komt calcium vanuit het SR de cel in. Calcium-ionen binden aan het TcC-subunit, waardoor het troponine-complex van vorm verandert. De bindingsplaats komt nu vrij en er kunnen crossbridges tussen myofilamenten worden gemaakt.

• filamenten

Er zijn dikke en dunne filamenten: actine (dun) en myosine (dik). Een sarcomeer is het gebied tussen twee Z-lijnen. Het georganiseerde sacromeren-patroon zorgt voor de streping van het spierweefsel die te zien is met een microscoop. In een dwarsdoorsnede is zichtbaar dat elk myosine is omgeven door zes actinefilamenten. De koppen van myosine zitten in hoeken van 60 graden, zodat ze goed georiënteerd zijn. De actinefilamenten zitten aan elkaar vast bij de Z-lijn. In de lichte banden van een sarcomeer zit alleen actine, en overlapt het niet met myosine. Dit is de I band en die verkort bij contractie. Actine bestaat uit twee rond elkaar gedraaide kralensnoeren, bestaande uit veel globulaire actine-eiwitten. Er zitten myosine bindingsites op. Ook zit er een tropomyosine-eiwit, dat van belang is voor de regulatie van de interactie tussen actine en myosine. Hierop zit het troponinecomplex. Dit bestaat uit drie substructuren: TnT (bindt aan tropomyosine), TnC (kan aan calcium hechten) en TnI (bedekt de bindingsplaats op het actine). De myosinefilamenten vormen de donkere A-band en deze blijft even groot bij contractie. In het midden van de A-band zit een M-lijn, die myosinefilamenten bindt en bij elkaar houdt. Myosinefilamenten hebben drie subregio’s. Een myosinefilament bestaat uit honderden myosine-eiwitten die bij de staarten aan elkaar vastzitten. Ook bevat het een scharnier, waarmee het kan buigen, en twee koppen. Eén van de koppen is voor de binding met actine, de ander voor de binding met ATP.

• contractie

Contractie is een cyclus waarbij na binding van Calcium, myosinekoppen aan actine binden, deze crossbridges buigen en vervolgens het actine los laten. Energie komt van ATP-hydrolyse. De myosinekop heeft deze energie nodig om de actine los te laten. Als er geen ATP is blijft dit dus vastzitten en treedt stijfheid op, rigo mortis. De crossbridge-cyclus verloopt in vijf stappen:

1. ATP bindt aan de myosinekop waardoor deze loslaat van actine (relaxatie).

2. ATP hydrolyseert in ADP en P maar deze blijven aan myosine vastzitten. De myosinekop klapt om en draait een beetje, zodat hij opnieuw kan binden (2 bindingsplaatsen verder).

3. Crossbridges worden gevormd doordat myosine aan actine bindt.

4. De P laat los van myosine waardoor de myosinekop buigt en het actinefilament richting de myosinestaart trekt. Hierdoor wordt kracht en beweging gegenereerd.

5. ADP laat los en het actine-myosinecomplex blijft in deze vorm tot er weer een nieuw ATP-molecuul bindt.

Als er geen calcium meer beschikbaar is in de cel wordt de cyclus stopgezet. Als er te weinig ATP aanwezig is in de cel moet de cel zelf ATP vormen uit ADP. Dit wordt geregeld door fosfocreatine. Het enzym creatinekinase transformeert fosfaat van fosfocreatine naar ADP waardoor weer ATP wordt gemaakt. Ook komt er veel ATP vrij bij de katabolisme van glycogeen. Titine is een heel lang eiwit, en zit op het dunne deel in het sarcomeer. Het zorgt ervoor dat de spier alsmaar stijver wordt wanneer je hem verder uitrekt.

Om de contractie te stoppen moet calcium de cel uit. Dit gebeurt door twee mechanismes.

• Na-Ca exchangers in de celmembraan

• Ca²⁺-pompen in de celmembraan en de membraan van het SR

Er zijn twee verschillende soorten contractie:

• Isometrisch: de aanhechtingspunten zijn immobiel, de lengte verandert niet, maar de tensie/spanning wel. Deze kracht hangt af van de beginlengte van de spier.

• Isotonisch: één van de aanhechtingsplaatsen is mobiel, de tensie/spanning verandert niet, maar de lengte wel.

De tensie voor de contractie heet de passieve tensie. De tensie na contractie, als de spier een kleinere lengte of grotere tensie heeft, heet actieve tensie. Dit hangt ook af van de spierlengte: als de spier te lang wordt is de maximale actieve tensie klein. Maar als de spier te kort wordt, is er ook geen maximale contractie. Cardiale myocyten zijn korter, vertakt en van eind naar eind verbonden via geïntercaleerde disks, bestaande uit desmosomen en gap junctions. Hierdoor worden elektrische signalen doorgegeven en het werkt als een functioneel syncytium. Contractie in hartcellen komt niet van neuronen maar van een pacemaker, de sinusknoop, ook wel SA-knoop. Door gap junctions worden buurcellen gedepolariseerd. Cardiale myocyten krijgen synaptische input van autonome neuronen, maar dit is meer voor de modulatie, of verandering, van de hartfrequentie, dan de initiatie ervan. Voor hartcontractie is binnenkomst van calcium door de L-type-calciumkanalen nodig. Bij skeletspiercellen hoeft dit niet per sé, bij hartcellen wel. De tubuli zorgen ervoor dat de potentiaal langs het SR komt, waarbij nog meer calcium uit het SR komt. Na contractie moeten de calcium ionen weer teruggepompt worden in het SR door SERCA pompen in de SR membraan. In hartspiercellen is de SERCA pomp geïnhibeerd door fosfolambam. Maar als de fosfolambam gefosforyleerd wordt (door middel van het cAMP proteïne kinase) gaat de rem er als het ware af en gaat de pomp juist harder werken. Zo kun je dus sneller calcium het SR in pompen: snellere relaxatie. Dit heet een lusitroop mechanisme, en bevordert dus de relaxatie. Hoe meer calcium de cel inkomt, hoe groter en sterker de samentrekking is. Norepinephrine kan de hartslag verhogen. Dit hormoon zorgt dat de B-type-receptor cAMP gaat aanmaken, waardoor het eiwit kinase geactiveerd wordt en de L-type-Ca²⁺kanalen gefosforyleerd worden. Hierdoor komt meer calcium de cel in, wat tot een grotere contractiekracht leidt. De kracht is ook groter bij een grotere vezellengte. De onderliggende mechanismen die de lengteafhankelijkheid verklaren worden beschreven door de Frank-Starling relatie.

Het gaat hierbij over:

• Overlap tussen actine en myosine

• Reduced lattice spacing: als er kracht wordt gezet op een sarcomeer dan wordt het langer en dunner. Dan komen actine en myosine dichterbij elkaar: dit is gunstig voor het vormen van crossbridges.

• Altered myosin head orientation: de hoek van de kop wordt anders als er kracht op wordt gezet.

• Calciumgevoeligheid: de hoeveelheid beschikbare calcium is van invloed op de contractiekracht. Bij uitrekken kan calcium er makkelijker bij komen.

CASK Microscopie bloedvaten (CP-02) ontbreekt nog

Bloedvoorziening van het hart

Het hart ligt voor ongeveer 2/3 deel in de linker thoracale holte, in het middelste mediastrium (de ruimte die wordt ingesloten door het sternum, de wervelkolom, het diafragma en de longen. Het hart bestaat uit vier kamers; twee artia en twee ventrikels. Kleppen bij de uitgang van de kamers zorgen ervoor dat het bloed niet terug het hart in kan stromen. Het interatriale septum en het interventriculaire septum scheiden de linkerkant van de rechterkant. De wand van elke kamer bestaat uit drie lagen. Van buiten naar binnen zijn dit het endocardium, myocardium (spier), epicardium (visceraal). De spiervezels zitten vast aan het fibreuze hartskelet. Het hartskelet bestaat uit vier fibreuze ringen, dit zijn bindingsplaatsen voor de kleppen. De atria zijn gescheiden van de ventrikels door de coronaire sulcus (atrioventriculaire groeve) en de linker- en rechterventrikel zijn van elkaar gescheiden door de anterior en posterior interventriculaire sulci. De apex ligt in de vijfde intercostaalruimte. Hier kun je de mitraalklep horen. Het rechter atrium ontvangt bloed van de vena cava superior en inferior en de coronaire sinus (zie figuur 13.3 p. 402). De gladde en ruwe atriale wand zijn gescheiden door de sulcus terminalis aan de buitenkant, en crista terminalis aan de binnenkant. De opening van de coronaire sinus zit vlakbij de ingang van de vena cava inferior. De AV-knoop zit tussen de sinus coronarius, fossa ovale en tricuspidalisklep. De SA-knoop zit bij de vena cava superior en sulcus/crista terminalis. Het bloed gaat vanuit het rechter atrium via de tricuspidalisklep in het rechterventrikel. De kleppen zitten vast aan het fibreuze skelet. Er zitten kleine chordae tendineae aan vast, die weer vastzitten aan de papillairspieren, deze zorgen dat de klep niet doorslaat. Het bloed gaat door de pulmonalisklep richting de longen. Het interventriculaire septum bestaat uit spier en membraan en onderscheidt de linker- en rechterventrikels. Het spiergedeelte zit meer bij de linkerventrikel omdat die een grotere kracht moet geven. Aan de rechterkant zit meer membraneus weefsel, de tricuspidalisklep zit vast aan dit membraneuze weefsel van het fibreuze skelet. Het linkeratrium vormt de basis van het hart. De linker- en rechter pulmonaire venen komen hierin uit met zuurstofrijk bloed. De wand is een beetje dikker en gladder dan het rechteratrium. Het ligt helemaal tegen de achterkant en via de oesophagus is het linker atrium dus goed te bestuderen. Het linkerventrikel heeft een erg dikke spierwand. Het bloed komt naar binnen door de mitralisklep. Deze klep ligt achter het sternum ter hoogte van de 4^e rib. Via de halvemaanvormige aortaklep gaat het bloed er weer uit. De halvemaanvormige (semilunair) kleppen hebben drie onderdelen en geen chordae.

De meeste bloedvaten bestaan uit drie lagen:

• Tunica intima: het binnenste laagje, het endotheel, bestaande uit platte epitheelcellen. Capillairen bestaan in hun geheel uit tunica intima.

• Tunica media: het middelste laagje, bestaande uit gladde spiercellen. Deze laag verschilt per soort bloedvat in dikte.

• Tunica adventitia: het buitenste laagje bindweefsel.

Er zijn drie typen bloedvaten: arteriën, venen en capillairen.

Arteriën zijn bloedvaten die de hoge druk opvangen, ze krijgen het bloed rechtstreeks vanuit het hart. De verschillende typen arteriën zijn van elkaar te onderscheiden door de grootte van de tunica media. Er zijn drie typen arteriën:

• Grote elastische arteriën: hebben veel elastische laagjes in hun wand. Ze vangen het bloed rechtstreeks op vanuit het hart. Voorbeeld: aorta.

• Medium spier arteriën: hebben een wand die vooral uit gladde spiercellen bestaat. Ze kunnen hun diameter verkleinen (vasoconstrictie) en daarmee de bloeddruk regelen. Dit zijn meestal de genaamde arteriën.

• Kleine arteriën en arteriolen: hebben een dikke spierwand. Door de tonus (spanning) die ze kunnen beïnvloeden, bepalen ze hoeveel bloed er naar de capillairbedden gestuurd wordt. Als deze tonus hoog is, is sprake van hypertensie.

Anastomose is een verbinding tussen de vaten. Tussen takken van arteriën kan communicatie ontstaan. Dit zijn bypasses van bloed. Als een bloedvat dicht is kan het bloed via een bypass naar een ander vat: dit is een collaterale circulatie. Toch zijn er plekken waar dit niet voor komt. Deze arteriën heten echte terminale eindarteriën: ze maken geen verbinding met andere arteriën. Als deze afgesloten raakt krijgt het hele orgaan geen bloed meer. Functionele eindarteriën daarentegen kunnen alleen via kleinere arteriën een collaterale circulatie vormen. Ze hebben dus alleen ineffectieve anastomosen.

Venen transporteren het zuurstofarme bloed terug naar het hart. Ze hebben vaak grotere diameters dan arteriën en hebben een grote capaciteit doordat ze kunnen uitrekken. Daarom is 80% van al het bloed in de venen. Er zijn 3 soorten:

• Venulen: de kleinste venen. Ze zorgen voor de drainage van de capillairbedden.

• Medium venen: hebben veneuze kleppen, zodat het bloed niet met de zwaartekracht mee weer naar beneden stroomt. De meesten hebben een naam.

• Grote venen: zijn gekenmerkt door de wijde bundels longitudinale gladde spiercellen en een goed ontwikkelde tunica adventitia. Een voorbeeld is de vena cava superior (bovenste holle ader).

De capillairen zijn enkele endotheelbuisjes, die ervoor zorgen dat in de capillairbedden afgifte van voedingsstoffen naar de extracellulaire ruimten en opname van afvalstoffen naar de capillairen plaatsvindt. Op sommige plekken zijn er directe verbindingen tussen de kleine arteriolen en de venulen: arteriovenulaire anastomosen (shunts), dit speelt een rol bij de temperatuurregeling. Op sommige plekken gaat het bloed langs twee capillairbedden voordat het naar het hart gaat: bijvoorbeeld in het poortadersysteem. Het voedingsstofrijke bloed gaat dan eerst nog langs de lever zodat die de voedingsstoffen eruit kan halen.

Klabunde p.93-106, p.107-119, p.180-197 ontbreekt nog

Bloedvaten

De bloedcirculatie bestaat uit arteriën (een verspreidingssysteem), de microcirculatie (een diffusie en filtratiesysteem), en de venen (een opslag systeem). De verschillende bloedvaten variëren enorm op gebied van:

• Aantal vertakkingen van vaten per niveau

• De straal van een vat

• Totale doorsnede oppervlakte van vaten samen per niveau

• Gemiddelde snelheid van de bloedstroom

• Bloedstroom volume

• Circulatietijd tussen twee punten in de circulaire bloedstroom

• Drukverschil

• Structuur van de vaatwand

• Elasticiteit van de vaatwand

Het aantal vertakking gaat van één aorta tot ~10⁴ kleine arteriën, tot ~10⁷ arteriolen en uiteindelijk tot ~4 x 10¹⁰ capillairen. Ook de straal verkleint van 1,1cm in de aorta tot ~3µm in de kleinste capillairen. Het grootste totale doorsnede oppervlakte is op het niveau van de venulen. Door anastomoses staat maar één vierde deel van alle capillairen open. Oppervlakte A en snelheid v zijn omgekeerd evenredig aan elkaar, want flow F = A*v. Dus de gemiddelde stroomsnelheid in de venulen ~0,03 cm/s zal het langzaamst zijn. Capillairen die zijn gesloten hebben geen flow. Het totale bloedvolume V van 5 liter is voor 85% verdeeld over de systemische circulatie en 10% over de pulmonale circulatie en 5% in het hart. Van het totale volume in de systemische circulatie zit 65% bloed aan de veneuze kant, dus de venen dienen als een volume reservoir. De totale circulatietijd van het bloed is ~1 minuut. De totale druk en weerstand van de systemische circulatie is veel groter dan die van de pulmonale circulatie. Het hoge-druksysteem ~95 mmHg strekt zich uit van de linker ventrikel tot de arteriolen en het lage-druksysteem ~15mmHg van de capillairen door de pulmonale circulatie tot de linkeratrium. De bloeddruk daalt het meest in de arteriolen. Volgens de wet van Poiseuille is de druk evenredig met de weerstand, want ΔP = F*R. Hoe meer vaten in parallel staan, hoe lager de weerstand. De druk en de weerstand hangen af van gladde spiercellen die zorgen voor vasoconstrictie of vasodilatatie.

De vaatwand bestaat uit drie lagen: de intima, de media en de adventitia. Deze zijn voornamelijk opgebouwd uit endotheelcellen, elastische vezels (elastine en microfibrillen), collageenvezels en glad spierweefsel. Capillairen bevatten alleen een tunica intima met één laagje endotheelcellen. Elastische vezels die voor elasticiteit zorgen, komen niet voor bij capillairen en venulen. Collageenvezels die als beschermingsjasje dienen komen alleen niet voor bij capillairen. Gladde spiercellen maken bindweefsel en elastine aan. Elastine en collageen bepalen de uitrekbaarheid van de vaatwand, de compliantie. De compliantie hangt samen met het volumeverschil en het drukverschil, C = ΔV/ΔP. Bij een verhoging van de transmurale druk, dus ook een verhoging van het volume, zal de straal van het vat groter worden om de druk te dempen. Bij venen is de compliantie uitermate hoog bij een klein transmurale drukverschil (hoger dan bij de aorta), maar laag bij een groot transmurale drukverschil. Bij arteriën is de compliantie overal gemiddeld hoog. De wet van La Place geeft het verband tussen spanning (tension T) en de straal, T = ΔP*r. Dus bij een bepaalde transmurale druk, waar de spanning op de vaatwand groter wordt, wordt de straal van het vat ook groter.

Boron & Boulpaep Hoofdstuk 20, p482-484, p489-498 ontbreekt nog

Regulatie van de bloeddruk

De bloedregulatie is een cardiovasculair systeem waarbij de meeste organen in parallel zijn geschakeld. Zo ontvangen alle organen ongeacht de afstand dezelfde druk, de mean arterial pressure MAP. De MAP wordt beïnvloed door het neurale reflex systeem in verschillende negatieve terugkoppelingen:

• Een detector: een receptor meet een bepaalde waarde en zet dit om in een elektrisch signaal

• Afferente neurale paden: transporteren het signaal van de detector naar het CZS

• Een controlecentrum: vergelijkt en bewerkt signaal en stuurt een antwoord signaal

• Efferente neurale paden: transporteren antwoord signaal naar de periferie

• Effectoren: verwerken het respons en veranderen mogelijk de situatie

Baroreceptoren meten eerst de uitzetting van de vaatwand (daarmee de transmurale druk) en vervolgens detecteren chemoreceptoren veranderingen in bloed P_O2, P_CO2 en pH. Deze receptoren bij hoge druk bevinden zich op de aortaboog en tussen de splitsing van de arteria carotis (carotis sinus). Het controlecentrum bevindt zich in de medulla, cerebrale cortex en hypothalamus van de hersenen. Effectoren zijn de pacemakers en glad en hartspierweefsel. Een negatieve terugkoppelingssysteem zorgt ervoor dat verhoogde MAP zorgt voor vasodilatie en bradycardie, en een verlaagde MAP zorgt voor vasoconstrictie en tachycardie. Een verhoogde MAP zorgt voor een grotere vuringssnelheid door baroreceptoren, dus meer depolarisaties in de SA-knoop, waardoor de hartfrequentie wordt verhoogd. De meeste afferente vezels die van hoge druk receptoren afkomen, gaan naar de nucleus tractus solitarii (NTS), een controlecentrum in de medulla. De neurotransmitter, glutamaat, die door de baroreceptoren zijn gestuurd, zorgen voor vasoconstrictie. Tenzij glutamaat wordt geblokkeerd door inhiberende interneuronen, dan vindt er vasodilatatie plaats. De efferente paden kunnen sympatisch of vagaal (parasympatisch) beïnvloed worden. Een verhoogde sympatische activiteit zorgt voor vasoconstrictie en een verhoogde hartfrequentie. Dit komt door het stofje epinephrine (adrenaline) en nor-epinephrine (nor-adrenaline), die bindt aan adrenoceptoren op de gladde spiercellen. De β-adrenoceptor wordt geactiveerd door een Gs eiwit en volgt het cAMP protein kinase 1 pathway om verschillende delen in de SA-knoop en myocardcellen te fosforyleren. De I_f en I_Ca worden gestimuleerd, waardoor er meer depolarisaties optreden en de hartfrequentie stijgt. Epineprine heeft de hoogste affiniteit voor β-adrenoceptoren en nor-epinephrine heeft juist een hogere affiniteit voor α-adrenoceptoren. Dit laatste gaat via een inositol 1,4,5-trifosfaat pathway, die weer zorgt voor meer calcium ionen influx. De parasympatische activiteit wordt geregeld door de nervus Vagus (CN X) met het stofje acetylcholine, wat zorgt voor vasodilatatie en een verlaagde hartfrequentie. Acetylcholine bindt aan muscarine-receptoren bij pacemakercellen en volgt een pathway door een βγ-heterodimer. Daardoor gaan meer kalium kanalen open staan en de I_f en I_Ca worden verlaagd. In myocardiale cellen treedt de phospholipase C pathway op en wordt er uiteindelijk NO gemaakt die de Ca²⁺ influx remt, wat leidt tot dilatatie. Wanneer er hypoxie optreedt, stimuleren de chemoreceptoren P_CO2 verlaging d.m.v. hyperventilatie. Hierbij worden de longen uitgerekt en de stretch receptoren in de longen gestimuleerd, die de pH verhogen, wat weer zorgt voor tachycardie. De cardiac output is het slagvolume (EDV-ESV) maal de hartfrequentie, CO = SV*HR. Een verhoogde cardiac output, zorgt voor een hogere MAP en wordt gereguleerd door intrinsieke karakteristieken en extrinsieke neurale en hormonale wegen. Hoe langer de diastole duurt, hoe langzamer de hartfrequentie. Het eind diastolisch volume (EDV) hangt af van:

• Vullingsdruk: hoe hoger de VR, hoe hoger de druk, hoe hoger EDV

• Vullingstijd: hoe langer de vullingstijd, hoe hoger EDV

• Compliantie van de ventrikel: hoe rekbaarder de wand, hoe hoger EDV

Het eind systolische volume (ESV) hangt af van:

• Preload: hoe hoger EDV, dus hoe hoger SV, hoe meer contractie er kan plaatsvinden. Een te grote EDV zorgt er weer voor dat spiervezels niet meer kunnen contraheren (de wet van Starling).

• Afterload: hoe hoger de kracht die wordt gegeven om de ventrikel samen te knijpen, hoe hoger de MAP, hoe hoger ESV.

• Hartfrequentie: hoe hoger de hartfrequentie, hoe meer calcium ionen vrijkomen, waardoor er meer contractiliteit optreedt en de ESV daalt.

• Contractiliteit: positieve inotropische reacties zorgen voor een verhoging van de calcium concentratie, waardoor er meer contractie op treedt en de ESV daalt.

Baroreceptoren en chemoreceptoren beïnvloeden de cardiac output extrinsiek. Lage druk baroreceptoren zitten aan de uiteinden van gemyeliniseerde zenuwen bij de arterie pulmonalis, de atria en de ventrikels. Ze controleren het effectieve circulatievolume en de CO en reageren op veranderingen van de VR en CVP. Wanneer het atrium meer wordt uitgerekt, produceren de hypothalamische neuronen minder arginine vasopressine (AVP), wat zorgt voor diurese en minder vochtopname. Ook wordt er atriale natriurectisch peptide (ANP) geproduceerd, wat weer zorgt voor dilatatie. Tachycardie (verhoogd hartritme) wordt veroorzaakt door een verhoogde venous return en een verhoogd effectieve circulatievolume, dit heet het Bainbridge reflex. Een te groot verlies aan bloedvolume zorgt juist voor een verhoogde hartfrequentie, het baroreceptorreflex. Het hartritme is op zijn minimum, wanneer het effectieve circulatievolume normaal is. De venous return is de bloedstroom in L/min die terugkomt in de rechterhartboezem en moet in evenwicht zijn met de cardiac output. Als de druk overal gelijk zal zijn, zal de flow ophouden. In deze situatie is de mean systemic filling pressure (MSFP) 7 mmHg en deze zal nooit nul worden, omdat deze afhangt van de compliantie en de weerstand. De vasculaire functiecurve kan worden weergegeven in een diagram waarbij de rechter atriale druk (RAP) op de x-as staat en de CO of de VR op de y-as. De functiecurve van de CO is een asymptootlijn omhoog en de functiecurve van de VR is een schuine lijn naar beneden. Een volume verhoging zorgt ervoor dat de curve van de VR naar rechts gaat. Een verhoging van de RAP, zorgt voor de verlaging van VR. Vervolgens zoeken de CO en de VR samen een nieuw balans.

Klabunde p.124-135, p.135-147, p.148-161 ontbreekt nog

Boron & Boulpaep p498-502, p574-576 ontbreekt nog

Mechanismen om de bloeddruk te reguleren

De bloedtoevoer naar verschillende organen moet variëren om te voldoen aan de behoeftes van het specifieke orgaan, maar ook van het hele lichaam. De manier waarop het circulatiesysteem de bloedtoevoer verdeelt moet flexibel zijn om in verschillende omstandigheden de bloedtoevoer naar bepaalde delen van het lichaam te veranderen. Bij inspanning bijvoorbeeld gaat er veel meer bloed naar de skeletspieren, de coronaire arteriën en de huid. Tegelijkertijd gaat er minder bloed naar het verteringsstelsel, maar blijft de toevoer naar de hersenen gelijk. De longen ontvangen dezelfde cardiac output als de gehele systemische circulatie en moeten zich ook aanpassen bij veranderingen in de totale bloedstroom. Er zijn vier mechanismen in het lichaam die de bloedtoevoer kunnen beïnvloeden.

• neuraal mechanisme

De weerstandsvaatjes van bijna ieder orgaan worden geïnnerveerd door het autonome zenuwstelsel. Dit reguleert de bloeddruk en cardiac output, maar ook de lokale bloedtoevoer naar specifieke weefsels.

• myogeen mechanisme

Veel vaten, vooral de musculaire arteriën en arteriolen, reageren op veranderingen in transmurale druk. Een verhoogde druk zorgt voor vasoconstrictie. Deze myogene reactie speelt een belangrijke rol in de autoregulatie van de vaten van de hersenen, hart, skeletspieren en nieren.

• metabool mechanisme

Bloedvaten die de bloedtoevoer reguleren zijn gevoelig voor lokale metabole behoeften van parenchymcellen. Bijvoorbeeld bij een lage pO₂ of pH treedt er vasodilatatie op, net als bij een verhoogde extracellulaire kaliumconcentratie.

• endotheel mechanisme

Endotheelcellen scheiden vasoactieve substanties uit, zoals stikstofoxide NO. Dit zorgt voor relaxatie van de vasculaire gladde spiercellen.

De coronaire circulatie ontvangt in rust ongeveer 5% van de totale cardiac output, terwijl het maar 0,5% van het totale lichaamsgewicht is. Normaal gesproken maakt het hart gebruik van oxidatieve fosforylering om genoeg ATP te maken. Bij hypoxie kan het hart nog even pompen door de afbraak van glycogeen, maar als het lang aanhoudt treedt er pijn op, ook wel bekend als angina pectoris. Wanneer er weefsel necrotisch begint te worden spreekt men van een hartinfarct. De rechter coronair arterie levert bloed aan de rechter atrium en ventrikel. De linker coronair arterie splitst in een linker circumflex arterie, die bloed levert aan de linker atrium en ventrikel, en een linker anterior descending arterie, die bloed levert aan de apex, het interventriculaire septum en een deel van de linker en rechter ventrikel. Wanneer het bloed de capillairen heeft gepasseerd, draineert het bloed van endocard naar epicard in de coronaire sinus bij de rechter atrium of draineert het soms meteen in een hartruimte via een anastomose (zoals de thebesiaanse venen). Wanneer het hart contraheert, comprimeert het zijn eigen bloedtoevoer. Tijdens diastole stroomt ~80% van de totale coronaire bloedflow. Een verandering in hartslag beïnvloedt ook de coronaire bloedflow. Bij een te hoge hartslag, wordt de coronaire bloedstroom vernauwd. Een verhoogde metabolische activiteit van het hart, die gepaard gaat met een insufficiënte coronaire bloedstroom, resulteert in het vrijkomen van adenosine. Adenosine diffuseert met de gladde spiercellen en activeert purinoreceptoren, waardoor er minder calcium ionen vrijkomen. Er ontstaat dan vasodilatatie. Een verhoging van de kalium concentratie zorgt voor een verhoogde coronaire doorbloeding. Sympatische zenuwen beïnvloeden de hartfrequentie bij de SA-knoop. Adrenoceptoren van adrenaline (epinephrine) zorgen voor tropische en inotropische reacties, wat leidt tot vasoconstrictie en uiteindelijk een verhoogde hartfrequentie. Bij de vagale innervatie zorgt acetylcholine voor vasodilatatie en een verlaagde hartfrequentie. Betablokkers kunnen ook de hartfrequentie verlagen.

Thema 6: Organisatie van zorg in zorgpaden

Zorgpadenboek: inleiding en casus COPD ontbreekt nog

Thema 7: Het ademhalingssyteem

Ontwikkeling van het ademhalingsstelsel

Aan het begin van de vierde week lijkt de intraembryonale coeloomholte op een hoefijzer. De buiging van de holte aan de craniale kant van het embryo wordt de toekomstige pericardholte en de laterale uiteinden worden later de pleurale holte en de peritoneale holte. Deze uiteinden staan in verbinding met de extraembryonale coeloomholte aan de laterale kant van de embryonale schijf. Tijdens de horizontale kromming van het embryo komen de twee laterale uiteinden ventraal samen en vormen dan één grote, peritoneale holte. Aan het einde van de vierde week is de intraembryonale coeloomholte verdeeld in drie holtes:

• De pericardiale holte

• Twee pericardioperitoneale kanalen

• Een peritoneale holte

Deze holtes hebben een pariëtale en viscerale wand die beide bekleed zijn met mesotheel. Tijdens de 10^e week verdwijnt de verbinding van de peritoneale holte met de chorionholte, wanneer de ingewanden gevormd worden. Tijdens de craniale kromming van het embryo verplaatsen het hart en de pericardholte naar ventraal, anterior ten opzichte van de voordarm, met gevolg dat de pericardholte in verbinding komt met de pericardioperitoneale kanalen, die dorsaal richting de voordarm lopen. Na de kromming van het embryo worden de caudale delen van de voor-, midden- en achterdarm opgehangen aan het dorsale mesenterium in de peritoneale holte. Een mesenterium is een dubbele laag peritoneum en verbindt het orgaan met de wand van het lichaam. Daarnaast bevat het de vaten en zenuwen die naar het orgaan toe gaan. De dorsale en ventrale mesenteria splitsen de peritoneale holte in een linker- en rechterhelft. De bloedvaten die de primordiale darm van bloed voorzien, liggen tussen de lagen van het dorsale mesenterium. De pericardioperitoneale kanalen liggen lateraal ten opzichte van het proximale deel van de voordarm (toekomstige oesophagus) en dorsaal ten opzichte van het septum transversum. Het septum transversum is de voorloper van het bindweefselige gedeelte van het diafragma. Het vormt tussenschotten in ieder pericardioperitoneale kanaal zodat de pleurale holtes gescheiden worden van de pericardholte en de peritoneale holte. Door de groei van de bronchiale knoppen ontstaan er twee membraneuze kammen in de laterale wand van elk kanaal:

• Superieur bevinden zich de craniale kammen (pleuropericardiale plooien)

• Inferieur bevinden zich de caudale kammen (pleuroperitoneale plooien)

Bij het uitgroeien van de pleuropericardiale plooien worden tussenschotten gevormd die de pericardruimte scheiden van de pleurale ruimte. Deze tussenschotten worden pleuropericardiale membranen genoemd. Ze bevatten de vena cardinalis communis, welke het veneuze systeem draineert in de sinus venosus van het hart. De primordiale pleurale ruimtes breiden zich ventraal uit rond het hart. Hier wordt het mesenchym gesplitst in de toekomstige thoraxwand en het toekomstige fibreuze pericard. In de zevende week groeien de pleuropericardiale membranen naar elkaar toe en versmelten hierbij met het mesenchym onder de oesophagus. Zo ontstaat het primordiale mediastinum en worden de longen gescheiden. De tussenschotten die gevormd worden bij het uitgroeien van de pleuroperitoneale ruimte, worden pleuroperitoneale membranen genoemd. Ze zitten dorsolateraal vast aan de abdominale wand. In de zesde week fuseren de membranen met het dorsale mesenterium van de oesophagus en het septum transversum. Hierdoor worden de pleurale holtes gescheiden van de peritoneale holte.

Het diafragma scheidt de thorax van het abdomen. Het ontstaat uit vier embryonale componenten:

• Septum transversum

• Pleuroperitoneale membranen

• Dorsale mesenterium van de oesophagus

• Ingroei van spiercellen van de laterale lichaamswanden

• Septum transversum

Mesodermaal weefsel groeit dorsaal van de ventrolaterale wand en vormt de centrale pees van het diafragma. Het fuseert met het dorsale mesenterium van de oesophagus en de pleuroperitoneale membranen. Een groot deel van de lever ontstaat in het septum transversum.

• Pleuroperitoneale membranen

Deze membranen fuseren met het dorsale mesenterium van de oesophagus en het septum transversum. Dit zorgt voor voltooiing van de scheiding tussen de thoracale en de abdominale ruimtes. Dit wordt het primordiale diafragma.

• Dorsale mesenterium van de oesophagus

Een bundel spieren, lopend van anterieur naar de aorta, ontstaat uit myoblasten die in het dorsale mesenterium groeien. Deze bundel wordt de crura van het diafragma genoemd.

• Ingroei van spiercellen van de latere lichaamswanden

Tijdens de negende tot de twaalfde week groeien de longen en pleurale holtes tegen de laterale wanden aan. De wand wordt opgedeeld in een buitenlaag (abdominale wand) en een binnenlaag (perifere delen van het diafragma). Er ontstaan costodiafragmatische nissen die zorgen voor de typische vorm van het diafragma. Gedurende de vijfde week migreren myoblasten met bijbehorende zenuwvezels naar het ontwikkelende diafragma. Hierdoor kan de nervus phrenicus voor de motorische en sensorische innervatie zorgen. Deze zenuw ontspringt uit de derde, vierde en vijfde cervicale spinaalzenuw.

Het ademhalingsstelsel

De ontwikkeling van de lagere luchtwegorganen (het strottenhoofd, de luchtpijp, de bronchiën en de longen) begint in de vierde week van de ontwikkeling van het embryo. Het ademhalingsstelsel groeit uit vanuit het caudale einde van de primordiale farynx (het meest superieure deel van de slokdarm). Deze uitgroei heet de laryngotracheale groeve. Het endoderm van de groeve zal uitgroeien tot de klieren van de larynx, de trachea en bronchi. Het bindweefsel, kraakbeen en glad spierweefsel ontstaan uit het splanchisch mesoderm van de voordarm. De laryngotracheale groeve groeit uit tot het zakachtige laryngotracheale diverticulum, ventraal ten opzichte van het caudale deel van de voordarm. Tegen het einde van de vijfde week ontstaat het tracheoesophageale septum. Dit septum splitst het craniale deel van de voordarm in twee delen:

• een ventraal deel, laryngotracheale buis; voorloper van de larynx, trachea, bronchiën en longen

• een dorsaal deel; voorloper van de orofarynx en oesophagus

Larynx

Laryngeaal kraakbeen ontwikkelt zich uit mesenchym dat afgeleid is van neurale kamcellen, uit de vierde en zesde kieuwboog. Het mesenchym prolifereert en veroorzaakt arytenoïde zwellingen. Door deze zwellingen ontstaat mediaal een T-vormige gleuf die de primitieve glottis vormt. De epiglottis wordt gevormd uit het caudale gedeelte van de hypopharyngeale uitstulping. Het rostrale gedeelte van deze uitstulping vormt het achterste gedeelte van de tong. De spieren van de larynx worden geïnnerveerd door takken van de nervus vagus (CN X) die bij de vierde en zesde kieuwboog horen. De groei van de larynx en epiglottis duurt door tot drie jaar na de geboorte.

Trachea

Het laryngotracheale diverticulum vormt de trachea en twee laterale zakjes (voorlopers van de bronchiën). Het endoderm groeit uit tot klieren en het splanchisch mesoderm groeit uit tot het kraakbeen, bind- en spierweefsel van de laryngotracheale buis.

Bronchi en longen

De ademhalingsknoppen ontstaan tijdens de vierde week en delen al snel in twee primaire bronchieknoppen; dit worden de pericardioperitoneale kanalen (primitieve pleurale holtes). Samen met het splanchisch mesenchym differentiëren ze in de bronchiën en hun vertakkingen. Aan de rechterkant ontstaan drie lobben en aan de linkerkant twee. In de 24^e week zijn de meeste takken en de bronchioli gevormd. Uit het mesenchym ontstaat kraakbeen, spierweefsel en capillairen. Ook de viscerale pleura komt uit het mesenchym. Pariëtale pleura ontstaat uit het somatische mesoderm. De ruimte tussen de viscerale en de pariëtale pleura is de pleuraholte.

Thorax

De thorax is het gedeelte tussen de nek en het abdomen. De term ‘borstkas’ wordt vaak als synoniem gebruikt, maar is in werkelijkheid uitgebreider dan de thorax. Bij de borstkas zit de schoudergordel inbegrepen, waar de thorax puur de holte met organen is. De thoraxholte en –wand hebben de vorm van een kegel, met het smalste gedeelte bovenaan en­ het breedste gedeelte ter hoogte van de overgang met het abdomen. De thoraxwand bestaat uit spieren en is net zo dik als de ribbenkast. De ribbenkast bestaat uit ribben (bot) en costaal kraakbeen. Het sternum is één aanhechtingsplaats voor de ribben, posterior zitten ze vast aan de wervels. Het diafragma is de onderkant van de thorax en wordt diep geïnvagineerd (teruggeduwd) door de buikorganen. In de thoraxholte liggen de primaire organen voor de bloedcirculatie en de ademhaling, namelijk het hart en de longen. De oesophagus (slokdarm) loopt dwars door de thorax om voedsel van de mond naar de maag te transporteren. De thoraxholte valt onder te verdelen in drie ruimtes:

1. Rechter- en linkerpulmonairholten: hierin bevinden zich de longen en de pleura. Deze holten beslaan het grootste gedeelte van de thoraxholte.

2. Het centrale mediastinum: dit compartiment ligt tussen de pulmonairholten en scheidt deze volledig van elkaar. Hierin bevinden zich het hart, de thoracale delen van grote vaten, het thoracale deel van de trachea, oesophagus, thymus en lymfeknopen.

De thoraxwand bestaat uit de ribbenkast, de intercostale spieren, de huid, subcutaan weefsel (o.a. de borsten), spieren en fasciae. De functies zijn:

• Beschermen van de vitale organen in de thoraxholte.

• Weerstand tegen de negatieve interne druk door de elastische retractie kracht van de longen.

• Aanhechting en support voor de bovenste ledematen.

• Aanhechting voor veel spieren, bijvoorbeeld voor de buik, nek, rug en armen en de ademhalingsspieren.

Door de vorm is de thoraxwand erg stevig, maar omdat de ribben flexibel zijn en door het kraakbeen kunnen grote krachten worden opgevangen, zonder dat er breuken optreden. Door de organen die constant in beweging zijn, kan de inhoud van de thorax flink variëren. Daarom is deze structuur één van de meest dynamische van het lichaam. Het skelet van de thorax vormt de osteocartilagineuze borstkas. Het skelet van de thorax bestaat uit 12 ribben en de bijbehorende costale kraakbeendelen, 12 thoracale wervels en de bijbehorende tussenwervelschijven, en het sternum. Ribben (in het Latijn: costae) zijn kromme, platte botten. Ze zijn wonderbaarlijk licht en toch veerkrachtig. Ze bevatten een sponzig binnenste deel. Dit bestaat uit beenmerg en maakt bloedcellen aan. Er zijn 3 verschillende soorten ribben:

• Echte (vertebrosternale) ribben: 1^e t/m 7^e rib.  Deze ribben zitten vast aan het sternum met eigen kraakbeen.

• Valse (vertebrochondrale) ribben: 8^e t/m 10^e rib. Deze ribben zitten vast aan het kraakbeen van de rib boven hen in plaats van direct aan het sternum.

• Zwevende (vrije vertebrale) ribben: 11^e en 12^e rib. Het kraakbeen van deze ribben zit niet vast aan het sternum (direct of indirect). In plaats daarvan eindigen ze in de spieren van de buik.

Daarnaast kunnen de ribben ook verdeeld worden in typische ribben en atypische ribben. Kenmerken van typische ribben zijn:

• De kop van de rib is wigvormig en heeft twee facetten, welke gescheiden zijn door een kruin. Eén facet sluit aan op de bijbehorende wervel, het andere facet sluit aan op de wervel erboven.

• De nek van de rib verbindt de kop met het lichaam ter hoogte van de tuberkel.

• De tuberkel ligt tussen nek en lichaam in. Het gladde, articulaire deel sluit aan op de processus transversus van de wervel, en op het ruwe, non-articulaire deel hecht zich aan het costotransversale ligament.

• Het corpus is dun, plat en krom. De plek waar de kromming van de ribben het grootst is en de ribben naar anterolateraal draaien, heet de costale hoek. Dit is ook het verste punt waar de rugspieren kunnen aanhechten. De binnenkant van de rib op deze plek heet de costale groeve.

Atypische ribben bevatten niet al deze kenmerken:

• De 1^e rib is het breedst, kortst en meest gekromd van alle zeven echte ribben. Hij heeft maar een facet omdat de kop niet aansluit op de wervel erboven. Daarnaast heeft de 1^e rib twee groeven voor de subclaviale vaten, en een tuberkel waar de musculus scalenus anterior aanhecht.

• De 2^e rib bezit een extra tuberkel aan de bovenkant, waar de musculus serratus anterior aanhecht.

• De 10^e, 11^e en 12^e rib hebben net als de 1^e rib maar één facet, daarnaast zijn de 11^e en 12^e rib heel kort en hebben nauwelijks een nek of tuberkel.

Het costale kraakbeen is een anterieure verlenging van de ribben, draagt bij aan de elasticiteit van de thoraxwand en zorgt voor een flexibele aanhechting van de ribben aan de anterieure zijde. Het kraakbeen van de 1^e tot 7^e rib neemt steeds toe, vanaf de 8^e tot de 12^e vermindert het weer. Het kraakbeen van de 8^e, 9^e en 10^e rib vormt samen de ribbenboog. Het kraakbeen van de 11^e en 12^e ribben vormen een kap op de anterieure eindes van de ribben en reiken niet naar een ander bot of kraakbeen. De intercostaalruimtes bevinden zich tussen de ribben. Ze zijn genummerd naar de rib die de superieure rand vormt (dus de ruimte tussen rib 1 en 2 heet intercostaalruimte 1). Hier liggen de intercostaalspieren en -membranen, en twee sets (hoofd- en collaterale-) bloedvaten en zenuwen. De ruimte onder de 12^e rib heet de subcostale ruimte. Thoracale wervels T2 t/m T9 zijn typische thoracale wervels: ze zijn onafhankelijk, hebben een lichaam, wervelboog, en zeven processen voor spier- en gewrichtsaanhechtingen. Typische thoracale wervels bevatten:

• Bilaterale costale facetten op het lichaam van de wervel (demifacetten) waarop de koppen van de ribben aansluiten

• Costale facetten op de processus transversus waarop de tuberkels van de ribben aansluiten

• Lange, inferieur hellende processus spinosus

De bilaterale (superieure en inferieure) costale facetten (demifacetten) zijn bilateraal gepaard, en zijn geplaatst op de superieure en inferieure posterolaterale randen van de lichamen van de thoracale wervels. Elke typische wervel bevat dus 4 demifacetten. De facetten zijn gerangschikt in duo’s op twee wervels, aan weerszijde van een tussenwervelschijf. Zo’n duo van facetten vormt samen een houder voor de kop van één rib: de rib die correspondeert met de onderste wervel van het duo. Er zijn 4 atypische costale wervels: T1, T10, T11 en T12. Deze wervels hebben geen demifacetten (en vormen dus geen duo voor de kop van één wervel) maar maken in hun eentje een houder voor de kop van een wervel. NB: T1 heeft superieur een heel facet, en inferieur een demifacet welke een duo vormt met het superieure facet van T2. T10, T11 en T12 hebben maar 2 facetten (hele facetten) in plaats van vier demifacetten (superior en inferior). Bij T10 zijn deze facetten half op het lichaam geplaatst, en half op het pedikel van de wervelboog. Bij T11 en T12 zijn ze geheel geplaatst op het pedikel. De processus spinosus van de typische thoracale wervels zijn lang en inferieur geheld, zodat ze over de wervels eronder hellen. Ze beschermen de intervallen tussen de lamina van de wervels zodat scherpe objecten niet tussen de wervels kunnen schuiven en het ruggenmergkanaal niet kunnen binnendringen. Door de plaatsing van de articulaire facetten tussen de wervels kan de wervelkolom roteren. Het sternum is het platte bot dat het midden van de anterior borstkas vormt. Het ligt direct boven de viscera van het mediastinum en dient tot bescherming van vooral het hart. Het sternum bestaat uit 3 delen, het manubrium, het corpus (lichaam) en het processus xiphoidus. Bij jongeren zijn de drie delen gekoppeld door kraakbeengewrichten, die gedurende midden- tot late volwassenheid ossificeren. Het manubrium is trapeziumvormig en is het breedst en dikst van de 3 botten van het sternum. De top van het manubrium kan gevoeld worden en heet de jugularisinkeping. Links en rechts hiervan zitten de inkepingen voor de claviculae; de sternoclaviculaire gewrichten. Links en rechts (inferiolateraal) naast de sternoclaviculaire gewrichten zitten de inkepingen voor de 1^e ribben; de synchondrosen. Het manubrium en het lichaam van het sternum liggen niet geheel in hetzelfde vlak, het manubrium ligt iets meer naar achter geheld. Het manubriosternale gewricht vormt daardoor de zogenoemde sternale hoek. Het corpus is dunner, langer en minder breed dan het manubrium. Deze ligt ter hoogte van de 5^e tot 9^e thoracale wervel. Langs de laterale kant van het corpus liggen de inkepingen voor de 2^e tot 6^e rib. De inkeping voor de 7^e rib bevindt zich op het processus xiphoidus. In jonge kinderen bestaat het corpus uit 4 sternebrae die aan elkaar groeien tot het 25^e jaar. De lijnen waar de vier delen gefuseerd zijn, zijn te zien bij volwassenen. De processus xiphoidus is het kleinste deel van het sternum. Het is dun en lang, en het inferieure eind ligt op de hoogte van wervel T10. De vorm van het processus xiphoidus verschilt per persoon. Het is een belangrijk herkenningspunt, omdat het sternoxiphoidale gewricht de inferieure begrenzing van de borstholte aantoont, en omdat het een marker is voor de superieure begrenzing van de lever, het diafragma, en de inferieure grens van het hart. Het processus xiphoidus bestaat uit kraakbeen bij kinderen en ossificeert gedurende volwassenheid. De reeks bewegingen die de gewrichten van de thoraxwand kunnen maken is maar gering. Toch kan elke verstoring voor problemen bij het ademhalen zorgen. Figuur 1.8 op pagina 80 toont de verschillende gewrichten van de borstkas. Typische ribben articuleren posterieur met de wervelkolom op twee gewrichten; het gewricht van de kop van de rib en het costotransversale gewricht. De gewrichten van de koppen van de ribben worden gevormd door de koppen van de ribben, de superieure costale facetten van de bijbehorende wervel, de inferieure facetten van de wervel erboven en de tussenwervelschijf tussen deze twee wervels in. De kop van de rib zit vast aan de tussenwervelschijf met behulp van een intra-articulair ligament van de kop van de rib. Hierdoor wordt de ruimte in het gewricht verdeeld in twee synoviale ruimtes. De gewrichtskapsels van de kopgewrichten zijn anterieur het sterkst waar ze het ligamentum capitis costae radiatum (ligament dat rondom de rib loopt, vandaar de naam) vormen. Sternocostale gewrichten hebben dunne gewrichtskapsels. De bewegingen van deze gewrichten worden gelimiteerd door laterale en posterieure ligamenten. Toch zorgen deze ligamenten voor bescherming van het gewricht. De anterieure en posterieure delen van het gewricht worden beschermd door het costotransversale gewricht respectievelijk het laterale costotransversale gewricht. Een superieur costotransversaal ligament verenigt de nek van de rib en de processus transversus die erboven ligt. Dit ligament kan verdeeld worden in een sterk, anterieur costotransversaal ligament, en een zwak, posterieur costotransversaal ligament. Tussen dit ligament en de bijbehorende wervel passeert de nervus spinalis en de posterieure tak van de intercostaal arterie. Een laterale costotransversaal ligament verenigt de tuberkel van de rib en de top van de processus transversus, voor het versterken van de anteriore en posteriore zijde van het gewricht. De bewegingen van de thoraxwand zijn verantwoordelijk voor in- en expiratie. Tijdens passieve expiratie relaxeren het diafragma, de intercostaalspieren en de secundaire ademhalingspieren waardoor het interthoracale volume omhoog gaat. Groter volume betekent een hogere interthoracale druk. Daarnaast wordt de intra-abdominale druk verlaagd en worden de abdominale organen gedecomprimeerd. Hierdoor wordt het grootste deel van de lucht in de longen geëxpireerd. Tijdens inspiratie neemt de hoogte van het centrale deel van de borstkas toe doordat het diafragma contraheert. Hierdoor worden de abdominale organen gecomprimeerd. Daarnaast vergroot de anteroposteriore dimensie van de borstkas als de intercostaalspieren contraheren. Als de ribben bewegen bij de costotransversaal gewrichten worden de anterieure einden van de ribben omhoog verplaatst. De transversale dimensie van de borstkas wordt ook vergroot als de intercostaalspieren contraheren.

Spieren van de thoraxwand

Axioappendiculaire spieren hechten aan de thorax (m. pectoralis major/minor, m. subclavius, m. serratus anterior en m. latissimus dorsi), net als de anterolaterale buikspieren en een paar rug- en nekspieren. Daarnaast helpen de m. pectoralis major en minor en de m. serratus anterior inferior bij respiratie door ribben te liften bij krachtige inademing. De m. scalenus helpt hierbij ook door het fixeren van de eerste twee ribben. De m. serratus posterior superior lift de bovenste vier ribben, waardoor de thorax breder wordt en het borstbeen omhoog komt. De serratus posterior inferior houdt de onderste ribben op zijn plaats en heeft voornamelijk een proprioceptieve functie.

De mm. levatores costarum lopen van de wervelkolom naar de ribben. Ze liften de ribben, maar hun functie is verder onduidelijk. De intercostale ruimtes bevatten van buiten naar binnen:

• mm. intercostales externi (liften de ribben bij inspiratie)

• mm. intercostales interni (behouden tonus bij expiratie)

• mm. intercostales intimi (ondersteunen de mm. intercostales interni)

Subcostale spieren variëren in vorm en grootte en dienen voornamelijk als ondersteuning van de mm. intercostales interni en om de ribben omlaag te duwen. De m. transversus thoracalis heeft een zwakke functie bij de expiratie. Deze loopt met meerdere delen van de posterieure zijde van het borstbeen naar het ribkraakbeen. Hij loopt hierbij gelijk met de m. abdominalis transversus. De intercostale spieren werken voornamelijk isometrisch en zijn nuttig bij geforceerde ademhaling. Het diafragma is de belangrijkste spier wat betreft de inspiratie. Bij inspiratie zijn veel spieren betrokken en het is een actief proces. Expiratie is een passief proces, omdat er minder weerstand is.

Fascie van de thoraxwand

Elke fascie draagt de naam van de onderliggende spier. Dit betekent dat het grootste deel van de voorkant van de thorax bedekt wordt door de fascia pectoralis. Onder de m. pectoralis minor bevindt zich nog een diepere fascie; fascia clavipectoralis. Het membraan dat de longen bedekt, heet fascia endothoracica.

Zenuwen van de thoraxwand

De thoraxwand wordt geïnnerveerd door de twaalf posterior gelegen thoracale spinaalzenuwen. De anterieure rami van zenuwen T1 tot en met T11 vormen de intercostale zenuwen. De anterieure ramus van T12 vormt de subcostale zenuw. Typische intercostale zenuwen zijn de derde tot en met de zesde nervus intercostalis. Deze lopen initieel door de fascia endothoracica in de intercostale ruimte tussen de intercostaalspieren en gaan in de bocht van de rib in de sulcus costae liggen. Ze geven vervolgens bij het borstbeen tussen het costale kraakbeen vertakkingen af om de huid te innerveren. Naast vertakkingen voor de huid bestaan er ook:

• rami communicantes; vertakkingen voor communicatie tussen het sympathische zenuwstelsel en doelorganen

• collaterale vertakkingen; ter ondersteuning van de intercostaalspieren en pariëtale pleura

• musculeuse vertakkingen; om de ademhalingsspieren te innerveren

Atypische kenmerken van intercostale zenuwen zijn als volgt:

• De eerste nervus thoracicus vertakt naar voren in twee delen. De ene vertakking vormt, zoals de typische costale zenuwen, een intercostale zenuw en de andere vertakking sluit aan bij de plexus bracchialis die het bovenste lidmaat innerveert.

• De eerste en tweede nervus intercostalis lopen over de ribben in plaats van in de sulcus costae.

• De eerste nervus intercostalis heeft geen vertakkingen naar de huid

• De tweede nervus intercostalis sluit aan bij een grote zenuw voor de huid, de nervus intercostobrachialis

• De zevende tot en met de elfde nervus costalis geven een vertakking af naar de huid en innerveren verder de huid en spieren van de buik, waar geen ribben meer zijn.

Bloedvoorziening van de thoraxwand

• aanvoer

De aanvoer van bloed voor de thoraxwand komt voornamelijk van de aorta thoracica, arteria subclavia en arteria axillaris. De intercostale ruimtes bevatten elk een grote arteria intercostalis posterior en twee kleine arteriae intercostales anterior. Daarnaast lopen er nog twee arteriae thoracicae internae. De eerste en tweede arteria intercostalis posterior komen uit arteriae intercostales superiores. De derde tot en met de elfde daarentegen komen uit de aorta thoracica. Posterieure vertakkingen voeden het ruggenmerg, de wervelkolom, rugspieren en huid. Anterieur vormen deze arteriën anastomosen met de arteriae intercostales anterior. De arteriae thoracicae internae ontspringen uit de arteria subclavia. Deze werden vroeger de arteriae mammariae genoemd. De arteriën lopen naar caudaal, waar ze eindigen in vertakkingen naar de arteria epigastricus superior en arteriae musculophrenicae. Ook ontspringen hieruit de arteriae intercostales anteriores. De arteriae intercostales anteriores voeden de anterieure delen van de intercostale ruimtes, musculi pectorales, borsten en huid. De eerste twee arteriae ontspringen uit de arteria axillaris en de derde tot en met de negende arterie uit de arteriae musculophrenicae. 

• afvoer

De afvoer van bloed gaat via de intercostale venen, die net als de arteriën en zenuwen in de sulcus costae liggen. Aan beide kanten bevinden zich elf venae intercostales posteriores en één vena subcostalis. De posterieure venen komen uit in anastomosen met de anterieure venen. Deze lopen aan de rechterkant van het lichaam vervolgens via de vena azygos naar de vena cava superior. Echter aan de linkerkant eindigen de venen in de vena brachiocephalicus.

• pleura

Allebei de pulmonaire holtes zijn omgeven door viscerale pleura. De thoracale wand is bekleed met de pariëtale pleura. Tussen deze pleura zit de pleuraholte, gevuld met een dun laagje sereuze pleuravocht. Dit zorgt ervoor dat de lagen pleura makkelijk over elkaar kunnen bewegen tijdens respiratie. De viscerale pleura zit vastgeplakt aan de oppervlakte van de long en de hilus (de ‘poort’ naar de longen). Zo kan de long vrij bewegen tegen de pariëtale pleura aan. Pariëtale pleura bestaat uit een costaal, mediastinaal en diafragmatisch deel. De apex van de long wordt bedekt door de cervicale pleura, cupula pleurae genoemd en is versterkt met een fibreuze verlenging van de fascia endothoracica (suprapleuraal membraan). Afhankelijk van de plaats omvat de recessus costodiaphragmaticus of de recessus costomediastinalis de potentiële ruimte voor een long die niet is uitgezet.

• longen

De longen zijn de vitale organen van de respiratie en de oxygenatie van het bloed. Longen zijn licht, zacht en sponzig en nemen de volledige pulmonaalholte in beslag. Ze zijn elastisch en zijn van elkaar gescheiden door het mediastinum. Beide longen hebben een apex, basis, drie oppervlaktes (costaal, mediastinaal en diafragmatisch) en drie afgrenzingen (anterior, inferior en posterior). De rechterlong heeft drie lobben die zijn afgebakend door een fissura major en fissura minor. Het diafragma ligt hier hoger dan bij de linkerlong. De linkerlong heeft een fissura obliqua die onderscheid maakt tussen de twee lobben. Ook heeft deze long een instulping waar het hart ligt. Hierdoor vormt zich vaak een uitstulping die lingula wordt genoemd. De costale oppervlakte van de long is groot en convex. De diafragmatische oppervlakte is concaaf en vormt de basis van de long. De mediastinale oppervlakte is ook concaaf, omdat het grenst aan het mediastinum met het pericardium en het hart. Hier bevindt zich ook de hilus van de long. De hilus bevat de bronchi, arteriën, venen, zenuwen en lymfevaten. Om de gehele hilus zit het pulmonaire ligament. De trachea wordt verstevigd met open ringen van hyalien kraakbeen. Deze loopt door in de tracheobracheale boom die uiteenloopt in een bifurcatie. Deze hoofdbronchiën vertakken verder in lobaire bronchiën tot segmentale bronchiën die weer uitlopen in bronchopulmonaire segmenten. Zo’n segment is de verste vertakking van de bronchiën. Er zijn er een stuk of 18 tot 20, ze zijn piramidaal van vorm en worden afgescheiden door bindweefsel. De segmenten bevatten 20 tot 25 generaties van geleidende bronchioli die uiteindelijk terminaal eindigen. Deze bevatten geen kraakbeen of klieren. Hierna komen een aantal generaties respiratoire bronchioli, die zich karakteriseren door de aanwezigheid van alveoli. In de alveoli vindt gasuitwisseling plaats.

Bloedvoorziening van de longen

Elke long heeft een pulmonaalarterie en een pulmonaalvene. De pulmonaalarteriën ontspringen uit de truncus pulmonalis ter hoogte van de angulus sterni. Deze bevatten zuurstofarm bloed. Elke arterie vertakt zich verder naar lobaire en segmentale arteries. Deze lopen parallel aan de bijbehorende bronchus. Vanuit de capillairen komen steeds meer zuurstofrijke venen samen in de pulmonaal venen. De venen van de viscerale pleura en de bronchiale veneuze circulatie draineren ook in de pulmonaal venen. Twee superior en twee inferior pulmonaal venen draineren het zuurstofrijke bloed in de linker atrium van het hart. De arteriae brochiales voeren voedingsstoffen aan naar het ondersteunende weefsel van de longen. De twee linker arteriën komen altijd uit de aorta descendens thoracica. De rechterarterie komt soms ook uit de aorta, maar komt meestal indirect van intercostale arteriën of vanuit een gemeenschappelijke stam met de rechter bronchiaalarterie. Bronchiale venen draineren alleen de delen die zijn voorzien van bloed door bronchiale arteriën. De rechter bronchiale vene draineert in de azygos vene en de linker in de hemi-azygos vene.

Zenuwen van de longen

Parasympatische vezels van de nervus vagus (CN X), sympathische vezels en visceraal afferente vezels bevinden zich in plexussen bij de wortels van de longen. De parasympatische vezels verrichten bronchoconstrictie in glad spierweefsel van bronchiën, vasodilatatie in pulmonaal vaten en uitscheiding door alveolaire klieren in de bronchiën. De sympatische vezels verrichten het tegengestelde. Het spierige gedeelte van het diafragma wordt geïnnerveerd door de intercostale zenuwen. Het midden wordt daarentegen geïnnerveerd door de nervus phrenicus.

Anatomie van het hoofd-halsgebied

De nek verbindt het hoofd met de romp en bovenste extremiteiten en fungeert als een passage voor structuren. Er zitten veel verschillende soorten weefsels dicht op elkaar, om de hals zo flexibel mogelijk te houden. Het skelet van de nek wordt gevormd door de cervicale wervels, het hyoïd, het manubrium en de claviculae. De gestapelde wervellichamen ondersteunen het hoofd. De intervertebrale gewrichten zorgen juist voor flexibiliteit. Het hyoïd ligt anterieur in de nek, ter hoogte van C3. Het heeft geen verbindingen met andere botten, maar zit door middel van kraakbeen vast. De belangrijkste functie is het vormen van een aanhechtingspunt voor spieren en het openhouden van de trachea. De structuren in de nek worden omgeven door een laag van subcutaan weefsel. Deze fascies bepalen ook in welke richting een infectie zich kan verspreiden. Fascies bestaan uit bindweefsel met vetcellen. Ze bevatten huidzenuwen, bloed en lymfevaten. De platysma is een brede, dunne laag spierweefsel gelegen in het onderhuidse weefsel van de nek. Hij bedekt het anterolaterale gedeelte. Er bestaat veel anatomische variatie in de continuïteit en dikte van deze spier. De diepere fascia bestaat uit een investerende, een pretracheale en een prevertebrale laag. Deze lagen ondersteunen de viscera, spieren, bloedvaten en diepere lymfeknopen. Ook zorgen ze voor een soepele beweging van alle structuren in de nek. De m. sternocleidomastoïdeus (SCM) en de m. trapezius ontstaan uit dezelfde embryonale structuur, worden beiden geïnnerveerd door de n. accessorius en worden allebei omgeven door de investerende laag van de diepere fascia. Omdat ze oppervlakkig liggen en makkelijk palpabel zijn worden ze gebruikt als afscheiding tussen de verschillende halsregio’s. De laterale cervicale regio wordt begrensd door de SCM, trapezius en het middelste deel van de clavicula. Hij wordt onderverdeeld in kleinere gebieden door de diagonale inferieure buik van de m. omohyoïdeus. In dit gebied bevinden zich veel belangrijke zenuwvezels en –plexi. De anterieure cervicale regio zit tussen het lichaam van de mandibula, tot aan de SCM. Ook deze regio wordt onderverdeeld in kleinere gebieden door de m. digastricus, m. omohyoïdeus en het hyoïd. De prevertebrale spieren, die diep in de prevertebrale fascia liggen, worden door de cervicale en brachiale plexi en subclaviale arteriën verdeeld in anterieure en laterale spieren. De anterieure spieren zorgen voor flexie van hoofd en nek. De laterale spieren zorgen voor laterale flexie van de nek en dragen bij aan rotatie.

De viscera in de nek zijn te verdelen in drie lagen:

• Endocriene laag: glandula thyroïdea en parathyroïdea

• Respiratoire laag: larynx en trachea

• Alimentaire laag: farynx en oesofagus

De glandula thyroïdea en parathyroïdea zijn nauw verwant, ondanks dat ze uit verschillende embryonale structuren zijn ontstaan. De thyroïd heeft een H-vorm, met linker- en rechter lobben aan elkaar vastgehouden door een dunne, centrale isthmus. Hij vouwt om de anterieure en laterale aspecten van de trachea heen, ter hoogte van de tweede tot vierde tracheale ring. De isthmus ligt anterieur van de tweede en derde ring. Meestal zijn er twee superieure en twee inferieure parathyroïden die in het kapsel van het thyroïd liggen. Deze klieren hebben een grote bloedvoorziening, essentieel voor de endocriene functie, welke mogelijk gemaakt wordt door 4 anastomosen tussen de thyroïde arteriën. De klieren reageren meer op hormonale regulatie dan door zenuwprikkels.

Larynx

De larynx ligt anterior en verbindt de farynx met de trachea ter hoogte van C3 – C6. De larynx bevat stembanden, die vervormen om klanken te kunnen produceren. Samen met het diafragma reguleert het de intra-abdominale druk en de kracht waarmee de lucht naar buiten komt. De larynx bestaat uit een skelet van kraakbeen en gewrichten die ondersteund worden door pezen, banden, membranen en spieren. Het thyroïd kraakbeen, grootste kraakbeenelement, is verbonden aan het hyoïd been met een thyrohyoïd membraan en aan het cricoïd kraakbeen met een cricothyroïd ligament. Het thyroïd, arytenoïd, corniculata en curneïforme kraakbeen vormen het skelet voor de stembanden. De stembanden worden gereguleerd door verandering in tensie en lengte van de vocale ligamenten en spieren. Extrinsieke lanryngeale spieren verplaatsten de larynx als geheel en intrinsieke lanryngeale spieren verplaatsen kleine laryngeale componenten, waarbij adductors en abductors de stemspleten reguleren. Alle laryngeale (adductor) spieren, behalve de abductor m. cricoarytenoïdeus posterior, helpen bij het sluiten van de rima glottidis. Het actief openhouden van de rima is alleen nodig bij diepe inademing. De larynx wordt voorzien door bloed van de laryngeale arteriën, aftakking van de superior en inferior thyroïd arteriën. De larynx wordt geinnerveerd door de nervus vagus en gedraineerd via de laryngeale venen. Het epiglottische kraakbeen geeft flexibiliteit aan de epiglottis. Extrinsieke spieren kunnen ook de hele larynx bewegen en van plek laten veranderen, zoals bij slikken.

Trachea

De trachea transporteert lucht van en naar de longen en splitst in een linker en rechter bronchus ter hoogte van T4 – T5. De trachea is een fibreus kraakbenige buis (2,5 cm in diameter) met U-vormige kraakbeenringen. De dorsale opening van de kraakbeenringen is gevuld met glad spierweefsel. Lateraal van de trachea liggen de aa. Carotis communis en de lobben van de glandula thryoïdea.

Farynx

De farynx wordt meestal gezien als onderdeel van de tractus digestivus, maar speelt ook een rol bij de tractus respiratorius. Het superieure deel, de nasopharynx, is zelfs uitsluitend respiratoir. De oropharynx en hypopharynx spelen een rol bij beide tracti. Het zachte gehemelte dient als klep om de naso- en oropharynx af te kunnen sluiten tijdens het slikken. De farynx wordt geïnnerveerd door de faryngeale plexus, waar de sensorische vezels afkomstig zijn van de n. glossopharyngeus en de motorische vezels van de n. vagus (CN X).

Fysiologie van het ademhalingsstelsel

De farynx verbindt de neus- en mondholtes met de larynx en oesophagus. Het is verdeeld in de naso- en oropharynx. De nasopharynx staat via de buizen van Eustachius in verbinding met de oren. Er komt lucht en voedsel doorheen. De wanden van de pharynx bevatten veel lymfeknopen, de grootste concentratie bevindt zich in de pharyngeale amandel. Tussen de oropharynx en de trachea zit de larynx. Deze bestaat uit hyaliene- en elastische kraakbeenplaten. De larynx laat lucht door en zorgt voor de productie van geluid.

Stembanden

De stembanden zijn twee vouwen van mucosa (slijmvlies). Ze geven de opening van de larynx aan, de rima glottidis, en worden door ligament en spier, de musculus vocalis, versterkt. Wanneer er lucht langs de rima glottidis stroomt, vibreren de ware stembanden en ontstaat er geluid. De mate waarin deze vouwen geopend worden heeft invloed op het geluid dat geproduceerd wordt en zo wordt de fonatie geregeld. Intrinsieke larynxspieren zorgen voor spanning en het openen en sluiten van de glottidis. De extrinsieke spieren zorgen voor de bewegingen in de larynx bij het slikken. Boven de stembanden ligt een ventrikel, hierin liggen de ventrikelvouwen of valse stembanden. Zij zijn niet belangrijk voor het creëren van geluid, maar wel voor de resonantie. De stembanden zijn bedekt met meerlagig plaveiselepitheel, net als het grootste gedeelte van de epiglottis. Dit beschermt het slijmvlies tegen de luchtstroom. Het grootste deel van het ademhalingsstelsel, waaronder de rest van de larynx, is bedekt met pseudomeerlagig cilinderepitheel.

Trachea

De trachea heeft een diameter van 2,5 cm en een lengte van 10 cm. Het geleidt de lucht van de larynx naar de twee hoofdbronchi. De trachea wordt door kraakbeenringen opengehouden. De wand van de trachea bestaat uit mucosa (pseudomeerlagig cilinderepitheel en een elastische, vezelrijke lamina propria), submucosa (bindweefsel), kraakbeen en adventitia (bindweefsel). De C-vormige kraakbeenringen zijn kenmerkend voor de trachea. In de openingen, die zich aan de kant van de oesophagus bevinden, zit elastisch en glad spierweefsel. Het epitheel van de trachea bestaat vooral uit cilindrisch epitheel, maar er bevinden zich ook goblet-, basaal-, borstelcellen en granulocyten. De cilindercellen hebben cilia, die een zwiepende beweging maken. Gobletcellen maken slijm en hebben geen cilia. Borstelcellen zijn cilindercellen die in verbinding staan met een zenuw en dienen vaak als receptor. De granulocyten bevinden zich in de long omdat de long uit de darm ontstaat. Ze zijn moeilijk te herkennen, soms zijn de granules zichtbaar. Sommige granulocyten maken hormonen. Basaalcellen zorgen voor de productie van nieuwe cellen en liggen in een rij op de lamina propria. Het epitheel van de trachea wordt gekenmerkt door een dik (25 tot 40 micrometer) basaalmembraan. Deze laag, bestaande uit collageenvezels, ligt direct onder de basale lamina. Bij chronische beschadiging, zoals bij chronische bronchitis en roken, is dit vaak dikker. Ook vindt er dan metaplasie plaats: het cilinderepitheel verandert in plaveiselepitheel. Hierdoor maken de cilia geen synchrone beweging meer. Om dit te compenseren gaat de patiënt hoesten, waardoor er nog meer cilindercellen kapot gaan. Veel soorten kanker worden door metaplasie veroorzaakt. De lamina propria bestaat uit losmazig bindweefsel en bevat veel lymfocyten. Het lymfeweefsel in het ademhalingsstelsel heet BALT (bronchus-associated lymphatic tissue). Tussen de collageenvezels liggen veel elastische vezels. Een elastisch membraan vormt de grens tussen de lamina propria (van de mucosa) en de submucosa. De submucosa bestaat uit losmazig bindweefsel, het lijkt hierin op de lamina propria. Het bevat veel lymfecellen en de bloed- en lymfevaten van de trachea. Ook bevinden zich slijmklieren in de submucosa, deze hebben enkellagig kubusepitheel. In de opening van de kraakbeenring bevinden zich de meeste slijmklieren, deze liggen daar ook in de adventitia. De kraakbeenringen scheiden de submucosa van de adventitia. Ze zorgen voor flexibiliteit en zorgen dat de trachea niet inklapt. Het hyaliene kraakbeen wordt op den duur vervangen door bot, waardoor de trachea minder flexibel wordt. De adventitia ligt perifeer van de spieren en kraakbeenringen. Het verbindt de trachea met de omliggende structuren in de nek en het mediastinum. De grootste zenuwen en bloed- en lymfevaten van de trachea liggen in de adventitia. De trachea splitst in de twee hoofdbronchi. De rechter is korter en breder dan de linker. De hoofdbronchi splitsen beide in lobaire bronchi. De linkerlong heeft twee lobaire bronchi en de rechterlong heeft er drie. Er ontspringen acht of negen segmentale bronchi uit de linker lobaire bronchi, en tien segmentale bronchi uit de rechter lobaire bronchi. De segmenten zijn gescheiden door bindweefsel septa en hebben ieder een eigen bloedvoorzieining. De bronchi hebben dezelfde histologische opbouw als de trachea, alleen zijn de kraakbeenringen intrapulmonair minder regelmatig. Intrapulmonair is er ook meer glad spierweefsel, dit vormt nu een complete ring.

Bronchus

De wand van een bronchus bestaat dus uit mucosa (vergelijkbaar met dat van de trachea), muscularis (een laag glad spierweefsel), submucosa (losmazig bindweefsel met klieren en vetcellen), kraakbeen en adventitia (straf bindweefsel met onder andere bloedvaten en parenchym van de long). Door de splitsingen worden de bronchi steeds kleiner. De kraakbeenplaten verdwijnen wanneer er een diameter van 1 mm wordt bereikt, een bronchiole. De segmenten zijn verdeeld in lobules, elke lobule heeft zijn eigen bronchiolus. Deze hebben pseudomeerlaging cilinder epitheel dat bij de dunnere bronchioli enkellagig kubisch wordt. In de grote bronchioli bevinden zich gobletcellen, in de terminale niet meer. De terminale brionchioli zijn de kleinste geleidende eenheden. Ze bevatten claracellen, borstelcellen en granulocyten. Om het epitheel bevindt zich een laagje bindweefsel met daaromheen een dunne laag glad spierweesel. Claracellen zijn ronde cellen die eiwitten secreteren. Deze eiwitten voorkomen dat het lumen dichtklapt en dichtblijft. Bij COPD zijn onder andere de claracellen aangetast. De respiratoire bronchioli zijn de eerste onderdelen van het ademhalingsstelsel waar gaswisseling plaatsvindt. Het epitheel bestaat uit kubische cellen en claracellen. De gaswisseling vindt plaats in uitstulpingen van het lumen: de alveoli.

Alveoli

Alveoli zijn de kleinste eenheden van de long. Ze zijn omgeven door een netwerk van capillairen. Elke long bevat 150-250 miljoen alveoli, de totale oppervlakte is ongeveer 75 m². De diameter is ongeveer 0,2 millimeter. Alveolaire kanalen hebben alveoli als wanden, met glad spierweefsel tussen de alveoli in. Alveolaire zakjes zijn ruimtes met alveoli eromheen, de alveoli monden in de ruimte uit. Het plaveisel epitheel van de alveoli met het dunne, tussenliggende laagje bindweefsel heet het alveolaire septum. Het epitheel bestaat uit type I en II alveolaire cellen en borstelcellen. Type I cellen (type I pneumocyten) beslaan 95% van de oppervlakte van de alveolus, en 40% van de gehele alveolus. Ze staan via junctions in verbinding en dragen daarmee bij aan de lucht-bloedbarrière. Type I cellen kunnen niet delen. Type II cellen zijn secretoir. Ze beslaan 60% van de alveoli, maar door hun vorm slechts 5% van het oppervlak. Ze bevatten lamelaire lichaampjes. Type II cellen produceren surfactant en vormen nieuwe type I cellen. Bij longaandoeningen zorgen type II cellen voor het herstel. De alveolaire wand bevat ook nog een klein aantal borstelcellen, die als receptor dienen voor de luchtkwaliteit in de long. Surfactant vormt een laag om de alveoli die de oppervlaktespanning vermindert. Hierbij is de phospholipide DPPC betrokken. Pas vanaf de 35e week van de zwangerschap wordt surfactant in grote hoeveelheden aangemaakt. Zonder surfactant klappen de alveoli dicht, dit is het geval bij RDS (Respiratory Distress Syndrome). Surfactant zorgt voor de aanleg van de surfactantlaag en zorgt voor de immuunreacties van de alveoli. Voor de werking van surfactans zijn naast phospholipiden ook hydrofobische eiwitten nodig. Dit zijn surfactant A, B, C en D. Surfactant-A zorgt voor homeostase en de immuunreacties. Surfactant-B zorgt voor de organisatie van de lamellaire lichaampjes en de surfactantlaag. Hierdoor is adsorptie en spreiding op het oppervlak mogelijk. Surfactant-C komt weinig voor en helpt bij de organisatie van de laag. Surfactant-D helpt bij het afweersysteem d.m.v. ontstekingsreacties. Het alveolaire septum vormt de lucht-bloedbarrière. Dit is de laag waar de gassen doorheen diffusseren. Bindweefsel en vezels zorgen dat er dikke en dunne gedeeltes van de barrière zijn. Het dunste deel van de barrière bestaat uit een type I epitheelcel, gefuseerde lamina van een alveolus en een capillair en een endotheelcel. In het dikke deel bevindt zich soms weefselvloeistof, daar is diffussie moeilijker dan in het dunne deel. Alveolaire macrofagen zitten zowel in het bindweefsel als in het gedeelte van de alveolus waar lucht zit. Ze verwijderen stof en verkeerde rode bloedcellen. Zij verlaten het lichaam via de farynx of blijven in het bindweefsel zitten. In de interalveolaire septa zitten gaten, de alveolaire poriën, die luchtstroom tussen de alveoli mogelijk maken. Deze zorgen voor een goede ventilatie bij obstructies.

• CF

Cystic fibrosis (CF) is een autosomale recessieve ziekte door een mutatie op het CFTR gen. Hierbij wordt een Cl^--kanaal aangetast waardoor Cl^- de cel niet uitkan en de viscositeit van de producten van de exocriene cellen hoger wordt. Er worden namelijk meer watermoleculen en Na⁺-ionen geresorbeerd, vanwege een verandering in osmolariteit. Door de verhoogde viscositeit werkt de zwiepende beweging naar boven minder goed en komen er obstructies in de bronchioli. Daarbij zorgt het vocht in de longen voor vele infecties.

• emfyseem

Bij longemfyseem zijn de wanden van de alveoli aangetast door chronische obstructies. Hierdoor zijn de alveoli met elkaar verbonden en is er een vergroting van de luchtgevulde ruimtes, gepaard met een verminderd diffusieoppervlak. Hierdoor is het moeilijker om uit te ademen. De meest voorkomende oorzaak is roken. Door α1-antitrypsine deficiëntie worden de wanden van alveoli ook aangetast, wat tot longemfyseem en/of COPD lijdt.

Bloedvoorziening van de longen

In de longen bevindt zich de pulmonaire en de bronchiale circulatie. De pulmonaire circulatie komt van het rechterventrikel en voorziet de capillairen van het alveolaire septum van zuurstof. Het komt terug in het linkeratrium via de vier pulmonaire venen. De bronchiale circulatie komt van bronchiale arteriën die aftakken van de aorta en voorziet al het longweefsel behalve de alveoli van zuurstof. Het grootste gedeelte van de bronchiale arteriën mondt uit in de pulmonaire capillairen en draineren via de pulmonaal venen. Alleen de hylus wordt gedraineerd door de bronchiale venen. Naast de bloedvaten lopen de lymfevaten. Het parenchym en de luchtwegen tot de hylus hebben een eigen lymfevatensysteem. Een ander systeem zorgt voor de drainage van de viscerale pleura. Sympatische en parasympatische zenuwen in de longen zorgen voor de vernauwing/verwijding door gladde spiercellen in de luchtwegen en bloedvaten.

Gasuitwisseling in de longen

De longen hebben twee hoofddoelen: de diffusie van O₂ van de alveoli in de pulmonale capillairen en de diffusie van CO₂ in omgekeerde richting. Bij diffusie verplaatst een gas van een hogere concentratie en druk naar een lagere concentratie en druk. De grootte van deze stroom is afhankelijk van de diffusiecapaciteit (D_L) en de concentratiegradiënt. Voor de diffusie zelf is geen energie nodig, voor de ventilatie en circulatie wel. De grootte van diffusie is de partiële druk in het ene compartiment min de partiële druk in het andere compartiment, dus P₁-P₂. Voor de flow geldt de versimpelde wet van Fick, V_netto = D_L * (P₁-P₂). De flow geeft de netto gasstroom weer in mol/seconde. De flux betrekt hier ook de oppervlakte bij: mol/(cm²*s). De D_L is afhankelijk van twee eigenschappen van het gas: het moleculaire gewicht en de oplosbaarheid in water. Als het gewicht toeneemt, neemt de beweeglijkheid af. Volgens de wet van Graham is de diffusie omgekeerd evenredig met de wortel van het moleculaire gewicht (MW). Volgens de wet van Henry is de concentratiegradiënt voor oplosbaarheid in water (s) evenredig met de diffusie. D_L is evenredig met het oppervlak (A) en omgekeerd evenredig met de dikte van de barrière (a). Bij de dikte wordt de waterlaag meegerekend. Een constante, k, geeft de interactie tussen de barrière en het gas weer. Er zijn verschillende oorzaken waardoor de diffusie niet overal en altijd hetzelfde is. In de longen neemt het oppervlak bij inspiratie toe, dit heet een temporeel verschil. De dikte verschilt in verschillende delen van de long, dit heet een ruimtelijk verschil. Aan het eind van de inspiratie is bij een alveoli de P_O2 en het diffusieoppervlak voor O₂ maximaal, en de P_CO2 en de dikte van de wand minimaal. Aan het einde van een expiratie zijn deze waarden omgekeerd. Door de zwaartekracht is PaO₂ groter in de apex van de long en de diffusie daar dus minder. Dit is een ruimtelijk verschil, net als onderlinge verschillen in vaatvernauwing. In het capillair zelf zitten ook verschillen: aan het begin is er meer diffusie van zowel CO₂ als O₂ dan aan het eind. De capillaire P_O2 bereikt gedurende pulmonaire capillairafstand een equilibrium. Door deze verschillen kunnen we de wet van Fick niet op de gehele longen toepassen, maar op een stukje alveolaire wand op een gegeven tijdstip. Door dit voor alle stukken alveolaire wand en alle tijdstippen uit te rekenen, is de totale flow te berekenen. Wel moet rekening gehouden worden met het feit dat het bloed dat naar de longen gaat nog zuurstof bevat. De flow is dus de hoeveelheid zuurstof die door het bloed wordt opgenomen min de hoeveelheid zuurstof die door het bloed wordt afgestaan. Dus, de totale V_O2 = Q. Dit laatste heet het principe van Fick, zowel deze als de wet van Fick zijn geschikt om de flow uit te rekenen. De barrière bestaat echter niet uit 1 laag, maar bestaat uit drie structuren: alveolaire wand, capillaire wand en tussenliggend bindweefsel. Het heeft een groot oppervlak, is erg dun en erg sterk. Dit laatste komt doordat het bindweefsel veel type-IV collageen bevat. Van alveolaire lucht naar hemoglobine in een erytrocyt worden 12 discrete mini-barrières gepasseerd, elk met een eigen diffusiecapaciteit. Deze dragen bij aan de gezamenlijke diffusiecapaciteit (D_M). De weerstand hierbij bereken je als bij een parallelschakeling. De ratio in hoeverre O₂ door hemoglobine wordt opgenomen is (ϴ*V_C)PO₂. ϴ is een constante die zegt hoeveel ml O₂ per minuut en per mmHg aan hemoglobine bindt in 1 ml bloed. CO₂ bindt beter aan hemoglobine maar langzamer, daarbij speelt ϴ*V_C dus een grotere rol. De oplosbaarheid van CO₂ in water is veel hoger (23 keer) dan die van O₂, maar de diffusie is slechts 3 tot 5 keer zo snel. Dit komt door de hechte binding tussen Hb en CO₂. Naast diffusie is de interactie met Hb dus ook belangrijk voor de afgifte van CO₂. Wanneer een individu rookt of leeft in een vervuilde omgeving, zal er CO aanwezig zijn in de alveoli en capillairen. Een hoge mate van CO kan fataal zijn, want CO heeft een 200 tot 300 hogere affiniteit voor hemoglobine dan O₂ en werkt competitief. Doordat de flow van CO traag is en de affiniteit hoog, wordt bijna alle CO gehecht aan hemoglobine en is er nauwelijks vrije CO. Wanneer het bloed het einde van de capillair bereikt is de capillaire P_CCO nog niet gelijk aan de alveolaire P_ACO, dus bereikt CO geen diffusie equilibrium. De opname van CO is diffusie-gelimiteerd.

• flow

De totale flow bereken je door de cardiac output (Q) te vermenigvuldigen met CO-inhoud van bloed van het begin tot aan het eind van de capillairen, oftewel V_CO = Q * (C_CCO – C_VCO). Ook dit is ook uit te rekenen met de wet van Fick, waarbij we de uitwisseling voor elk stukje alveolaire wand apart bekijken op verschillende tijden in de ademhaling. De diffusiecapaciteit is evenredig met de flow van CO in het bloed. Wordt deze echter te groot, dan wordt uiteindelijk de PCO van het bloed hoger dan die van de alveoli en kan de diffusie de andere kant op gaan. De flow van het bloed loopt omgekeerd evenredig met flow van CO, hoe langzamer het bloed stroomt, hoe meer tijd voor diffusie. Wanneer de perfusie (Q) wordt gehalveerd, wordt de contacttijd van het bloed verdubbeld. Hierbij zal de V_CO dus gelijk blijven. De opname van CO is dus onafhankelijk van de bloed flow. Omdat de opname van CO alleen van de D_L afhankelijk is, noemen we dit diffusie-gelimiteerd. Deze gassen zijn te herkennen aan een nauwelijks toegenomen partiële druk aan het einde van de pulmonale capillairen. Gassen als N₂O, die niet aan hemoglobine binden, hebben al snel na het begin van de pulmonale capillair dezelfde druk in de capillair en in de alveolus. Er wordt dan een diffusie equilibrium bereikt, oftewel een evenwicht in de diffusie die plaats vindt. Als we de diffusiecapaciteit vergroten, zal de diffusiesnelheid toenemen. Omdat het equilibrium al bereikt werd bij een lagere diffusiecapaciteit, zal er niet meer diffusie plaatsvinden. De enige verandering is dat het equilibrium eerder bereikt wordt. Als de flow afneemt, zal het equilibrium ook eerder bereikt worden. Maar omdat het volume ook van de flow afhankelijk is, zal dit afnemen. Daarom zijn gassen die niet aan hemoglobine binden perfusie-gelimiteerd.

• perfusie

Diffusie-gelimiteerde gassen kunnen perfusie-gelimiteerd worden en andersom, door veranderingen in bepaalde parameters. Als een diffusie-gelimiteerd gas een D_L heeft die hoog genoeg is, wordt het toch afhankelijk van de perfusie, omdat er anders niet genoeg hemoglobine is om het gas in op te slaan. En als een perfusie-gelimiteerd gas een hoge flow heeft maar niet genoeg diffusie, dan wordt het bloed niet genoeg gevuld. De ideale situatie is dus wanneer de diffusie en perfusie in evenwicht zijn. Zowel O₂ als CO₂ zijn onder normale omstandigheden perfusie gelimiteerd. Na ongeveer 1/3 van een pulmonale capillair bereikt O₂ het diffusie equilibrium. De opname van O₂ door hemoglobine verandert in drie opzichten met de opname van CO. Ten eerste is veel van het hemoglobine in het veneuze bloed nog gebonden aan O₂, waardoor de beschikbare O₂-bindingscapaciteit relatief laag is vergeleken met CO. Ten tweede is de PO₂-gradiënt veel hoger dan de PCO-gradiënt in de alveolus en wordt hierdoor het equilibrium van O₂ al bij een lagere druk bereikt. Ten derde is de D_L van O₂ groter dan die van CO waardoor de diffusie moeilijker gaat. Omdat O₂ zo snel het equilibrium bereikt, kan de D_L vele waarden aannemen zonder dat de pO₂ van het bloed daalt. Dit noemen we een D_L-reserve. Deze is erg belangrijk tijdens inspanning. De flow kan met een factor 3 toenemen, waarbij de contacttijd vermindert. Als de flow meer toeneemt of door ziekte de D_L afneemt, wordt de O₂ diffusie-gelimiteerd. Grote hoogte doet de PO₂ afnemen. Dit zorgt ervoor dat het absolute O₂ transport afneemt, de PO₂ van de lucht in de alveoli is immers lager. Daarnaast is ook de PO₂ van het bloed lager, waardoor het Hb minder O₂ opneemt. De D_L van CO₂ is 3 tot 5 keer hoger dan die van O₂. Twee factoren vertragen de diffusie van CO₂. Zo is de diffusiegradiënt in het begin van een pulmonale capillair slechts 10% van de initiële gradiënt. Daarnaast is de grafiek van P_CO2 en CO₂ veel steiler, waardoor een afname van CO₂ een relatief kleine afname van de P_CO2 veroorzaakt. Hierdoor is het equilibrium van CO₂ even snel of zelfs langzamer bereikt dan dat van O₂. Door verschillende ziektes neemt de D_L van CO₂ af en wordt dit gas diffusie gelimiteerd.

• fibrose

Bij pulmonale fibrose worden de wanden tussen de alveoli en capillairen dikker en raken delen van capillairen beschadigd, waardoor de D_L van gassen afneemt. Bij COPD wordt de weerstand van de geleidende luchtwegen groter waardoor de vaatbedden beschadigd kunnen raken. Hierdoor nemen zowel het diffusieoppervlak als het totale aantal Hb af, waarbij D_L dus ook afneemt. Hetzelfde gebeurt als er (door een operatie) longoppervlak verloren gaat.

• anemie

Bij anemie neemt de hoeveelheid Hb af, waardoor θ*V_C afneemt en daarmee de D_L. Niet altijd wordt hypoxemie door een afname in de D_L veroorzaakt, dit kan ook door verstoring van ventilatie en/of perfusie komen. Door de D_L reserve zou de D_L tot een derde moeten afnemen om een verschil in O₂ transport te lijden, maar een afgenomen D_L in combinatie met andere oorzaken kan wel tot hypoxemie lijden, de echte oorzaak is vaak moeilijk te vinden.

Ventilatie en perfusie van de longen

Ventilatie

Ventilatie is de beweging van de lucht tussen de atmosfeer en de alveoli. Perfusie is de beweging van het bloed van en naar de longen. De totale ventilatie (V_T) is het volume dat de longen per tijdseenheid uitstoten. Het is de lucht die de longen verlaat na een serie van uitademingen. Het is dus het resultaat van het ademvolume en de ademfrequentie. We drukken dit uit in liter per minuut: de minuutventilatie. Ongeveer 30% van de ventilatie gaat naar anatomische 'dode ruimte', de geleidende luchtwegen, hier is geen perfusie en vindt dus geen gaswisseling plaats. Dit komt doordat van de 500 ml lucht die wordt ingeademd, slechts 350 ml de alveoli bereikt. Omdat ook bij uitademing niet alle lucht uit de alveoli verdwijnt, blijft hier ook 150 ml achter. Er is dus 150 ml frisse lucht tussen de atmosfeer en de luchtwegen die telkens heen en weer gaat. Dit noemen we het doderuimtevolume. De alveolaire ventilatie is de frisse lucht die in de alveoli komt, of de muffe lucht die in de atmosfeer komt. Bij elke inademing mengt er verse lucht met de lucht die nog in de longen zit. Door het ademvolume min de dode ruimte te doen, weten we het alveolaire volume. We kunnen dit ook uitrekenen met behulp van de P_CO2. De productie van CO₂ en de uitstoot moet gelijk zijn. Als we de partiële druk en het volume van de CO₂ weten, weten we ook de gehele alveolaire ventilatie. Hierbij hoort de alveolaire ventilatie vergelijking, V_A = 0,863 * (V_CO2 / PA_CO2). Hierbij moet wel rekening worden gehouden met de lichaamstemperatuur en -druk (BTPS) en de standaard temperatuur en druk (ATPS). De gemiddelde V_A is circa 4,2 L/min. De alveolaire P_CO2 is omgekeerd evenredig met de alveolaire ventilatie. Immers, hoe groter het ingeademde volume, hoe meer verse lucht en hoe minder CO₂ in de alveoli. Omdat alveolaire en arteriële P_CO2 virtueel gelijk zijn, heeft V_A ook invloed op de arteriële P_CO2. De alveolaire P_CO2 bereken je door de geproduceerde lucht van een tijdseenheid te delen door de ingeademde lucht in een tijdseenheid.

• hyperventilatie

Hyperventilatie ontstaat doordat er meer CO₂ het lichaam uitgaat dan dat er aangemaakt wordt, hierbij daalt het CO₂ niveau van het bloed. Doordat de alveolaire P_CO2 aan die van het bloed gekoppeld is, daalt deze ook en ontstaat er respiratoire alkalose gepaard met duizeligheid. Hypoventilatie is het omgekeerde van hyperventilatie, nu wordt er meer CO₂ geproduceerd per tijdseenheid dan dat er uitgestoten wordt. Dit lijdt tot een respiratoire acidose.

De alveolaire P_O2 is afhankelijk van V_A, hoe meer lucht wordt ingeademd, hoe hoger de P_O2 is. De P_O2 is ook afhankelijk van andere partiële drukken, waaronder die van H₂O, N₂ en CO₂. Samen vormen deze de barometrische druk (P_B). N₂ wordt niet gemetaboliseerd en dient om de barometrische druk op 760 mmHg te houden, meestal is het 78% van de druk zonder H₂O. De P_H2O is 47, waardoor O₂ en CO₂ als variabelen overblijven. De CO₂ die het lichaam produceert is afhankelijk van de hoeveelheid verbranding, maar ook van de brandstof die verbrand wordt. Elke brandstof heeft een respiratoire quotiënt, RQ = Vco₂/Vo₂. Dit zegt hoeveel CO₂ geproduceerd wordt bij de verbranding van 1 O₂. Bij een stabiele status is de RQ 1, de capillair neemt evenveel O₂ op als het CO₂ afstaat. Vet heeft een quotiënt van 0,8 waardoor het totale alveolaire volume van de lucht afneemt en de hoeveelheid O₂ wordt verdund. De ventilatie in de apex (boven) van de long is bij een rechtopstaand persoon minder dan die in de basis (onder). De intrapleurale druk bij de apex is negatiever dan die bij de basis. Hierdoor zijn de alveoli in de apex al meer uitgerekt dan die in de basis, en is er dus meer statische compliantie in de basis. Hierdoor kan er bij inspiratie meer verse lucht in de alveoli van de basis. En juist deze volumeverandering bepaalt de ventilatie. Dit komt door de zwaartekracht, dus als een persoon op de kop hangt of op de zij ligt, geldt hetzelfde: de zijde van de long die het dichtst bij de grond is, heeft de meeste ventilatie. Ook zonder zwaartekracht is de ventilatie in de long niet uniform. Dit komt door kleine verschillen in compliantie en luchtwegweerstand, dit heeft grotere invloed op de verschillen dan de zwaartekracht. Restrictieve en obstructieve aandoeningen beïnvloeden respectievelijk de compliantie en de luchtwegweerstand. Een grotere weerstand zorgt voor een verminderde ventilatie.

Perfusie

De pulmonale circulatie heeft dezelfde output als de systematische circulatie, maar heeft een veel minder hoge druk. Dit komt doordat de systematische circulatie een grote afstand met veel weerstand moet overbruggen, terwijl de longcirculatie een veel kleinere afstand aflegt en een hoge druk hier voor longoedeem zou zorgen. De weerstand is aan te geven als ΔP/Q, in de eenheid PRU's (perifere weerstand units) gelijk aan mmHg/(mL/s). De systematische circulatie heeft een PRU van 1,1 en de pulmonale van 0,08. De weerstand in de longen is dus veel lager, waardoor een lage druk voldoende is. In de systemische circulatie daalt de druk het meest in de arteriolen, terwijl in de longen de bloeddruk het meest daalt in de arteriën en de eindes van de capillairen. Er zijn 280 miljard capillairen voor 300 miljoen alveoli, waardoor het vaatbed rond de alveoli continu in beweging is. Daarnaast zijn de pulmonale vaten wijder en korter dan de systemische. Ook zijn de wanden erg dun, waardoor ze een grote compliantie hebben. Hierdoor veroorzaken grote volumeverschillen, zoals wanneer een staand persoon gaat liggen, geen grote toename in weerstand. Bovendien is er hierdoor een lage polsdruk. De compliantie brengt wel met zich mee dat de vaten extreem beïnvloedbaar zijn door de omgeving. Alveolaire vaten hebben een transmurale druk die veroorzaakt wordt door het verschil in druk tussen het lumen van het vat en de omringende alveoli. Het eerste is afhankelijk van de hartcyclus, het tweede van de positie van de alveolus in de long en de respiratoire cyclus. Als V_L toeneemt, worden de alveolaire vaten uitgerekt en samengedrukt. Beide verhogen de weerstand. De extra-alveolaire vaten zijn niet omringd door alveoli en dus afhankelijk van de interpleurale druk. Voor een hoger V_L neemt ook de P_IP toe, waardoor de transmurale druk toeneemt en de extra-alveolaire vaten groter worden. Een toename in V_L zorgt voor een verlaagde weerstand in de extra-alveolaire vaten. Het netto effect is bifasisch, de totale weerstandcurve (alveolaire + extra-alveolaire vaten) is dalend van RV tot FRC en weer stijgend van FRC tot TLC.

• inspanning

Tijdens inspanning wordt de pulmonale weerstand nog lager, waardoor de vergrote cardiac output de druk nauwelijks doet toenemen. Dit komt door passieve mechanismes. In rust hebben sommige openstaande capillairen geen perfusie. Dit komt door kleine verschillen in druk en weerstand, die bij een lage druk al snel zorgen dat sommige vaten nauwelijks gebruikt worden. Openstaande capillairen met een lagere weerstand krijgen eerder perfusie dan met een hoge weerstand. Sommige capillairen zijn in rust gesloten, dit kan bijvoorbeeld doordat alveoli het vat dichtdrukken. Als de bloedflow toeneemt, gaan sommige gesloten capillairen open, doordat de critical closing pressure wordt overwonnen en krijgen de niet gebruikte capillairen ook stroom. Doordat er nu meer wegen zijn, blijft de weerstand laag. Als de druk van het bloed toeneemt, verhoogt de P_TM en dilateert het vat, waardoor de weerstand lager wordt en de druk ook.

Veranderingen in de P_O2, P_CO2 en pH veroorzaken in de pulmonale circulatie het omgekeerde als in de systemische circulatie. Hypoxemie rond het vat veroorzaakt bijvoorbeeld vasoconstrictie, zodat daar minder bloed naartoe gaat en er meer perfusie in goed geventileerde delen van de long plaatsvindt. Een hoge P_CO2 en een lage pH rond het vat zorgen om dezelfde reden ook voor vasoconstrictie. De invloed van het zenuwstelsel op de pulmonale circulatie is veel kleiner dan op de systematische circulatie. De sympathicus zorgt voor meer stijfheid van de arteriën zonder toename van weerstand en de parasympaticus zorgt voor een milde vasodilatatie. De pulmonale circulatie wordt niet beïnvloed door hormonen. Ook bij perfusie geldt dat er verschillen tussen de alveoli zijn. Dit komt door kleine verschillen in de compliantie en weerstand, maar ook door de zwaartekracht. Dit werkt hetzelfde als bij de ventilatie: de perfusie in de basis van de long is groter dan die in de apex bij een rechtopstaand persoon. Verandering van houding levert ook verandering van perfusie. Bij inspanning wordt het verschil kleiner.

Er zijn vier verschillende drukverhoudingen in de long:

• Zone 1: P_A>P_PA>P_PV. Dit kan in de apex voorkomen. De druk in de vaten daalt bij de toename in hoogte, waardoor de druk in de alveoli groot genoeg is om de vaten te verdrukken en voor een grote afname in flow zorgt. Bij gezonde personen komt dit niet voor.

• Zone 2: P_PA> P_A >P_PV. Dit komt normaal gesproken van de apex tot in het midden van de long voor. Deze vaten zijn geschikt voor de vergroting van het stroomoppervlak bij toenemende inspanning, ze zijn in rust niet allemaal open omdat de alveolaire druk de capillairen aan het veneuze eind samendrukt.

• Zone 3: P_PA>P_PV> P_A. Dit komt voor vanaf het midden tot lager in de long. Hier is de transmurale druk groot genoeg om het vat open te houden. Hoe lager in de long, hoe meer de vaten gedilateerd zijn. In hoeverre de transmurale druk de flow beïnvloedt is een Starling weerstand.

• Zone 4: P_PA>P_PV> P_A. Onderin de base zijn de alveolaire vaten hetzelfde als in zone 3, maar zijn de extra-alveolaire vaten anders. Onderin is de interpleurale druk lager, waardoor de weerstand van de extra-alveolaire vaten toeneemt. Hierdoor neemt de flow af aan de uiterste onderkant van de long.

De grenzen van deze zones zijn fysiologisch, ze zijn niet gefixeerd. Positieve drukventilatie (waardoor P_A omhoog gaat) laat de grenzen naar beneden zakken, inspanning verhoogt P_PA en laat de grenzen omhoog gaan. Daarbij veranderen de drukken gedurende de circulaire en pulmonale cyclus. Hoe groter de ventilatie, hoe meer de P_AO2 en P_ACO2 op de waardes in de lucht lijken. Dit gaat om de gehele long, want zoals gezegd verschillen de alveoli onderling. Hoe groter de ventilatie in een groep alveoli, hoe meer de alveolaire lucht op de atmosferische lucht lijkt, en hoe groter de perfusie in een groep alveoli, hoe meer de compositie van de alveolaire lucht op die van het gemixte veneuze bloed lijkt. De ventilatie/perfusie verhouding (V/Q) bepaalt dus de lokale P_AO2 en P_ACO2. Door de zwaartekracht is deze verhouding in de apex groter dan in de base. Dit komt doordat de perfusie sneller afneemt naarmate de hoogte toeneemt dan de ventilatie. Ter hoogte van de derde rib is de V/Q verhouding 1 en dus ideaal. Omdat O₂ en CO₂ perfusieafhankelijk zijn, zullen deze drukken dezelfde waarde als in de ingeademde lucht bereiken. Dit lijdt tot een respiratoire alkalose in de apex. In de base is dit omgekeerd, door de lagere verhouding neigen de alveolaire P_O2 en P_CO2 meer naar de waardes in het bloed. Omdat er meer perfusie in de base is, is de bijdrage aan de bloedcompositie van de base groter dan die van de apex. De V/Q verhouding van ingeademde lucht is oneindig, omdat het nog geen perfusie heeft gehad. De V/Q verhouding van gemixt veneus bloed is 0 omdat het nog niet in contact is geweest met lucht.

V/P-ratio

Door de zwaartekracht zijn er grote verschillen in de V/Q verhouding in een gezonde long. Als de verhouding niet ideaal, dus niet 1 is, noemen we het een V/Q-mismatch. In een extreem geval is er totaal geen perfusie, V/Q is dan oneindig. Dit noemen we dode ruimte ventilatie, dit maakt deel uit van de fysiologische dode ruimte. Een oorzaak hiervan kan longembolie zijn, waarbij er een obstructie in een longvat zit. De lucht bij dode ruimte ventilatie gaat naarmate de tijd toeneemt op atmosferische lucht lijken. De lage P_CO2 die hierbij ontstaat, zorgt voor bronchiale constrictie, waardoor er meer lucht naar andere gebieden gaat, waar wel perfusie is. Als een hele long geen bloed krijgt, dan is de helft van het ventilatieoppervlak dode-ruimte-ventilatie. De andere long kan nog steeds alle CO₂ uitstoten, maar de P_CO2 is wel verdubbeld, waardoor respiratoire acidose ontstaat. Ook kan de long genoeg O₂ opnemen, maar is de P_O2 wel gehalveerd. Het lichaam heeft allerlei manieren om deze problemen op te lossen en te zorgen dat de drukken in het bloed weer normaal worden. Het probleem met longembolie is dan ook niet per se dat er niet genoeg gaswisseling is, maar dat er hartfalen optreedt doordat de vaatweerstand omhoog schiet.

• shunt

Een shunt is het omgekeerde van dode ruimte ventilatie: er is wel perfusie maar geen ventilatie. Dit kan door een obstructie van de luchtweg, bijvoorbeeld een door een “vreemd” object of een tumor. Het dichtklappen van alveoli (atelectase) veroorzaakt ook een shunt. Hierdoor blijft de P_O2 van het bloed laag en ontstaat hypoxemie. Door de obstructie wordt de lucht naar andere gebieden van de long geleid, waardoor het verschil in V/Q nog groter wordt. Een voorbeeld van een shunt is astma, hierbij is de weerstand in de luchtwegen vergroot waardoor ventilatie lastiger plaatsvindt. In het geval van een shunt neemt het vat waar dat de P_O2 en pH van de omgeving dalen en de P_CO2 stijgt, waardoor hypoxische pulmonale vasoconstrictie optreedt. Hierdoor gaat er meer flow naar andere bloedvaten en wordt de V/Q verhouding op zowel de plaats van de shunt als in andere gebieden van de long verbeterd. De vaatvernauwing kan in extreme gevallen tot verhoging van de algehele longweerstand leiden. Als een hele long geen lucht krijgt, heeft de andere long wel normale gaswisseling, maar vindt slechts bij de helft van het bloed gaswisseling plaats. Het mengen van geventileerd en niet geventileerd bloed heet veneuze bijmenging. Dit is ook bij een gezond persoon het geval via de anatomische shunts. De long kan dus zijn werk goed uitvoeren maar de P_CO2 neemt toe. Hetzelfde geldt voor de O₂, slechts de helft van het bloed krijgt genoeg O₂ en dus neemt de P_O2 af, terwijl er wel genoeg O₂ voor het lichaam is. Het lichaam kan de hoge P_CO2 verhelpen met vasoconstrictie in de niet geperfuseerde long, maar doordat de HbO₂ dissociatie curve slechts weinig toename in P_O2 toelaat bij verhoging van de hoeveelheid O₂, kan de hypoxemie niet worden voorkomen. De anatomische shunts zijn de venen (van sommige hartspieren en de helft van de bronchiale) die op de pulmonale venen uitkomen en dus zuurstofarm bloed aan de zuurstofrijke pulmonale venen toevoegen. Pathologische shunts ontstaan als bij de geboorte de luchtweg inklapt, de foramen ovale of ductus arteriosus blijft dan open. Door de V/Q-mismatches en de veneuze bijmenging krijgt het linker ventrikel een mix van bloed, de V/Q verhouding in de longen is nooit ideaal. Als dit niet gecompenseerd wordt, ontstaat altijd acidose en hypoxemie. Non-uniformiteit is te diagnosticeren door andere mogelijkheden uit te sluiten. Dit kan door de waardes van het bloed en de functie van de ademhaling te testen. Karakteristiek voor V/Q-mismatches is een vergrote alveolaire-arteriële (A-a) gradiënt voor P_O2. Deze gradiënt is een mate van ernst van de V/Q-mismatch. Hierbij worden de drukken in het bloed gemeten en de drukken voor de alveoli hiermee uitgerekend. Het nadeel is dat V/Q-mismatch ook tot een A-a verschil in P_CO2 geeft en je er bij de berekeningen vanuit gaat dat deze bij A en a gelijk is. Met het geven van zuurstof kan gekeken worden of de longen elkaar in balans houden (één gehyperventileerd, de ander gehypoventileerd) of dat een long in het geheel niet wordt geventileerd. In het eerste geval zal de zuurstofsaturatie bij het geven van pure zuurstof hoog zijn, in het tweede geval niet omdat één hele long niet geventileerd wordt en dus een grote veneuze bijmenging geeft.

Boron & Boupaep Hoofdstuk 29 en 32 ontbreken nog

Pulmonale druk

De normale gemiddelde pulmonale arteriële druk (mPAP) is bij rust ~ 14 mmHg. De afname in druk in de longcirculatie wordt de transpulmonale gradiënt genoemd, die in rust ~ 6 mmHg is. De normale pulmonale vasculaire weerstand is ~ 1,5 mmHg/L per minuut en is levert een relatief lage weerstand aan de bloedstroom. Bij afwijkingen kunnen er pulmonale-hartziekten ontstaan. Er wordt gesproken van pulmonale hypertensie wanneer de mPAP in rust boven de 25 mmHg ligt. Hierbij kan hypertrofie, proliferatie en fibreuze veranderingen van pulmonale vaten optreden. Pulmonale hypertensie kan veroorzaakt worden door afwijkingen aan de linker harthelft of longen. Patiënten met langdurige pulmonale hypertensie ontwikkelen rechterventrikel hypertrofie, dilatatie, hartfalen en mortaliteit. Behandeling is mogelijk met β-adrenerge agonisten.

Mitralisinsufficiëntie

Mitrale insufficiëntie kan optreden bij afwijkingen aan de atrioventriculaire kleppen, de annulus, de chordae tendinae, de papillaire spieren of de linkerventrikel. De meest voorkomende oorzaken zijn degeneratieve aandoeningen, ischemische hartziekten, reumatische hartproblemen en infectieuze endocarditis. Bij acute mitrale insufficiëntie laat de compliantie van de linkeratrium geen dilatatie toe, waardoor de arteriële druk stijgt. Dit leidt tot een stijging van de pulmonale veneuze druk wat resulteert in pulmonaal oedeem. Het strookvolume stijgt, waarmee de cardiac output ook stijgt en daarbij kan vergroting van de linkerventrikel optreden.

Thema 8: Roken, determinant van ziekte

Er zijn meer dan 6000 ziekten, elk met een eigen klinisch beeld, pathofysiologie en etiologie. Er zijn een groot aantal beschermings- en herstelmechanismen die zorgen dat geen ziekte optreedt. Het falen van een van de mechanismen is dus onderdeel van de oorzaak van de ziekte. Dit is veroorzaakt door de evolutie: het belangrijkste was om de vijandige omgeving te overleven om zo genen door te geven. Dit ecologische perspectief zorgt dat de volksgezondheid met name geïnteresseerd is in ziekten op populatieniveau, niet in het individu. Oorzaken van ziekten kunnen op individueel niveau ook andere oorzaken hebben dan op populatieniveau.

• model van Lalonde

Het model van Lalonde probeert determinanten van gezondheid in een schema te vatten. Er zijn vier categorieën: biologische en genetische factoren, leeftijd, fysieke en sociale omgeving en gezondheidszorgsysteem. Een modernere versie van het RIVM heeft het over omgeving (inclusief de sociale omgeving), gedrag en persoonsgebonden factoren (waaronder genetisch en verworven). Deze drie groepen van determinanten worden beïnvloed door externe ontwikkelingen, beleid, preventie en zorg.

• preventie

Preventie is het totaal van maatregelen, zowel binnen als buiten de gezondheidszorg, die tot doel hebben de gezondheid te beschermen en te bevorderen door ziekte en gezondheidsproblemen te voorkomen. Primaire preventie is het voorkomen van nieuwe gevallen, secundaire preventie is de vroege opsporing om erger worden te voorkomen. Gezondheidsbeleid is de term voor alle preventiemaatregelen zowel binnen als buiten de gezondheidszorg, bij beïnvloeding vanuit andere sectoren spreken we van intersectoraal gezondheidsbeleid.

De individuele, curatieve zorgverlening is een belangrijk deel van de bevordering van de volksgezondheid. De zorgverlener is daarnaast onderdeel van een groter geheel van onder andere techniek, financiën, recht en allerlei organisaties. Elk land heeft een eigen gezondheidszorgsysteem. Gezondheidszorgbeleid is alles dat het systeem vorm geeft, zodat het als geheel gezondheidswinst oplevert.

Ziekte wereldwijd

De oorzaak van ziektelast en sterfte is in lage-inkomenslanden vooral infectieziekten. Slechte omgevingsfactoren drukken de grootste stempel, echter komen de chronische niet-overdraagbare aandoeningen ook op.

Moeder- en kindersterfte

Kindersterfte is afgelopen decennia sterk gedaald, tot 71/1000 in 2006. 40% hiervan vindt in Afrika plaats. Ook overlijden jaarlijks 500.000 vrouwen als gevolg van zwangerschap en bevalling, iets dat bijna volledig te voorkomen is door professionele begeleiding.

HIV/aids

Afrika is het sterkst getroffen, tweederde van de 33 miljoen patiënten woont daar. Het is sterk verbonden met sociale omstandigheden, en heeft ook enorme sociale gevolgen bijvoorbeeld wanneer een kind een of beide ouders aan de ziekte heeft verloren. Een in 2001 aangenomen verklaring van de VN heeft gezorgd voor meer beschikbaarheid van HAART-therapie, minder nieuwe gevallen en minder sterfte.

Tuberculose

Een onbehandelde patiënt besmet 10-15 andere mensen per jaar. Een derde van de wereldbevolking is besmet met de bacterie, 5-10% wordt hier ziek van. De combinatie van HIV/aids en Tbc in sub-Sahara Afrika zorgt voor de grootste kans om te overlijden. Geneesmiddelenresistentie is het grootste probleem, het ontstaat door inconsistentie of gedeeltelijke behandeling. Het is nog wel te behandelen, maar is veel duurder en duurt bijna twee jaar. Inmiddels is er ook een extreem resistente variant, ook ongevoelig voor tweedelijns tuberculostatica.

Malaria

In veel lage- en middel-inkomenslanden is malaria de belangrijkste doodsoorzaak, ondanks dat het goed te voorkomen en te behandelen is. Halverwege de 20^e eeuw was er een succesvolle malariacampagne, helaas werd de parasiet resistent tegen het middel. Inmiddels lijkt een nieuwe succesvolle methode te zijn ontwikkeld.

Chronische niet-overdraagbare aandoeningen

Chronische aandoeningen zoals hart- en vaatziekten en kanker zijn nu wereldwijd de belangrijkste doodsoorzaak geworden, ook in steeds meer lage-inkomenslanden, door de Westerse leefstijl van roken, alcohol, voeding en weinig lichaamsbeweging.

Dubbele ziektelast: terwijl de arme landen de infectieziekten nog niet overwonnen hebben, krijgen ze al de hoge ziektelast van de chronische aandoeningen.

De armste landen hebben de grootste bevolkingsgroei. Echter zullen ook zij last krijgen van vergrijzing, op dit moment is dit al zo in Azië en Latijns-Amerika. Verstedelijking en de bevolkingsgroei worden niet bijgehouden door werkgelegenheid en infrastructuur, met als gevolg nog meer extreme armoede. Er is genoeg voedsel voor iedereen, maar door ongelijke verdeling hebben we te maken met zowel ondergewicht als obesitas. Door meer landbouw en –technieken voor dit voedsel, wordt ook beschikbaarheid van genoeg drinkwater bedreigd. Natuurrampen en oorlogen hebben grote gevolgen voor zowel structuur als gezondheid en treffen vaak de allerarmsten. Toegenomen welvaart heeft gezorgd voor een tweemaal zo hoge levensverwachting, met nu de nadruk op chronische niet-overdraagbare aandoeningen. De zogenaamde welvaartziekten hebben als risicofactoren roken, hoge bloeddruk, overgewicht, hoog cholesterolgehalte en excessief alcoholgebruik. De verspreiding van nieuwe gedragingen, zowel start als einde van een mode, begint vaak onder mannen en wordt pas later door vrouwen overgenomen, begint vaak in steden en bij mensen met een hogere sociaaleconomische positie. In hoge-inkomenslanden is de levensverwachting een stuk hoger geworden, maar het aantal ongezonde jaren is ongeveer hetzelfde gebleven. We leven dus langer in goede gezondheid. Binnen de hoge-inkomenslanden zijn nog grote verschillen te vinden: Midden- en Oost-Europa hebben een lagere levensverwachting. Scandinavische landen lopen aan kop, al is Denemarken aan het afzakken. De achterstand van Midden- en Oost-Europa is begonnen door stilstand onder het communisme in de jaren ’70, door een toegenomen welvaart (roken, vetten) maar geen effectieve gezondheidszorg. Na de val van de Berlijnse muur zorgde een economische crisis voor veel mensen voor een val naar onder de armoedegrens. Ernstig alcoholgebruik toename zorgde voor hoge sterftecijfers, geldgebrek voor een slechtere zorg. Verschillen tussen de ervaren gezondheid hebben meer te maken met culturele verschillen in ziektebeleving dan de objectieve ziekteaantallen. De hoogst haalbare graad van gezondheid is een mensenrecht. Verwacht wordt dat verschillen in gezondheid alleen maar groter worden door snelle medisch-technische vooruitgang. De VN heeft in 2000 de Millennium Development Goals opgesteld: een set doelstellingen tegen armoede en voor ontwikkeling voor 2015. Drie ervan gaan over gezondheid en verschillende samenwerkingsverbanden zijn gestart om de doelen te behalen. Internationale ontwikkelingssamenwerking heeft onder andere bijgedragen aan vermindering van de kindersterfte, meer verloskundig begeleide bevallingen, een verbeterde voedingstoestand, een hoger aantal kinderen dat de basisschool afmaakt en een betere toegang tot veilig drinkwater.

Gezondheid in Nederland

Er zijn meer dan 6000 ziekten, elk met een eigen klinisch beeld (de tekenen en symptomen), pathofysiologie (mechanismen) en etiologie (oorzaken). Het gemeenschappelijke proces is: vijandige omgeving en evolutionaire erfenissen (biologie) nadelige uitwisselingen met omgeving en ontwerpfouten (etiologie)  begin van het ziekteproces (pathogenese) ziekteverschijnselen. Er zijn een groot aantal beschermings- en herstelmechanismen die zorgen dat geen ziekte optreedt. Het falen van een van de mechanismen is dus onderdeel van de oorzaak van de ziekte. Dit is veroorzaakt door de evolutie: het belangrijkste was om de vijandige omgeving te overleven om genen door te kunnen geven. Dit ecologische perspectief zorgt dat de public health met name geïnteresseerd is in ziekten op populatieniveau, niet in het individu. Oorzaken van ziekten kunnen op individueel niveau ook andere oorzaken hebben dan op populatieniveau. Het model van Lalonde probeert determinanten van gezondheid in een schema te vatten. Er zijn vier categorieën: biologische en genetische factoren, leeftijd, fysieke en sociale omgeving, en gezondheidszorgsysteem. Een modernere versie van het RIVM heeft het over omgeving (inclusief de sociale omgeving), gedrag en persoonsgebonden factoren (waaronder genetisch en verworven). Deze drie groepen van determinanten worden beïnvloed door externe ontwikkelingen, beleid, preventie en zorg. Roken zorgt voor de meeste verloren jaren en verloren DALY’s, maar niet verlies van kwaliteit van leven. Overgewicht zorgt voor het meeste verlies van ziektejaar-equivalenten. Fysieke omgeving zoals milieu en geluid zorgt voor 2-5% van het totaal aan verloren DALY’s in Nederland.

Preventie

Gezondheidsbevordering is naast voorlichting ook voorzieningen en regelgeving om gezond gedrag en gezonde leefomstandigheden mogelijk te maken. Psychologische determinanten van gedrag zijn vaak beïnvloedbaar, er zijn vijf categorieën: motivatie, attitude, sociale invloeden, persoonlijke norm en ervaren controle. Voorlichting over gevolgen is vaak niet voldoende om een attitude te veranderen, daarom wordt ook aan fysieke (wat is aanwezig), sociaal-culturele (wat is normaal), economische (de kosten) en politieke omgeving (wet- en regelgeving) gewerkt. Attitudeverandering gaat in verschillende stappen: ongemotiveerd, gemotiveerd, actie en gedragsbehoud. De voorlichting moet worden aangepast op de fase waarin mensen zich bevinden. Een voorbeeld van gezondheidsbevordering is naast het aanbieden van voorlichtingslessen op scholen, ook fruit uitdelen en meer gymlessen aanbieden. Bij voorlichting wordt onderscheid gemaakt tussen massamedia campagnes en interpersoonlijke voorlichting, en generieke en meer geïndividualiseerde voorlichting. Massamedia campagnes hebben een korte boodschap en zijn vooral gericht op de eerste fase. Het bereik is groot, maar het effect is beperkt. Interpersoonlijke voorlichting, bij huisarts of in groepsverband, heeft juist een kleiner bereik maar een veel groter effect. Om het bereik iets te vergoten wordt gebruikt gemaakt van ICT om adviezen ‘op maat’ te genereren. De lange tijd voor een meetbaar effect op de gezondheid optreedt, zorgt dat er weinig onderzoek is gedaan naar effectiviteit van gezondheidsbevordering. Het effect wordt gemeten als mate van verandering. Maatregelen gericht op (mindere) beschikbaarheid zijn effectiever dan voorlichting.

• Roken

Het nut van verschillende programma’s is wisselend. De Tabakswet heeft verschillende verbeteringen te weeg gebracht. Een belangrijke doelgroep is jonge tieners die nog niet roken om te voorkomen dat ze er aan beginnen. Intensieve stoppen-met-roken programma’s worden aangeboden bij verschillende instanties. De uitvoering van deze programma’s, waar iedere hulpverlener naar moet kunnen verwijzen, is bij de NHG (Nederlands Huisartsen Genootschap) en Stivoro (Stichting Volksgezondheid en Roken).

• Voeding

Meer groente, fruit en vezels, minder suiker, zout en alcohol en voldoende lichaamsbeweging zijn de belangrijkste richtlijnen van de Gezondheidsraad. Artsen kunnen zelf risicopatiënten helpen en adviseren, maar kunnen ook doorverwijzen naar een diëtist. Ze moeten wel een globaal voedingsadvies met begeleiding kunnen geven.

• Lichaamsbeweging

De norm raadt aan minstens vijf dagen per week minstens 30 minuten matig intensief te bewegen, zoals wandelen en fietsen. Voor jongeren en mensen die willen afvallen is dit 60 minuten. Sporten is niet noodzakelijk, het is vooral belangrijk regelmatig te bewegen. Inactieve mensen moeten advies en begeleiding krijgen.

• Alcohol

De voorlichting is vooral gericht op matiging. Bij jongeren is de preventie gericht op binge drinking (comazuipen). Andere maatregelen als interventieprogramma’s, verhoging van accijnzen en beperking van reclametijd kunnen ook toegepast worden. De huisarts kan alcoholmisbruik opsporen met behulp van vragenlijsten en de begeleiding zelf doen of doorverwijzen naar instellingen voor verslavingszorg.

• Drugs

Vooral harddrugs heeft ernstige effecten, al wordt steeds duidelijker dat ook cannabis lange termijn effecten heeft. Het gebruik is de laatste jaren stabiel gebleven. Voorlichting is met name gericht op tussenpersonen die veel contact met jongeren hebben zoals docenten en jongerenwerkers. De effecten van preventie zijn beperkt, daarom wordt gericht op programma’s om risico’s te beperken. Denk aan het verstrekken van naalden en methadon. Justitie richt zich op het beperken van het aanbod.

• Gezondheidsbescherming

Gezondheidsbescherming richt zich niet op het gedrag, maar op de omgeving veiliger en gezonder maken. Dit kan door het risico weg te nemen, de gevaren te verminderen, of door een barrière te maken tussen mens en het risico. De omgeving heeft fysieke, chemische en biologische aspecten. Ook zijn er culturele en psychosociale aspecten van de omgeving, bijvoorbeeld een verbod op discriminatie. Het maakt vooral gebruik van technische interventies die door wetgeving is vastgelegd en met financiële druk wordt opgelegd. Voorlichting wordt ook ingezet, bijvoorbeeld over het opruimen van chemisch afval. Gezondheidsbescherming is onomstreden effectief. Resultaten zijn concreet te zien door afname van incidenten. De kosten zijn vaak wel hoog, omdat men de angst heeft een incident met minder niet goed te kunnen bestrijden. De naleving van ingestelde maatregelen is vaak afhankelijk van de sancties die staan op het niet naleven. Gezondheidsbescherming vindt vaak plaats in andere sectoren dan de preventieve gezondheidszorg. Intersectoraal gezondheidsbeleid houdt in dat ontwikkelingen in andere sectoren nauwlettend worden gevolgd om overal de gezondheid bij mee te nemen.

• Drinkwater en riolering

Schoon drinkwater en een goede riolering zijn de grootste bijdrage geweest aan de volksgezondheid. Het is een goed voorbeeld van een niet-medische aanpassing met grote positieve gevolgen op de gezondheid. Nog steeds is dit een onderwerp, denk aan Legionella uitbraken in ziekenhuizen en hotels.

• Voedsel

In Nederland is overvoeding een bedreiging voor de gezondheid, bescherming en bevordering moeten samen worden toegepast. Het voornaamste onderwerp is bewaking van de voedselveiligheid door controles en regelgeving. Ook kan worden gedacht aan maatregelen zoals de standaard toevoeging van jodium aan keukenzout als gezondheidsbeschermingsmaatregel.

• Waren

Bij waren gaat het om het risico op verwonding en verstikking, met name bij jonge kinderen. Ook wordt streng gekeken naar dingen waarbij toxisch of stralingsgevaar is, bijvoorbeeld verf en bouwmaterialen.

• Luchtverontreiniging

Hoge gehaltes ozon en fijn stof zijn een internationaal probleem. 65-90% komt uit het buitenland.

• Geneesmiddelen

Er zijn preventieve maatregelen tegen veiligheidsrisico’s van geneesmiddelengebruik. Zo zijn er bijvoorbeeld etiketten die waarschuwen wanneer een medicijn het reactievermogen beïnvloed waardoor niet auto gereden kan worden. Andere aandachtsthema’s zijn het terechtkomen van geneesmiddelen in het milieu en de kindveiligheid van geneesmiddelenverpakkingen.

• Preventie: Infectieziekten

Wanneer er een actieve epidemie is worden zo snel mogelijk bron en verspreiding in kaart gebracht, mensen ingelicht om de kans op verspreiding te verkleinen en wordt gericht op het voorkomen van gevolgen van de besmetting. Methoden van infectieziektebestrijding zijn:

1. Gezondheidsbescherming, bijvoorbeeld schoon drinkwater

2. Gezondheidsvoorlichting, bijvoorbeeld over hygiëne

3. Actieve en passieve immunisatie met behulp van vaccins. Het Rijksvaccinatie programma zorgt voor een dekkingsgraad van ongeveer 97% van de Nederlandse bevolking, de hoogste van de wereld. Door deze groepsimmuniteit zijn ook niet-gevaccineerde mensen beschermd, omdat de infectie niet verspreid kan worden. Als de niet-gevaccineerden allemaal in één gemeenschap leven, is er geen sprake van groepsimmuniteit.

4. Bron- en contactopsporing en beheersen van uitbraken

5. Melding van infectieziekten

6. Secundaire preventie, oftewel screening

• Hart- en vaatziekten (HVZ) en kanker

Dit is de belangrijkste doodsoorzaak in de westerse wereld. Preventie van HVZ is primair gericht op risicofactoren zoals roken, cholesterol, hoge bloeddruk, overgewicht, diabetes etc. Bescherming is het verminderen van zout in aangeboden voeding. Preventie vindt plaats door vroege opsporing van hypercholesterolemie en hypertensie. Het tegengaan van roken is de belangrijkste preventieve maatregel tegen kanker. Ook verbod op asbestgebruik en het advies minder te zonnen zijn mogelijke maatregelen.

• Psychische ongezondheid

Veel diagnosen vallen onder het begrip psychische ongezondheid. De Geestelijke Gezondheids Zorg heeft allerlei preventieprogramma’s, waaronder bewezen effectieve cursussen bij depressiviteits-klachten. Interventies via internet en zelfhulpcursussen zijn goedkoper, maar werken niet slechter dan groepscursussen onder professionele begeleiding.

• Intersectoraal gezondheidsbeleid

De epidemie van overgewicht komt door factoren op allerlei terreinen, waaronder verbeterd vervoersysteem en beschikbaarheid van slecht eten. Daarom moet het ook op alle terreinen aangepakt worden: gezondheidszorg, lokale en regionale overheden, onderwijs, bedrijfsleven en consumentenorganisaties. Een gezond overheidsbeleid en een positieve omgeving zorgen dat mensen in staat zijn controle te krijgen over factoren die hun gezondheid beïnvloeden. Het idee van Health in all policies zorgt dat alle beleidsterreinen nagaan wat hun effect is op de volksgezondheid. Dit wordt steeds vaker toegepast.

De samenwerking gaat volgens de fasen: probleemvaststelling, richting geven en structurering. Naast het ontwikkelen van een plan, is het belangrijk dat herkend wordt hoe groot het probleem is en dat de verschillende partijen er samen verantwoordelijk voor zijn en ook afhankelijk van elkaar zijn. Met gezondheidseffectscreening wordt gekeken naar hoeveel effect een plan in een andere sector heeft op de volksgezondheid. De effecten van grootschalig intersectoraal gezondheidsbeleid zijn moeilijk vast te stellen, het effect van kleinere projecten laat positieve gevolgen zien. Veel intersectoraal beleid vindt in Nederland op lokaal niveau plaats. Voedselveiligheid is een onderwerp dat al van oudsher intersectoraal behandeld werd, en met steeds meer in- en export moet dat nu ook naar buiten de landsgrenzen reiken. Er zijn verschillende Europese pacten en regelgeving in verschillende sectoren die effect hebben op onze volksgezondheid en ons volksgezondheidsbeleid.

Primaire preventie

Doordat effect van preventie pas ver in de toekomst te zien is, is er relatief weinig budget beschikbaar voor primaire preventie ten opzichte van curatieve geneeskunde. Het meer plek geven in het gezondheidsbeleid is een grote uitdaging, maar erg belangrijk voor de toekomst. De meeste gezondheidswinst is te behalen bij de verandering van ongezond gedrag: roken, overgewicht en alcoholgebruik. De aanpak in roken heeft duidelijk al vruchten afgeworpen. Er moet een levensloop perspectief gebruikt worden: preventie activiteiten gericht op voor conceptie tot in de adolescentie moet meer gaan plaatsvinden en ze moeten ook werken tegen factoren die pas op latere leeftijd effect zullen hebben. Gezondheidsbevordering en –bescherming op de werkplek wordt steeds belangrijker om uitval te voorkomen en de grote gezondheidsverschillen tussen mensen met een verschillende sociaaleconomische status moeten verkleind proberen te worden. De lijst van de RIVM met twintig preventieve maatregelen die op korte termijn kosteneffectief zullen zijn, bestaat veelal uit maatregelen gericht op hoogrisicogroepen. Onderzoek naar de effecten van preventieve maatregelen is lastig. Randomised Controlled Trials kunnen niet toegepast worden en het is onethisch om mogelijk gevaarlijke stoffen of situaties beschikbaar te laten voor een deel van de mensen. Er moeten dus andere onderzoeksmethoden ontwikkeld worden. Nieuwe benaderingen gebruiken meer wiskundige of statistische modellen.

Erhardt, Cigarette smoking: an untreated risk factor for cardiovascular disease, Atherosclerosis 2009; 205: 23-32 ontbreekt nog

Farmacotherapeutisch kompas: eigenschappen  van nicotine ontbreekt nog

Thema 9: De nieren

Tractus urogenitalis

Het urogenitale systeem bestaat uit gepaarde nieren, de gepaarde ureters, die van de nieren naar de blaas lopen en de urethra, die van de blaas naar de buitenkant van het lichaam loopt. De nieren houden vocht en elektrolyten en metabolieten vast en scheiden afvalstoffen uit. Ze spelen een grote rol in het regelen van de vochthuishouding. Daarnaast zijn ze essentieel voor de zuur-base balans. 25% van de cardiac output gaat naar de nieren. De urine bevat naast afvalstoffen ook water en elektrolyten, al wordt een groot deel daarvan geresorbeerd. De nieren werken ook als een endocrien orgaan, zo wordt erythropoïetine (EPO), wat toename van de hematocrietwaarde veroorzaakt, gesynthetiseerd in het endotheel van de renale cortex. Daarnaast wordt renine, een enzym dat bloeddruk en bloedvolume reguleert, gesynthetiseerd en vindt hydroxylatie van 25-OH vitamine D₃ plaats.

anatomie van de nieren

De nieren zijn boonvormige organen die retroperitoneaal aan weerszijden van de wervelkolom liggen. Ze liggen van de 12^de thoracale tot de 3^de lumbale wervel. De rechter nier ligt iets lager dan de linker nier. Op elke nier ligt de bijnier. Deze is samen met de nier ingebed in een dikke laag beschermend vetweefsel. De mediale kant van de nier is hol, hier zit het hilum met de niervaten en -zenuwen. Ook het nierbekken bevindt zich hier. Het oppervlak van de nier is bedekt met een kapsel, aan de buitenkant zitten fibroblasten en collageenvezels, aan de binnenkant myofibroblasten. De nier kan worden opgedeeld in een buitenste, roodbruine cortex en een binnenste, lichter rode medulla. Het kleurverschil komt doordat 95% van het bloed in de nier zich in de cortex bevindt. In de cortex bevinden zich de nierlichaampjes met bijbehorende tubuli contorti (gekronkelde tubuli) en recti (rechte tubuli), verzameltubuli, verzamelbuizen en bloedvaten. Dit vormt een nefron, de functionele eenheid van de nier. De nierlichaampjes bevatten een capillair netwerk dat de glomerulus heet. In de cortex bevinden zich ook delen van de medulla: de mergstralen. Deze bevatten tubuli recti en verzamelbuizen. In de ruimtes tussen de mergstralen bevinden zich de nierlichaampjes, tubuli contorti en de verzameltubuli. Zo'n ruimte heet een labyrint. Een nefron vormt met zijn verzameltubulus een urinifereuze tubulus. De tubuli recti en verzamelbuizen lopen tot in de medulla, waar ze parallel gaan lopen met een vaatnetwerk, de vasa recta. Deze vormen het vasculaire deel van het tegenstroom systeem. De tubuli in de medulla vormen piramides. De basis hiervan ligt richting de cortex en de apex richting de renale sinus. De piramides zijn verdeeld in een binnenste en een buitenste medulla, de laatste heeft een binnenste en een buitenste streep. Om de piramides heen liggen de renale kolommen, dit is corticaal weefsel maar wordt tot de medulla gerekend. Het apicale deel van de piramide, de papilla, komt uit in de calyx minor. Dit is een tak van de calyx major. De top van de papilla, de area cribrosa, is geperforeerd door verzamelbuizen. Een piramide met het omliggende corticale weefsel (de helft van elke omliggende kolom) is een lob van de nier. Deze lobben zijn opgedeeld in lobules, hiervan is het centrum vaak duidelijk te vinden, maar de scheiding tussen aparte lobuli niet. Een lobulus bestaat uit één verzamelbuis en bijbehorende nefronen.

Elke nier bevat ongeveer twee miljoen nefronen. Nefronen en verzamelbuizen ontstaan los van elkaar en komen pas later samen. Het nierlichaampje is het begin van het nefron en bestaat uit de glomerulus (een kluwen van capillairen) en het kapsel van bowman. In dit kapsel wordt het ultrafiltraat van het bloed opgevangen. Een afferente arteriool levert het bloed, een efferente arteriool voert het af. De kant waar de bloedvaten liggen heet de vasculaire pool, de andere kant is de urinaire pool, waar de proximale tubulus contortus begint. Zoals gezegd bestaat de nefron uit een aantal tubuli:

• Proximale tubulus contortus (vormt samen met de proximale tubulus rectus het proximale dikke segment)

• Proximale tubulus rectus (vaak het dikke afdalende been genoemd, komt uit in de medulla)

• Dun afdalend been (voortzetting van proximale tubulus rectus, maakt een haarspeldbocht weer terug richting de cortex)

• Dun opstijgend been (voortzetting van het dunne, afdalende been na de haarspeldbocht)

• Distale tubulus rectus (vaak het dikke opstijgende been genoemd, komt terug in de cortex)

• Ditale tubulus contortus (maakt contact met een verzamelbuis via een gebogen of normale verzamel tubulus)

De distale tubulus rectus maakt contact met het nierlichaampje via de macula densa, hierdoor kunnen signalen worden doorgegeven. De proximale tubulus rectus, het afdalende en opstijgende been en de distale tubulus rectus vormen de lis van Henle. Nefronen die slechts tot de buitenste medulla reiken heten corticale nefronen. Nefronen waarvan de lis van Henle tot in de basis van de piramide reikt, heten juxtamedullaire nefronen. Nefronen hiertussenin heten intermediaire nefronen. De verzameltubuli beginnen in het corticale labyrint en komen in de mergstralen uit in de verzamelbuizen. Deze beginnen als corticale verzamelbuizen, worden dan medullaire verzamelbuizen en uiteindelijk papillaire buizen. Deze komt vanuit de area cribrosa in de calyx minor.

Het filtratieapparaat, ook wel de glomerulaire filtratiebarrière genoemd, bestaat uit 3 componenten:

• Endotheel van de glomerulaire capillairen. Dit bevat veel aquaporine, wat watertransport bevordert.

• Glomerulair basaalmembraan. Dit is een erg dik membraan met veel collageen type-IV en proteoglycanen. Bij het syndroom van Alport is dit membraan verdikt waardoor de filtratie verslechtert.

• Viscerale laag van het kapsel van Bowman. Dit bevat podocyten, die steeltjes om de capillairen vormen. De ruimtes tussen deze steeltjes heten filtratiesleuven, en zijn omringd door het filtratiesleuf-diafragma. Dit diafragma wordt onder andere gevormd door nefrine.

Het glomerulaire basaalmembraan (GBM) bestaat uit de lamina rara externa (zit vast aan de podocyten en belemmert de doorgang van negatief geladen moleculen), lamina rara interna (zit vast aan het endotheel en belemmert de doorgang van negatief geladen moleculen) en de lamina densa. Het GBM belemmert ook de doorgang van grote moleculen. Ondanks dat het de doorgang van eiwitten bemoeilijkt, passeren deze toch het GBM. Via endocytose worden deze weer geresorbeerd. Dunne poriën beperken het transport van oplossingen door het filtratiediafragma. Albuminuria (albumine in urine) en hematuria (rode bloedcellen in urine) wijzen op disfunctie van het GBM. Het GBM is een actief membraan, dat zichzelf kan herstructureren. Het pariëtale deel van het kapsel van Bowman bestaat uit plaveiselepitheel. In de urinaire pool loopt dit over in het kubische epitheel van de proximale tubulus contortus. De ruimte tussen de viscerale en de parientale laag heet de ruimte van Bowman, hierin wordt het ultrafiltraat opgevangen. Het GBM bestaat voor een groot deel uit collageen type-IV. Dit bestaat uit verschillende componenten, waartegen het lichaam antistoffen kan maken. Een auto-immuunziekte die op deze manier ontstaat is het syndroom van Goodpasture. Klinisch lijkt dit op een erg snelle ontsteking van de glomerulus. Het resultaat is microscopisch te zien als een halve maan om de capillairen heen. Mensen met het syndroom van Goodpasture hebben zowel respiratoire als urinaire symptomen. De therapie voor het syndroom bestaat uit het verwijderen van de antilichaampjes en het geven van immunosurpressors.

In het nierlichaampje bevinden zich de mesangiale cellen. Deze vormen samen met de extracellulaire matrix het mesangium. Zij bevinden zich ook buiten het nierlichaampje, waar ze laciscellen heten en het juxtaglomerulaire apparaat vormen. Mesangiale cellen hebben meerdere functies:

• Endo- en fagocytose. Het mesangium houdt het GBM en diafragma schoon zodat deze hun functie goed kunnen blijven uitvoeren.Structuur. Het megansium ondersteunt de podocyten als het basaalmembraan incompleet is.

• Secretie. Mesangiale cellen synthetiseren en secreteren verscheidene moleculen.

• Modulatie van glomerulaire uitzetting. Het mesangium zorgt ervoor dat de verhoging van de bloeddruk niet tot grote uitzetting van de glomerulus leidt.

Het juxtaglomerulaire apparaat bevat de macula densa, de juxtaglomerulaire cellen en de extraglomerulaire mesangiale cellen. Aangrenzend aan de afferente en efferente arteriolen bevindt zich het terminale uiteinde van de distale tubulus rectus. Hier zit de macula densa. Dit heet zo omdat de kernen opeengepakt (densa) lijken. Hierbij liggen gemodificeerde cellen van het gladde spierweefsel van de afferente arteriool. Deze heten de juxtaglomerualaire cellen en zijn secretoir. Deze cellen zijn verantwoordelijk voor de activatie van het RAAS-systeem dat een belangrijke rol speelt bij de homeostase van natrium en de hemodynamica van de nieren. De cellen scheiden renine uit in het bloed. Dit zet een kettingreactie in werking:

• In het bloed wordt angiotensine-I gevormd

• Angiotensine-I wordt omgezet naar angiotensine-II

• Angiotensine-II zorgt dat de bijnier aldosteron uitscheidt en zorgt voor vasoconstrictie in de nieren

• Aldosteron zorgt dat natrium, en daardoor water, meer worden gereabsorbeerd.

Naast een endocrien orgaan is het juxtaglomerulaire apparaat ook een sensor voor bloedcompositie en bloedvolume. De Na⁺-concentratie in de tubulaire vloeistof wordt gemeten en op basis daarvan wordt de glomerulaire filtratieratio en de secretie van renine aangepast. Hierdoor verandert de intracellulaire samenstelling, waardoor verschillende signaalmechanismes worden geactiveerd. Onderweg van de glomerulus naar de verzamelbuis ondergaat de vloeistof zowel resorptie als secretie. Sommige stoffen, zoals glucose, worden volledig geresorbeerd, andere, zoals natrium en water, worden gedeeltelijk geresorbeerd. Stoffen als creatinine worden gesecreteerd. Het volume van het ultrafiltraat wordt verkleind en de vloeistof wordt hyperosmotisch gemaakt. Dit kan door het systeem van tubuli, de lis van Henle en parallel gelegen bloedvaten, de vasa recta. In de proximale tubulus contortus (contortus-I) bevindt zich een rand van cellen met microvilli, een junctionaal complex, plicae (vouwen) aan de laterale kant van de cellen, basale processi en basale striae die bestaan uit verlengde mitochondria. De basale striae en microvilli helpen met het onderscheiden van deze tubuli. Actinefilamenten helpen bij het transport van de vloeistof. 65% van het ultrafiltraat wordt in deze tubulus geresorbeerd. Deze resorptie komt voornamelijk door Na/K-pompen, die voor de resorptie van Na⁺ zorgen. Dit wordt gevolgd door passieve absorptie van chloorionen en AQP-1, wat dan weer voor resorptie van water zorgt. De hydrostatische druk zorgt voor een isosmotische vloeistofstroom van de tussenruimte naar het renale bindweefsel. Aminozuren, suikers en polypeptiden worden ook geresorbeerd. Eiwitten en grote peptiden worden opgenomen door middel van endocytose. Door de resorptie van bicarbonaat wordt de pH gemoduleerd. In de proximale tubulus rectus (rectus-I) wordt minder geresorbeerd dan in de contortus-I en zijn de mitochondria kleiner.

De lengte van het dunne segment van de lis van Henle is afhankelijk van de positie van het nierlichaampje in de cortex. Juxtamedullaire nefronen hebben de langste benen, corticale de kortste. Er zijn vier soorten epitheel in de lis van Henle:

• Type-I bevindt zich in het dunne afdalende en opstijgende deel van de lis. Dit is dun, eenlagig epitheel.

• Type-II bevindt zich in het dikke afdalende deel van nefronen met een lange lis. Deze cellen bevatten veel microvilli.

• Type-III zit in het dunne afdalende deel in de binnenste medulla. Het lijkt op type-II epitheel maar is simpeler en heeft minder microvilli.

• Type-IV epitheel bevindt zich in de bocht van nefronen met een lange lis. Het heeft geen microvilli en de cellen hebben enkele organellen.

De osmolaliteit van de vloeistof verandert erg in de lis van Henle. In het dunne afdalende been wordt veel water geresorbeerd en minder stoffen als NaCl en urea. De interstitiële vloeistof is hyperosmotisch, wat waterresorptie versimpelt. Al het transport in dit been is passief. In het dunne opstijgende been is transport van water niet mogelijk, terwijl er wel veel passieve resorptie van NaCl plaatsvindt. Hierdoor ontstaat de hyperosmolariteit van de tussenruimtes van de tubuli, waardoor er in het afdalende deel absorptie van water plaatsvindt. De distale tubulus rectus (rectus-II) is een deel van het opstijgende been van de lis van Henle. Ook hier vindt resorptie van Cl^-, Na⁺ en K⁺ plaats, via actief en passief transport. Ook hier is geen transport van water mogelijk. In de distale tubulus contortus (contortus-II) wordt onder invloed van aldosteron Na⁺ voor K⁺ uitgewisseld. Ook wordt bicarbonaat geresorbeerd en ammonium gesecreteerd. In de rectus-I wordt minder geresorbeerd dan in de contortus-I en zijn de mitochondria kleiner.

Aquaporines (AQP's) zijn transmembraaneiwitten, die transport van water door het membraan mogelijk maken. Ze zitten onder andere in de nier, lever en galblaas. Er zijn veel soorten AQP's, de belangrijkste zijn type-I (in nier, lever en rode bloedcellen), type-II (in distale tubuli en verzamelbuizen, is onder invloed van ADH), en type-III en -IV (in verzamelbuizen). Onderzoek naar AQP's is belangrijk bij de behandeling van hypertensie. De verzameltubuli en verzamelbuizen bestaan uit eenlagig epitheel. De buizen in de cortex hebben plaveiselepitheel. De buizen in de medulla hebben cilindrisch epitheel. Doordat deze buizen geheel omringd zijn met epitheel, zijn ze makkelijk van de proximale en distale tubuli te onderscheiden. Er zijn twee typen cellen in de verzameltubuli en -buizen:

• Lichte cellen, ook wel CD-cellen genoemd. Dit zijn de belangrijkste cellen van het systeem. Ze bevatten AQP-II, en zijn dus afhankelijk van ADP qua waterabsorptie. Ook zijn AQP-III en -IV aangetroffen bij deze cellen.

• Donkere cellen, ook wel IC-cellen genoemd. Hiervan zijn er niet veel aanwezig. Ze hebben meer mitochondria dan de CD-cellen. Op het oppervlak hebben ze microplicae. In het apicale cytoplasma zijn veel vesicles zichtbaar. Afhankelijk van de pH wordt door de α-IC-cellen H⁺ gesecreteerd of door de β-IC-cellen bicarbonaat. Dichter bij de papilla worden de cellen langer en komen er minder IC-cellen voor.

Via het tegenstroomprincipe wordt de urine hyperosmotisch gemaakt. Dit systeem werkt met drie structuren: de lis van Henle, de vasa recta en de verzamelbuizen. De lis van Henle zorgt voor een iongradiënt in het interstitium die van cortex tot papilla toeneemt. Zoals gezegd is het afdalende been permeabel voor water en het opstijgende deel niet. Doordat het opstijgende deel niet permeabel voor water is, wordt er om deze tubulus een hyperosmotisch interstitium gevormd, wat bij de cortex osmotischer is dan in de papilla. Hierdoor wordt er uit het afdalende been en uit de verzamelbuizen water naar het interstitium getrokken, waardoor de vloeistof hyperosmotisch wordt. Dit effect versterkt zichzelf doordat het water dat nu in het interstitium komt, meer ionen uit het opstijgende deel aantrekt. De arteriolen, die dezelfde haarspeldbocht maken als de lis van Henle en zo de vasa recta vormen, versterken dit effect. De permeabiliteit van water in de verzamelbuizen is afhankelijk van de hoeveelheid antidiuretisch hormoon (ADH). Dit hormoon wordt in de hypothalamus gemaakt en verhoogt de permeabiliteit, waardoor meer water wordt geabsorbeerd. Als er geen ADH is, wordt waterige urine geproduceerd. Dit is een kenmerk van centrale diabetis insipidus. Ook kan er nefrogenische diabetis insipidus ontstaan, dit is als de receptor voor ADH niet werkt.

Bloedvoorziening van de nieren

De nieren worden van bloed voorzien door de arteriae renalis. Deze splitst bij de renale sinus in de interlobare arteriën (8-12). Deze volgen de piramiden tot de cortex en buigen dan tussen de medulla en de cortex, daarom heten ze ook wel arcuate arteriën. De arcuate arteriën splitsen in de interlobulaire arteriën. Hieruit ontspringen de afferente arteriolen die de glomeruli van bloed voorzien. Deze worden de efferente arteriolen na de ultrafiltratie. Deze efferente arteriolen vormen een tweede netwerk, de peritubulaire capillairen. De peritubulaire capillairen van corticale glomeruli omringen de urinifereuze tubuli, de peritubulaire capillairen van de juxtamedullaire glomeruli vormen de vasa recta. De peritubulaire capillairen komen uit op de interlobulaire venen, die via de arcuate venen in de interlobaire venen komen en uiteindelijk in de vena renalis. Het medullaire vaatnetwerk komt in de arcuate vene terecht. De peritubulaire capillairen van het nieroppervlak en van de capsule komen in de stellate venen terecht, waarna ze in de interlobaire venen komen.

Zenuwgeleiding van de nieren

De zenuwvezels van de renale plexus zijn voornamelijk sympathisch. Ze zorgen voor contractie van het gladde spierweefsel. Constrictie van de afferente arteriolen zorgt voor een afname van de filtratieratio en urineproductie, constrictie van de efferente arteriolen doet het omgekeerde. Vanuit de area cribrosa stroomt de urine van de calyx minor naar de calyx major het nierbekken in. Via de ureter gaat het naar de blaas, waar het opgeslagen wordt. De uiteindelijke uitscheiding is via de urethra. Alle uitscheidingswegen behalve de urethra hebben dezelfde opbouw: een mucosa met overgangsepitheel, een muscularis en een adventitia (of serosa). Het overgangsepitheel (of urotheel) begrenst de wegen vanuit de nier. Het is impermeabel voor zouten of water. Het begint als twee lagig in de calyx minor en eindigt zeslagig in de lege blaas. Als de blaas vol is, zijn slechts drie lagen te onderscheiden. Het oppervlakte-epitheel is vaak kubusvormig. Het plasma membraan bevat plaques met actine. De cellen van de plaques kunnen in zichzelf vouwen, waardoor de plaque op een vesicel lijkt. De gladde spieren van de urinewegen liggen in bundels en zijn zowel longitudinaal (binnenste laag) als circulair (buitenste laag) geordend.

De ureter bestaat naast urotheel uit glad spierweefsel en bindweefsel. Het spierweefsel heeft een binnenste en buitenste longitudinale laag en een middelste circulaire laag. De ureters zijn ingebed in vetweefsel. Contractie van de blaas zorgt ook voor contractie van de distale openingen van de ureters, waardoor infecties minder makkelijk verspreiden. De blaas is de opslagplaats voor urine en is gelegen in het pelvis. De blaas heeft drie openingen, twee van ureters en van de urethra. De driehoek die deze openingen vormen heet de trigone. Deze driehoek heeft een constante dikte en is dus niet afhankelijk van de vullingsgraad van de blaas. Het gladde spierweefsel in de blaas heet de detrusorspier. De opening van de urethra heet de onwillekeurige interne urethrale sfincter. Contractie van de blaas duwt de urine in de urethra. De blaas wordt zowel sympathisch als parasympatisch geïnnerveerd. De parasympatische zenuwen van S2-S4 zorgen voor de mictiereflex. Ook heeft de blaas sensorische zenuwen. De urethra is de fibromuscalaire buis die van de blaas naar de externe urethrale opening leidt. Deze is langer bij mannen dan bij vrouwen (respectievelijk 20 en 5 cm). Bij de man begint de urethra met de prostatische urethra, deze heeft urotheel. Daarna komt de membraneuze urethra, die door de diepe perineale zak van het pelvis gaat, dit is overgangsepitheel. Skeletspierweefsel vormt hier de willekeurige externe urethrale sfincter. De penile urethra overbrugt de lengte van de penis en komt uit in de eikel. Het heeft pseudomeerlagig cilindrisch epitheel met aan het eind meerlagig plaveiselepitheel. Verschillende klieren monden uit in de penile urethra. Bij de vrouw ligt de urethra posterior van de clitoris. Het epitheelverloop is herzelfde als bij de man. Ook bij de vrouw komen verschillende klieren op de urethra uit, waaronder de para-urethrale klieren, die via de para-urethrale kanalen in verbinding staan met de urethra. De externe urethrale sfincter van de vrouw zit op het punt waar de urethra het urogenitale diafragma doorkruist.

Fysiologie van de nieren

Bij capillairen door het hele lichaam zorgen Starling-krachten dat vloeistof deels door de capillaire wanden in het interstitium gefiltreerd kan worden. Bij de glomeruli in de nieren is dit niet anders, behalve dat de vloeistof in het kapsel van Bowman gefiltreerd wordt en vervolgens stroomt naar de proximale tubulus, de lis van Henle, de distale tubulus tot aan de verzamelbuis van een nefron. Gedurende deze route kan er reabsorptie en secretie plaatsvinden.

De functie van de nieren is voornamelijk om zoveel mogelijk belangrijke stoffen te resorberen. Deze reabsorptie gebeurt vooral in de proximale tubulus (NaCl, NaHCO₃, gefilterde voedingsstoffen, divalente ionen en water). Hier wordt ook NH₄⁺ gesecreteerd. In de lis van Henle wordt de urine geconcentreerder. In het afdalende deel vindt er voornamelijk water en natrium reabsorptie plaats door een permeabel membraan voor water. In het stijgende deel wordt NaCl het interstitium ingepompt via een impermeabel membraan voor water. Hierdoor ontstaat een hypertoon interstitium dat bij de ductus colligens (verzamelbuis) juist water kan onttrekken. De distale tubulus en de ductus colligens zorgen voor de laatste excretie van NaCl en water. Op deze plaatsen oefenen de meeste hormonen hun invloed uit. Elk nefron bevat het juxtaglomerulaire apparaat. Hier vindt contact plaats tussen de opstijgende distale tubulus en de glomerulus. Dit wordt ook wel de macula densa genoemd. Op dit punt is sprake van tubuloglomerulaire feedback (zie verderop) en kunnen baroreceptoren bemerken wanneer renine afgegeven dient te worden om de arteriële druk onder controle te houden.

De innervatie van de nieren is alleen sympathisch. De neuronen vertrekken vanuit de plexus coeliacus via dezelfde route als de arteriën naar de nieren. Hier kunnen norepinephrine en dopamine aan de vasculatuur afgegeven worden. Deze catecholamines zorgen voor vasoconstrictie, verhoogde natriumabsorptie in de proximale tubulus en sterk verhoogde reninesecretie. Afferente (oftewel sensorische) vertakkingen geven signalen door van de baro- en chemoreceptoren uit de nier. De chemoreceptoren reageren waarschijnlijk op een hoog extracellulair gehalte K⁺ of H⁺.

De nieren zijn endocrien organen en produceren meerdere hormonen. Naast renine zijn dit:

• 1,25-dihydroxyvitamine D reguleert Ca²⁺ en fosfor, naast de ontwikkeling en versteviging van de botstructuur

• EPO verhoogt de productie van rode bloedcellen

• Prostaglandines en kinine reguleren de circulatie in de nier

• Lokale secretie van angiotensine, bradykinine, cAMP en ATP wordt nog niet begrepen

Renale klaring en transport meten

Om de werking van de nieren te meten, zijn er twee methodes. Allereerst kan met moderne beeldtechnieken macroscopisch gekeken worden naar de flow, filtratie en excretie. Daarnaast kan gekeken worden naar de klaring van de nieren; de bekwaamheid van nieren om water en opgeloste stoffen te verwerken. Bij klaring wordt het verschil gemeten tussen de hoeveelheid stof die wordt gefiltreerd door de glomeruli en de hoeveelheid stof die omgezet wordt in urine. Zo kunnen drie functies tegelijk beoordeeld worden, namelijk de glomerulaire filtratie, de tubulaire reabsorptie en de tubulaire secretie. Nadeel aan deze methode is dat alle nefronen tegelijk worden bekeken plus alle verschillende mechanismen binnen eenzelfde nefron. De informatie is dus minder precies. Klaring is gedefinieerd als de hoeveelheid virtueel volume bloedplasma per tijdseenheid om een hoeveelheid opgeloste stof aan te leveren die zich in de urine bevindt. De snelheid waarmee een hoeveelheid opgeloste stof verdwijnt uit het plasma is over het algemeen gelijk aan de snelheid waarmee de nieren deze hoeveelheid opgeloste stof excreteren in de urine. Dit is alleen zo in gevallen waarbij de opgeloste stof niet door de nier wordt geproduceerd, opgeslagen of verbruikt. Voor deze stoffen geldt dat er maar één aanvoerende route bestaat (de renale arterie) en twee afvoerende routes (de renale vene en de ureter). Hierdoor ontstaat de volgende formule. P_X,a * RPF_a = P_X,v * RPF_v + U_X * V (arteriële input = veneuze output + urinaire output).

Bij klaring wordt aangenomen dat er geen veneuze output is en dat alle binnenstromende deeltjes X worden verwerkt door de nieren. Hierbij verandert P_X,v * RPF_v in waarde 0 en RPF_a wordt C_X genoemd; de klaring van X. De nieuwe formule om C_x te berekenen, ziet er dan als volgt uit: C_x = (U_x * V) / P_x.  Voor de meeste opgeloste stoffen blijft een bepaalde hoeveelheid zich bevinden in het veneuze plasma. De klaring geeft dus een kleinere waarde dan de totale RPF. De klaring beschrijft bij deze stoffen dus hoeveel er theoretisch volledig wordt verwijderd, maar in werkelijkheid is dit een veel grotere hoeveelheid plasma die gedeeltelijk wordt geklaard.

Een andere parameter is de GFR (glomerulaire filtratiesnelheid). Dit is het volume gefilterde vloeistof in het kapsel van Bowman per tijdseenheid. Er wordt verondersteld dat de hoeveelheid van opgeloste stof X in de urine per tijdseenheid gelijk is aan de hoeveelheid die de glomeruli filteren per tijdseenheid. Door GFR vrij te maken, is de volgende formule: GFR = (U_X * V) / P_X. Zoals te zien is, is deze formule gelijk aan de klaringsformule bij dezelfde veronderstellingen. Een ideale stof hiervoor is inuline.

Renale excretie in het algemeen bevat dus nog een aantal andere factoren. Voor stoffen in het algemeen geldt het volgende per tijdseenheid. E_X = F_X – R_X + S_X (Hoeveelheid geëxcreteerd = hoeveelheid gefilterd – hoeveelheid geresorbeerd + hoeveelheid gesecreteerd). Een andere geschikte formule vergelijkt de hoeveelheid stof die geëxcreteerd is ten opzichte van de gefilterde hoeveelheid. Dit wordt de fractionele excretie genoemd. FE_X = C_X / GFR. Zelfs aan deze formules zijn nog consequenties verbonden. Soms hechten stoffen namelijk wel eens aan proteïnes (denk aan calcium-, fosfaat- en magnesiumionen). Het is dan van belang dat deze waarde gemeten wordt in het plasma om de uitkomst te corrigeren.

Glomerulaire filtratie

De samenstelling van het filtraat van renale glomeruli is gelijk aan dat van andere capillairen; het is een ultrafiltraat dat geen bloedelementen meer bevat. De hoeveelheid filtraat is echter vele malen meer. De glomerulaire filtratieratio (GFR) is de plasmaklaring in de glomeruli. De normale GFR van beide nieren samen bij een man is 125 milliliter per minuut, dus 180 liter per dag. Dit betekent dat het gehele extracellulaire volume per dag tien keer de nieren passeert. Hierdoor worden toxische elementen snel uitgescheiden en zo kunnen stoffen die alleen door middel van filtratie kunnen worden uitgescheiden op een continu niveau blijven. Om GFR te meten, zijn alleen stoffen geschikt die in het glomerulair filtraat dezelfde concentratie hebben als in plasma. De stof moet dus filtreerbaar zijn en er moet volledige excretie door de nier optreden. Daarnaast mag de stof niet geresorbeerd, gesecreteerd, gesynthetiseerd, afgebroken of toxisch zijn. De stof moet inert zijn, dus mag geen invloed uitoefenen op de nieren. Inuline is zo’n stof, alleen is deze klinisch niet praktisch. Inuline dient intraveneus toegediend te worden en de labanalyse is lastig.

• Concentratie in plasma * glomulaire filtratieratio = Concentratie in urine * urine flow,

dus de glomulaire filtratieratio bereken je door de omgeschreven formule: GFR = (U_x * V) / P_x

De GFR is gerelateerd aan het lichaamsoppervlakte. De waarde is stabiel vanaf twee tot ongeveer veertig jaar. Hierna neemt de GFR af met de leeftijd door verlies van functionerende nefronen. Een verhoogde renale bloedflow (RBF) zorgt voor een toename in de GFR, dus voor een betere filtratie. Creatinine is een stof die gebruikt kan worden voor een redelijke schatting van GFR, omdat het naast de eigenschappen van inuline ook een endogene stof is, die dus niet toegediend hoeft te worden. Er is wel sprake van tubule-excretie, maar overschatte plasmaniveaus heffen dit verschil op. Een normale endogene plasmaconcentratie van creatinine is bij de man 20-25 mg/kg en bij de vrouw 15-20 mg/kg lichaamsgewicht. Bij afbraak van spier, door bijvoorbeeld het eten van veel vlees of pathologische spierafbraak, is meer creatinine aanwezig. Om deze effecten te compenseren wordt de GFR berekend met behulp van 24-uurs urine in plaats van een momentopname en het plasma wordt afgenomen voor het ontbijt. Welke elementen de glomerulaire filtratiebarrière kunnen passeren is afhankelijk van gewicht, grootte (de radius), vorm en elektrische lading van de stoffen. De barrière bestaat uit een laag endotheelcellen, de glomerulaire basaalmembraan en epitheliale podocyten. Deze barrière is negatief geladen, waardoor positieve kationen gemakkelijker filtreren dan negatieve anionen. Stoffen met een laag moleculair gewicht (<14 kDa), zoals water, glucose, ureum en insuline, kunnen makkelijk door de poriën dringen en hebben dus een gelijke concentratie in het filtraat en plasma. Hoe groter het moleculair gewicht, hoe kleiner de fractie die overblijft in het ultrafiltraat. Bij een nefritis wordt een gedeelte van de negatief geladen stukken afgebroken, waardoor anionen makkelijker kunnen passeren. Albumine is negatief geladen, waardoor in vroege stadia van nierziekten er al sprake is van een albuminurie. Tot slot kunnen ook makkelijk vervormbare moleculen makkelijker de barrière passeren. Glomerulaire ultrafiltratie (GFR) is afhankelijk van het product van het ultrafiltratie coëfficiënt (Kf) en de krachten van Starling. GFR wordt geholpen door de hydrostatische druk in de glomerulaire capillairen en de oncotische druk in het kapsel van Bowman. De oncotische druk in de capillairen en de hydrostatische druk in het kapsel van Bowman werken dit effect echter tegen. De drijvende kracht voor ultrafiltratie is dus het verschil tussen de hydrostatische drukken en de oncotische drukken tussen de capillairen en de Ruimte van Bowman. Wanneer er equilibrium heerst, vindt geen filtratie plaats.

Renale bloedvoorziening

Van de cardiale output van 5 L/min, gaat ongeveer 1 L/min naar de nieren. Relatief is dit zeven keer meer dan de flow naar de hersenen. Renale plasma flow (RPF) = ( 1 – Hematocriet ) x Renale Bloed Flow(RBF). Normaal is de RPF ongeveer 600 ml/min. Wanneer deze flow vergroot, wordt de GFR ook groter. Het equilibrium bij filtratie wordt dan niet meer bereikt of gaat verder richting het efferente eind van de arteriole. Bij een lage RPF wordt er wel snel een equilibrium bereikt. Hoe groter de GFR, hoe hoger de oncotische druk in de glomerulaire capillairen, hoe groter de som van de individuele filtratie events van alle capillairen (SNGFR). De SNGFR bepaal je door de oppervlakte in het diagram te nemen. Het effect is niet lineair: het effect van een afname van RPF op GFR is groter dan een toename.

• De Filtratie Fractie (FF) = GFR/RPF. Normaal is de FF ongeveer 0,2.

Doordat de nieren bij zowel afferente als efferente arteriolen de weerstand kunnen controleren en omdat ze twee in serie geschakelde capillairnetwerken hebben (de glomerulaire en de peritubulaire), kunnen grote drukverschillen plaatsvinden. Hierdoor is de glomerulocapillaire druk vrij hoog en de peritubulaire druk vrij laag. Zowel GPF als GFR worden gecontroleerd door de weerstand van de afferente en efferente arteriolen, waarbij aanpassing van de weerstand zorgt voor een zeer nauwkeurige controle. Een vergrote weerstand in de afferente capillair door constrictie, zal leiden tot een lagere hydrostatische druk en een kleinere GFR. Een vergrote weerstand in de efferente capillair door constrictie, zal juist leiden tot een hogere hydrostatische druk en een grotere GFR. Peritubulaire capillairen voeren voedingsstoffen aan naar epitheelcellen van de tubuli en vangen de geresorbeerde vloeistof op uit de interstitiële vloeistof. Peritubulaire capillairen komen uit de efferente arteriole van de oppervlakkige en juxtamedullaire gomerulus. De peritubulaire capillairen van de oppervlakkige glomerulus liggen in de cortex en die van de juxtamedullaire glomerulus volgen de tubulus tot aan beneden in de medulla, vasa recta genoemd. In de glomerulaire capillairen is er voornamelijk een sterke hydrostatische druk, wat zorgt voor filtratie. In de peritubulaire heerst er een minder sterke hydrostatische druk, wat leidt tot resorptie. Een verandering in de tubulaire dynamica zorgt voor een vermindering van opname van interstitiële vloeistof. Lymfatische capillairen zitten voornamelijk in de cortex. Ze zorgen voor verwijdering van eiwitten uit de interstitiële vloeistof dat lekt vanuit de peritubulaire capillairen. De nieren zorgen voor een lage lymfatische flow van minder dan 1% van de RPF. Ruim 90 procent van de renale bloedflow gaat naar de cortex, doordat de lange vasa recta een grote weerstand hebben. Hierdoor is er weinig lekkage uit de hypertonische interstitiële vloeistof in de medulla, waardoor de urine geconcentreerd kan blijven. Om RPF te meten, kan elk substraat gebruikt worden dat in de urine is te meten. Echter zou je dan ook bloed moeten kunnen afnemen uit de nierader. De renale plasma flow wordt in de praktijk gemeten met behulp van de klaring van para-aminohippuraat (PAR), omdat het bijna in zijn geheel naar de urine gaat en niet naar de vene zolang er niet teveel van dit PAH wordt toegediend. Dit toedienen gebeurt intraveneus.

Regulatie van flow en filtratie

Net als in het hart en de hersenen vindt er in de nieren autoregulatie plaats, het behouden van dezelfde RBF en GFR bij verschillen in drukken, zoals bij een hypotensieve shock. Dit is onafhankelijk van zenuwen of hormonen. Autoregulatie stabiliseert de filtratiebelasting van de opgeloste deeltjes naar de tubulus en beschermt de kwetsbare glomerulaire capillairen tegen schade. Er bestaan hiervoor twee mechanismen:

• Myogenische respons: De gladde spiercellen in de afferente en efferente arterioolwanden reageren automatisch door aan te spannen wanneer ze opgerekt worden en er een instroom van Ca²⁺ ionen optreedt. De autorespons vindt plaats in de afferente arteriolen door het vergroten van de vaatweerstand, wanneer de perfusiedruk toeneemt.

• Tubuloglomerulaire feedback: De macula densa in de opstijgende distale tubulus merken een toename van de GFR en zorgen voor verhoogde vaatweerstand van de afferente arteriolen. Hierdoor neemt de GFR af. Deze feedback wordt verminderd in geval van volume-expansie, omdat de toename van extracellulair volume zorgt voor een verminderde sensitiviteit van het feedbacksysteem. Ook kan een eiwitrijk dieet de feedback verminderen. Wanneer sprake is van nierziekten kan dit zorgen voor permanente schade aan de glomerulus.

Factoren die RBF en GFR beïnvloeden, hebben effect op het Effectief Circulerend Volume:

• RAAS systeem: Bij een volumecontractie wordt er renine aangemaakt die angiotensine aanmaak stimuleert. Angiotensine-II werkt direct op de nieren en vermindert de renale flow en GFR. Angiotensine stimuleert weer de aanmaak van aldosteron en zorgt voor meer Na⁺ en water reabsorptie.

• Sympathisch deel van het autonome zenuwstelsel: Als reactie op pijn, bloeding, beweging of stress wordt norepinephrine geproduceerd waardoor zowel efferente als afferente vaatweerstand stijgen en GFR en RBF drastisch kunnen reduceren. Ook wordt door het sympathisch systeem renine vrijgelaten en wordt meer natrium geresorbeerd in de tubuli.

• Vasopressine (AVP) = Antidiuretisch hormoon (ADH): Wordt vrijgelaten bij verhoogde extracellulaire oncotische druk. ADH zorgt voor meer aquaporines, waardoor er meer water reabsorptie plaatsvindt en ADH zorgt ook voor een verhoogde vasculaire weerstand. Door verminderde flow naar de medulla wordt gezorgd dat de urine nog wel goed geconcentreerd kan worden.

• Atrial Natriuretisch Peptide (ANP): zorgt door een verhoogde atriale druk voor vasodilatatie van efferente en afferente arteriolen waardoor flow wordt vermeerderd en het feedback mechanisme wordt verminderd. RPF en GFR worden groter. Ook is er een indirecte werking door vermindering van renine- en ADH-afgifte.

Veel andere vasoactieve stoffen kunnen ook RBF en GFR beïnvloeden, zoals epinephrine (dosisafhankelijk), dopamine (vasodilatatie), endothelinen (vasoconstrictie dus afname), prostaglandinen (buffer tegen extreme vasoconstrictie), leukotrinen (sterke vasoconstrictie) en NO (vasodilatatie).

Transport van natrium en chloor

De natrium en chloride reabsorptie is het grootst in de proximale tubulus (67%), dan de lis van Henle (25%), de klassieke distale tubulus en de verzameltubuli en -ducti. Resorptie in de proximale tubulus is een iso-osmotisch proces: de natrium concentratie is gelijk in het plasma en in de tubulaire vloeistof die geresorbeerd wordt. In de lis van Henle wordt vooral natrium geresorbeerd, met minder water. De tubulus resorbeert natrium en chloride via twee wegen:

1. transcellulair (de cel in en dan aan de andere kant er uit): eerst vindt passief transport plaats door het apicale membraan, veroorzaakt door de elektrochemische gradiënt. Daarna wordt het actief uitgescheiden door het basolaterale membraan door middel van de Na/K-pomp.

2. paracellulair (via tight junctions tussen de cellen door): de elektrochemische gradiënt zorgt voor passieve resorptie. In het S2- en S3-segment van de proximale tubulus en in de distale tubulus rectus is de nettokracht positief, in alle andere segmenten is de nettokracht negatief.

Natrium

In de eerste helft van de proximale tubulus heeft het apicale membraan verschillende cotransporters die natrium met glucose, aminozuren, fosfaten, sulfaat, lactaat en andere stoffen uitwisselt. De meeste zijn elektrogeen: de positieve lading wordt de cel in getransporteerd. Ook zijn er elektroneutrale Na/H-uitwisselaars (NHE3). Zowel cotransporters en uitwisselaars gebruiken de natriumgradiënt die gecreëerd wordt door de Na/K-pompen in de basolaterale membranen. De Na/K-pomp zorgt ook voor het natriumtransport van lumen naar bloed. Kaliumkanalen zorgen dat kalium continu gerecycled wordt, waardoor ook de negatieve lading blijft bestaan. Een derde van het gereabsorbeerde natrium lekt weer terug in hett lumen via de paracellulaire route. Het natriumtransport in de dunne afdalende en dunne stijgende stukken van de lis van Henle is bijna helemaal passief en paracellulair. In de distale tubulus rectus (Thick Ascending Limb, TAL) is een transcellulaire route, die gebruik maakt van een elektroneutrale Na/K/Cl- cotransporter (1:1:2) op de apicale membraan die gedreven wordt door de concentratiegradiënten van Na en Cl. Lisdiuretica verhinderen de Na/K/Cl- cotransporter. De route maakt ook gebruik van een Na/H-uitwisselaar. In de distale tubulus rectus is er ook een paracellulaire route, waarbij een stof van de positievere basolaterale membraan naar de negatievere apicale membraan verplaatst. Deze maakt dus gebruikt van de positieve lading van het lumale transepitheel. Dit zorgt ook voor passieve resorptie van K, Ca en Mg. De vloeistof die overblijft is hypo-osmotisch. De natriumresorptie in de distale tubulus contortus is bijna geheel transcellulair, apicaal door de Na/Cl-cotransporter, basolateraal door de Na/K-pomp. De Na/Cl-cotransporter wordt verhinderd door thiazidediuretica. De natriumresorptie in de initiële en corticale verzamelbuizen is transcellulair. Slechts 3% van het natrium wordt in de medullaire verzamelbuis geresorbeerd, apicaal door de ENaC’s en basolateraal door de Na/K-pomp. ENaC’s kunnen worden onderdrukt door amiloride diuretica.

Chloor

Ook chloride wordt zowel transcellulair als paracellulair geresorbeerd. Aan het begin van de proximale tubulus is het vooral paracellulair, maar later vooral transcellulair. Apicaal wordt chloride uitgewisseld tegen andere anionen, basolateraal gaat het via chloridekanalen en een K/Cl-cotransporter. In de distale tubulus rectus gaat de chlorideresorptie apicaal voornamelijk via Na/K/Cl-cotransporters en basolateraal via chloridekanalen. Slechts 50% van de natriumresorptie is in de distale tubulus rectus transcellulair, in tegenstelling chlorideresorptie, dat 100% transcellulair gaat. De hoeveelheid is uiteindelijk wel hetzelfde, doordat 2 chloride-ionen worden verplaatst met 1 natrium-ion. In de distale tubulus contortus gaat de chlorideresorptie apicaal vooral via een Na/Cl-cotransporter en basolateraal via chloridekanalen. In de verzamelbuizen zijn er twee mechanismen: paracellulair door een ladingverschil en transcellulair met behulp van een Cl/HCO₃-uitwisselaar apicaal en chloridekanalen basolateraal.

Waterresorptie is altijd passief en ondergeschikt aan iontransport. Door waterresorptie in de proximale tubulus wordt het lumen licht hypo-osmotisch. De concentratie van natrium in de geresorbeerde vloeistof is ongeveer gelijk aan dat van het lumen, waardoor het transport iso-osmotisch wordt. In de lis van Henle en het distale nefron is er een relatief lage waterpermeabiliteit wanneer er geen antidiuretisch hormoon aanwezig is. Ondanks dat de nier maar ongeveer 0,5% van het totale lichaamsgewicht is, verbruikt het ongeveer 7-10% van de totale hoeveelheid zuurstof. Dit is een teken van veel actief natriumtransport, omdat dat grotendeels gebeurt door de ATP-afhankelijke Na/K-pomp. Daarnaast gebruikt de nier nog een basishoeveelheid zuurstof voor de basale metabole behoefte.

• Verandering in hemodynamica van de nieren zorgt voor een verandering van de hoeveelheid natrium die de nieren aangeboden krijgen. Ook past het de snelheid van de NaCl-resorptie in de proximale tubulus aan, door middel van de glomerulotubulaire (GT) balans. Als het GFR aangepast wordt door hemodynamische veranderingen, gaan de proximale tubuli een constante fractie van het aangeboden natrium resorberen. Dit is de GT balans. Het is onafhankelijk van externe neuronale en humorale invloeden. Als er een hoger Na⁺ aanbod is, zal de GFR stijgen, waardoor de filtratiefractie stijgt (FF = GFR/RPF) en wordt er meer geresorbeerd. De GFR stijgt wanneer er vasoconstrictie optreedt van de efferente arteriole, waardoor de oncotische druk in de peritubulaire capillair stijgt en de hydrostatische druk daalt. Er zal meer worden geresorbeerd. Bij beweging (inclusief zweten en diarree) zal er meer Na⁺ via een andere weg worden uitgescheiden, dus zal het Na⁺ aanbod aan de nier minder zijn en daarmee de GFR dalen. Wanneer er meer Na⁺ wordt geresorbeerd, zullen andere opgeloste stoffen als glucose, aminozuren en HCO₃^- ook meer worden geresorbeerd.

• Drie factoren die het effectief circulerend volume (ECV) aanpassen doen dit deels door de natriumresorptie te beïnvloeden

  1. :Activatie van het Renine-angiotensine-aldosteron-systeem (RAAS) zorgt voor een toename in natriumresorptie en aldosteron reguleert in een normale toestand 2-3% van de totale Na⁺ reabsorptie. Het RAAS systeem activeert ENaC’s, de apicale kaliumkanalen, de basolaterale Na/K-pompen en het mitochondriale metabolisme in de verzamelbuizen en Na/H-exchangers in de proximale tubulus en distale tubulus rectus. Aldosteron bindt aan een mirenalocorticoïdreceptor, die na binding transcriptie stimuleert waarbij meer natrium kanalen worden aangemaakt.

  2. Het sympathische zenuwstelsel zorgt voor uitscheiding van norepinephrine. Dit zorgt voor minder renale bloedtoevoer en dus minder natriumexcretie. Ook zorgt het voor afgifte van renine waardoor het RAAS weer geactiveerd wordt. Bij weinig sympathische stimulatie worden de α-adrenerge receptors in de proximale tubulus gestimuleerd, waardoor apicale Na/H-exchangers en basolaterale Na/K-pompen worden geactiveerd.

  3. Antidiuretisch hormoon (ADH) zorgt dat water wordt vastgehouden en urine met een hoge osmolaliteit wordt geproduceerd door de permeabiliteit van de verzamelbuizen voor water te vergroten. Ook zorgt het voor meer natriumresorptie door apicaal meer natriumkanalen te openen in de verzamelbuis.

• Er zijn vier verschillende natriuretische humorale factoren die de natriumresorptie verminderen:

  1. Atriaal natriuretisch peptide (ANP) zorgt voor een toename in natriumexcretie door de GFR te verhogen en minder renine en ADH uit te scheiden.

  2. Endogene ATPase inhibitor: Na/K-pompen worden geremd waardoor meer natrium wordt uitgescheiden.

  3. Prostaglandinen en bradykinine: remmen de natriumresorptie door fosforylering van de K⁺ en Na⁺-kanalen.

  4. Dopamine: inhibeert de apicale Na/H-uitwisselaar en basolaterale Na/K-pomp in de proximale tubulus en distale tubulus rectus.

Urine

De grootste hoeveelheid water komt het lichaam in via drinken, voedsel en door het aerobe metabolisme van mitochondriën. Het grootste verlies is via de nieren, daarnaast verlies je ook water in feces, zweten en uitademen. De nieren scheiden altijd ongeveer 600 mOsmol uit per dag, het volume kan echter variëren van 0.5 tot 20 liter per dag. Meestal is dit verspreid over een urineoutput van 1500 ml en dus 400 mOsmol/liter. De waterbalans wordt positief genoemd als de nier urine produceert die minder geconcentreerd is dan plasma, en negatief als hij geconcentreerder is. De nier past het aan door water toe te voegen of te resorberen. Wanneer het geen aanpassing doet aan het vrije watergehalte, is de urine iso-osmotisch met plasma. Osmolaire klaring is de hypothetische hoeveelheid bloed die de nieren kunnen klaren in een bepaalde tijd. Als de osmolaliteit van urine en plasma gelijk zijn, dan is de osmolaire klaring gelijk aan urineflow. Er is dan dus geen vrije-water klaring. Als de urine meer verdund is dan plasma, dan is het verschil de positieve vrije water-klaring. Als de urine geconcentreerder is dan plasma, dan is het verschil de negatieve vrije water-klaring. De vrije waterklaring is maximaal +18 liter/dag en minimaal –1.5 liter/dag. Hieruit kan geconcludeerd worden dat het menselijk lichaam beter tegen te veel dan tegen te weinig water kan. Om geconcentreerde urine te produceren, gebruikt de nier osmose om water van het lumen van de tubuli naar het hypertone interstitium van de medulla te verplaatsen door het waterdoorlaatbare epitheel. Er zijn geen waterpompen aanwezig. De proximale tubulus resorbeert altijd twee derde van de vloeistof, onafhankelijk van wat de uiteindelijke osmolaliteit wordt. De vloeistof is nu dus iso-osmotisch. De lis van Henle resorbeert zouten, waardoor de vloeistof die de distale tubulus ingaat hypo-osmotisch is. Bepalend voor de uiteindelijke osmolaliteit is of de distale segmenten water resorberen. Dit wordt gereguleerd door arginine vasopressine (AVP), ook wel bekend als antidiuretisch hormoon (ADH). De lis van Henle is de belangrijkste factor voor verdunning en concentrering van urine, vooral door het verplaatsen van NaCl naar de medulla. Door de redelijke impermeabiliteit voor water, is de vloeistof altijd hypo-osmotisch. De NaCl-gradiënt wordt nooit meer dan ongeveer 200 mOsmol. Door de heen-en-weer structuur in de vorm van een haarspeld van de lis van Henle kan dit effect vele malen vergroot worden. In de verzamelbuizen ontstaat een equilibrium tussen de osmolaliteit van de urine en dat van het hyperosmotische interstitium, wat er voor zorgt dat het urine geconcentreerd wordt. Het dunne opstijgende gedeelte van de lis van Henle heeft vooral passieve NaCl-resorptie, het dikke gedeelte (de TAL) heeft vooral actieve resorptie. De TAL gebruikt paracellulaire en transcellulaire routes. De transcellulaire route gebruikt apicaal een Na/K/Cl-transporter en basolateraal Na/K-pompen en chloridekanalen. De paracellulaire route wordt gedreven door een spanningsverschil over de tight junctions. In het dunne gedeelte van de Lis is passieve verplaatsing van NaCl door de hoge interstitiële concentratie van NaCl en ureum. Ureum ontstaat als afbraakproduct van eiwitten. Bij een energierijk dieet is de concentratiemogelijkheid van de nier dan ook groter. De nier scheidt 15-60% van het ureum uit die het filtreert, maar het is uiteindelijk tot tien maal geconcentreerder dan in het plasma. De binnenste medullaire verzamelbuis resorbeert ureum, waardoor het een hoge concentratie ureum creëert in het interstitium van de binnenste medulla. Het wordt gerecycled doordat het vanuit het interstitium wordt uitgescheiden in de dunne opstijgende lis en dan weer terug komt in de binnenste medullaire verzamelbuis. Door deze gesloten cirkel kan de hoge ureumconcentratie ontstaan. Uiteindelijke verwijdering van het ureum gaat via de vasa recta. Bij een laag AVP-niveau is de verzamelbuis minder permeabel voor ureum en water, waardoor de concentratie in het interstitium lager is en meer wordt uitgescheiden in de urine. Om te voorkomen dat bloedflow de hypertonie van de medulla wegspoelt heeft het een uitwisselingsmechanisme met zichzelf tussen een opstijgende en een afdalende lus in de vorm van een haarspeld. Ook heeft het een relatief lage bloedflow. Alleen het overschot aan ureum wordt afgevoerd in de urine. Bij toegenomen osmolaliteit of afgenomen effectief circulerend volume komt AVP vrij. AVP wordt gesynthetiseerd in nuclei in de hypothalamus. De neuronen transporteren het naar de posterior hypofyse, waar het door de bloedhersenbarrière gaat naar de systemische circulatie. AVP zorgt bij hoge concentraties voor vasoconstrictie van glad spierweefsel, bijvoorbeeld bij hypovolemische shock. Het is de belangrijkste regulator in de nieren van waterexcretie door de permeabiliteit van water in de verzamelbuizen te vergoten, ureumtransport te bevorderen en NaCl-resorptie in de TAL te verhogen. AVP werkt via cAMP om de blaasjes met aquaporinekanalen er in te laten fuseren met het apicale membraan van de cellen in de verzamelbuizen, waardoor permeabiliteit verhoogd en watertransport mogelijk wordt. Stoffen die effect hebben op de hoeveelheid cAMP kunnen dus ook zorgen voor verhoogde of verlaagde concentratie van urine door de permeabiliteit aan te passen. Daarnaast stimuleert AVP de ureumtransporter UT1 in de binnenste medullaire verzamelbuizen, waardoor ureumresorptie verhoogd wordt. Ook cAMP heeft hierop effect.

• diabetes insipidus

Er zijn twee soorten diabetes insipidus: centraal en nefrogeen. De centrale variant komt door falen van AVP-secretie. Het kan allerlei oorzaken hebben, en in de hypothalamus dan wel hypofyse de secretie belemmeren. De nefrogene variant ontstaat doordat de nieren inadequaat reageren op normale concentraties AVP. Patiënten presenteren zich met polyurie en polydipsie. Onbehandeld kan het lijden tot hypernatriëmie, hypotensie en shock.

• SIADH

Het Syndroom van Onvoldoende Hormoonsecretie (SIADH) is het tegenovergestelde van Diabetes Insipidus. Er wordt veel te veel AVP uitgescheiden waardoor nieren de urine extreem concentreren en het lichaam water vasthoudt. Dit lijdt tot hyponatriëmie, wat weer zorgt voor hoofdpijn, misselijkheid en gedragsveranderingen. Coma kan het gevolg zijn. Het kan veroorzaakt worden door onder andere maligniteiten, neurologische problemen, niet-maligne longaandoeningen en verschillende medicijnen.

Zout-waterbalans

Het extracellulair volume (ECV) moet goed gereguleerd worden om de bloeddruk op peil te houden. Dit wordt gedaan door middel van het reguleren van NaCl. De natriumbalans wordt aangepast aan de hand van sensoren van het bloedvolume. Snelle aanpassing gebeurt door hart en bloedvaten, de langdurige aanpassing gebeurt door uitscheiding van natrium in de nieren. Een hyper- of hypotone extracellulaire osmolaliteit zorgt dat de cel verandert van grootte, wat de functie belemmert. De extracellulaire osmolaliteit wordt gereguleerd door het aanpassen van de waterbalans. Afwijkingen worden gedetecteerd door de hypothalamus, en aangepast door afgifte van vasopressine (AVP), ook wel bekend als antidiuretisch hormoon (ADH), en door het creëren of verminderen van dorst. Natrium is het meest voorkomende ion in het lichaam, 65% ervan bevindt zich extracellulair. De plasmaconcentratie is 135-145 mM. Chloride heeft een plasmanormaalwaarde van 100-108 mM. Hiervan bevindt zich 85% extracellulair. Het beweegt in principe mee met natrium. Normaliter is de natriumintake via voeding gelijk aan de natriumoutput via de nieren. Dit wordt anders bij grote hoeveelheden extrarenale natriumuitscheiding, zoals bij veel zweten of diarree. De nieren reageren op de totale hoeveelheid natrium, en dus het volume, en niet op de natriumconcentratie. Bij een acuut verhoogde inname van natrium, verhoogt de plasma-osmolaliteit, waardoor je dorst krijgt en AVP wordt uitgescheiden. De nieren houden meer water vast waardoor de natriumconcentratie hetzelfde blijft. Het verhoogde volume en niet de concentratie zorgt voor verhoogde natriumuitscheiding.

Baroreceptoren herkennen een verlaagd ECV en gebruiken vier paden om renale natriumexcretie te verminderen.

1. Een verlaagd ECV activeert het renine-angiotensine-aldosteron systeem (RAAS). Renine wordt afgegeven door het juxtaglomerulaire apparaat wanneer er een verlaagde systemische bloeddruk is, een verlaagde NaCl-concentratie wordt waargenomen in de macula densa of er een verlaagde renale perfusie is. Verder hebben ook prostaglandines, Calcium en endotheline invloed. Renine katalyseert de omzetting van angiotensinogeen naar angiotensine-1. Angiotensine-converting enzym (ACE) zet dit om in het actieve angiotensine-2. Ang2 stimuleert aldosteronafgifte van de glomerulosacellen in de bijnierschors, vasoconstrictie, meer tubuloglomerulaire feedback, meer Na/H-uitwisseling, hypertrofie van de nieren en meer dorst en AVP-afgifte.

2. Afferente neuronen zorgen via de hersenstam voor activatie van het sympathische zenuwstelsel waardoor renale natriumexcretie vermindert. De renale vasculaire weerstand vergroot, er is meer renine afgifte en tubulaire resorptie van natrium. Natrium wordt dus vastgehouden en GFR vermindert, waardoor het ECV vergroot.

3. Posteriore hypofyse zorgt voor meer AVP-afgifte waardoor water wordt vastgehouden. AVP wordt voornamelijk afgegeven als reactie op verhoogde osmolaliteit, maar ook als reactie op verminderde ECV. Het zorgt dat de permeabiliteit van de distale nefronen wordt vergoot, waardoor meer water wordt vastgehouden.

4. Meer Atrial Natriuretisch Peptide (ANP) wordt afgegeven, waardoor natriumexcretie vermindert. Activatie van de andere systemen zorgt allemaal voor natriumretentie. ANP zorgt juist voor natriumexcretie. Het effect is vooral hemodynamisch: het zorgt voor renale vasodilatatie en meer bloedflow naar de nieren. Meer flow in het distale nefron zorgt voor meer natriumexcretie.

Naast het effect van de neuronale en humorale paden als reactie op een verhoogd ECV, heeft een verhoogde arteriële druk ook direct effect op de natriumexcretie door puur hemodynamische effecten. De helft van ons lichaamsgewicht wordt gevormd door water. Veranderingen van het totale watervolume zorgen voor een verandering van osmolaliteit, waarvoor het centraal zenuwstelsel erg gevoelig is. Het watergehalte wordt gereguleerd door de nieren en AVP, en dorstmechanismen. Een verhoogde plasmaosmolaliteit zorgt dat osmoreceptoren in de hypothalamus AVP afgeven uit de posterior hypofyse, waardoor minder water wordt uitgescheiden. De afbraak van AVP wordt gedaan door lever en nieren, ziekten hiervan kunnen dus zorgen voor waterretentie.

Naast een toename van plasmaosmolaliteit kunnen ook andere stimuli zorgen voor AVP afgifte, bijvoorbeeld:

• Een vermindering van ECV. Dit zorgt pas bij een grote afname voor AVP-afgifte, zoals bij hypovolemische shock en bloeding. Door AVP wordt veel water vastgehouden, met hyponatriëmie tot gevolg.

• Een verminderde arteriële druk

• Volume-expansie. Chronische volume-expansie zorgt voor verminderde AVP-secretie, doordat het water dan niet meer vastgehouden wordt zoals bij de normale balans, kan hypernatriëmie ontstaan.

• Zwangerschap. De drempel voor afgifte van AVP en dorstprikkel is verlaagd, waardoor de osmolaliteit verlaagt.

Normaal worden osmolaliteit en volume los van elkaar geregeld. Wanneer ernstige afwijkingen in water- of zoutbalans plaatsvinden, kiest het lichaam voor behoud van volume over behoud van osmolaliteit. Alleen bij ernstig waterverlies wordt eerst de hyperosmolaliteit gecorrigeerd, door waterintake en waterretentie te stimuleren en natrium uit te scheiden.

Kaliumtransport

De verdeling van K⁺ verschilt van die van Na⁺. K⁺ ligt vooral intracellulair en Na⁺ voornamelijk extracellulair. Slechts 98% van het K⁺ ligt binnen de cel. De gemiddelde plasmaconcentratie (extracellulair) van K⁺ is 3,5 tot 5,0 mmol/L. Een hoge [K⁺] in de cellen en in de mitochondria reguleert het celvolume, de intracellulaire pH-waarde, het functioneren van enzymen, synthese van eiwitten en DNA en celgroei. De lage [K⁺] buiten de cel is belangrijk voor het genereren van potentiaalverschillen. Daarom kan een verandering in de extracellulaire [K⁺] ook grote effecten hebben op het lichaam, vooral op het cardiale ritme. Een lage plasma [K⁺] leidt tot spierzwakte, respiratoir falen, arrhythmias en vasoconstrictie. Chronisch K⁺-tekort gooit het metabolisme ernstig in de war, zo krijgen de nieren de urine niet meer voldoende geconcentreerd, stijgt de pH-graad (alkalose) van het lichaam en scheiden de nieren ammonium uit. De kaliumbalans wordt beïnvloed door de inname, de uitscheiding en de verdeling over de intra- en extracellulaire vloeistof. Deze drie zijn op te delen in de externe balans (inname en uitscheiding) en de interne balans (intracellulaire vloeistof versus extracellulaire vloeistof).

De externe balans is een samenspel tussen de inname en de excretie van K⁺. De inname van K⁺ is normaal gesproken gelijk aan die van Na⁺, 80-120 mmol/dag. Dat is meer dan de totale hoeveelheid K⁺ in het extracellulaire compartiment, deze is namelijk 70 mmol. De excretie is dus belangrijk om de [K⁺] constant te houden bij inname. Gezien het feit dat de inname van K⁺ variabel is, moet het excretiesysteem ook flexibel zijn. Excretie gebeurt voornamelijk via de nieren (90% tot 95%) en voor een klein deel door het colon. De excretie in het colon wordt gereguleerd door stimuli, maar is niet in staat zelfstandig de K⁺-balans te handhaven. De nieren kunnen dat in principe wel. De interne kaliumbalans gaat over de verdeling van intracellulair en extracellulair [K⁺] en de [K+] verdeling over het lichaam. Kalium wordt verdeeld over de spieren, lever, botten, rode bloedcellen en nieren. Zo ligt verreweg het grootste gedeelte van K⁺ in de spieren en andere lichaamscellen, waardoor de balans erg gevoelig is. Een kleine verandering in de intracellulaire [K⁺] kan zo grote gevolgen hebben voor de neuromusculaire functie. Om te voorkomen dat er vanuit inname teveel K⁺ in het extracellulaire compartiment terecht komt, wordt veel K⁺ (ongeveer 80%) vanuit opname tijdelijk ondergebracht in de cellen. Wanneer er te veel K+ verplaatst van intracellulair naar extracellulair, noem je het een hyperkaliëmie. De dunne darmen en de colon absorberen een klein deel van de K⁺. Met een kleine vertraging beginnen de nieren het overschot uit te scheiden. Op die manier heeft het lichaam na een uur het exces aan K⁺ al weer opgeruimd. De tijdelijke opname in cellen wordt onder andere beïnvloed door aldosteron, door diens werking op de Na⁺/K⁺-pomp. Hormonen als insuline, epinefrine en aldosteron stimuleren de K⁺ opname van extracellulair naar intracellulair om hyperkaliëmie te voorkomen. Zuur/base-verstoringen hebben ook invloed op K⁺. Intracellulaire acidose zorgt ervoor de de Na/K-pomp en Na/K/Cl-cotransporter bijdragen aan het verplaatsen van K⁺ binnen de cel. Over het algemeen genomen is er bij acidose verlies van K⁺. Dit kan men onthouden door zich voor te stellen dat er uitwisseling plaatsvindt van overtallig H⁺ tegenover K⁺, waarvan de laatste dan verloren gaat. Alkalose werkt de andere kant uit en geeft verhoogde K⁺-opname. Tot slot kan een sterke verandering in het extracellulair volume ook de [K⁺] verstoren. De glomeruli van de nieren filteren gemiddeld zo’n 800 mmol per dag, wat veel meer is dan de 80-120 mmol die per dag ingenomen wordt. De balans wordt gehouden door een systeem waarin K⁺ gefiltreerd wordt, om vervolgens door middel van resorptie en secretie in de juiste hoeveelheid uitgescheiden te worden. De manier waarop deze drie processen op elkaar afgestemd zijn, is afhankelijk van de K⁺-inname. Nadat de nier het K⁺ gefilterd heeft, wordt het in de proximale tubulus (80%) en in de lis van Henle (10%) voor een groot gedeelte weer geresorbeerd. De afstemming tussen alle onderdelen van het nefron bepaalt uiteindelijk de totale uitscheiding. Als er weinig K⁺-intake is, zal het nefron zoveel mogelijk resorberen. De capaciteit om K⁺ te resorberen is, in vergelijking met Na⁺, niet groot genoeg om K⁺-verlies volledig te voorkomen. Bij een chronisch lage K⁺-intake is er dus risico op hypokaliaemie. Bij een hoge intake moet de nier juist K⁺ uitscheiden, wat gebeurt door middel van secretie in de verzamelbuis. Deze secretie vindt voornamelijk plaats in het proximale gedeelte van de verzamelbuis. Dit is mogelijk doordat er in het medullaire (distale!) gedeelte van het nefron van de nier K⁺ opgeslagen wordt. Dit proces is een vorm van recycling en bestaat uit drie stappen, eerst wordt er in dalende tak van de lis van Henle (dat door het K⁺-rijke merg loopt) passief K⁺ uitgescheiden, datzelfde K⁺ wordt in de opstijgende tak van de lis weer geresorbeerd naar het merg, om tot slot nog K⁺ te resorberen in de verzamelbuis. Hierdoor is er een grote buffer aan K⁺ in het merg rondom het distale gedeelte van de verzamelbuis. Vanuit die buffer is de K⁺-uitscheiding het meest efficiënt te reguleren. Bij een hoge K⁺-intake wordt er namelijk desondanks veel K⁺ geresorbeerd in het proximale nefron, maar kan er door de grote buffer K⁺ rond de verzamelbuis toch netto voldoende K⁺ uitgescheiden worden.

In de proximale tubulus vindt een groot gedeelte van de resorptie plaats. Dit gebeurt op basis van watertransport en positieve lading. Water wordt geresorbeerd en neemt K⁺ mee. Naarmate je meer distaal in de tubulus komt, wordt de lading positiever en wordt er logischerwijs meer K⁺ uit het lumen gedreven. Beide processen drijven K⁺ het lumen uit via het paracellulaire pad, de weg van de minste weerstand. Het K⁺-transport over de apicale (tussen de tubuluscel en het lumen) en basolaterale (tussen de tubuluscel en het interstitium) membranen verschilt nogal. Het basolaterale membraan heeft een Na⁺/K⁺-pomp (K⁺ de tubuluscel in), een K⁺-kanaal (K⁺ de cel uit) en een K⁺/Cl^--transporter (K⁺ de cel uit). Dit is een dynamisch systeem (gedeeltelijk onder invloed van ATP), dat zichzelf in balans houdt. Op het apicale membraan zitten K⁺-kanalen, maar die hebben meestal weinig functie. Zelfs als deze kanalen vaker open zouden zijn zou er weinig K⁺ de cel uit gaan naar het lumen, vanwege de elektrochemische K⁺-gradiënt. Langs het opstijgende gedeelte van de lis van Henle wordt K⁺ ook voornamelijk geresorbeerd. De paracellulaire resorptie is gebaseerd op de K⁺-gradiënt en de lading. Het opstijgende deel gaat naar de cortex, waar de [K⁺] laag is en in het lumen is deze hoger. Bovendien is de lading aan het apicale membraan positiever dan die op het basolaterale membraan. Hierdoor wordt K⁺ uit het lumen geresorbeerd. Er is tevens sprake van actieve resorptie middels de apicale en het basolaterale membraan. Op het apicale membraan worden Na⁺, Cl^- en K⁺ gezamenlijk getransporteerd. Dit is een proces dat onder andere geannuleerd kan worden door het wegnemen van een van de drie ionen, of door het toedienen van een lisdiureticum (bijvoorbeeld furosemide). Op het basolaterale membraan wordt K⁺ voornamelijk middels een actieve Na/K-pomp op het basolaterale membraan naar het interstitium gepompt. Het proximale gedeelte van de verzamelbuis heeft cellen die resorberen en cellen die secreteren. De geïntercaleerde cellen resorberen door een actieve H⁺/K⁺ pomp op het apicale membraan en lekken hun K⁺ in het interstitium via een passief K⁺-kanaal op het basolaterale membraan. De H⁺-secretie vindt ook plaats in deze cellen. De principle cellen secreteren het K⁺, voornamelijk in het begingedeelte en het corticale gedeelte van de verzamelbuis. Met een Na⁺/K⁺-pomp wordt via het basolaterale membraan K⁺ de cel ingepompt. Het apicale membraan is erg permeabel voor K⁺, de elektrochemische gradiënt is gunstig voor secretie van K⁺, en er is een K⁺/Cl^--cotransporter die beide ionen in het lumen secreteert. Naarmate men in het medullaire gedeelte van de verzamelbuis komt, neemt het vermogen tot secretie af. Er kan passief worden geresorbeerd via de paracellulaire weg en daarnaast kan er via H⁺/K⁺-pompen (gelijkend op die van de geïntercaleerde cellen) actief K⁺ opgenomen worden. Een verhoogde flow in het lumen geeft een verhoogde secretie van K⁺. De flow neemt het gesecreteerde K⁺ voortdurend mee, waardoor de apicale membranen K⁺ kunnen blijven uitscheiden. Dit werkt vergelijkbaar voor Na⁺. Een negatief potentieel in het lumen verhoogt logischerwijs ook de K⁺-secretie, vanwege de elektrochemische gradiënt over het apicale membraan van de proximale verzamelbuis. Maar let op, ondanks de lading leidt een hoge [Na⁺] in het lumen via hyperpolarisatie van het apicale membraan juist tot vergrote K⁺-secretie. Het kaliumsparende diureticum amiloride werkt vergelijkbaar. Een lage [Cl^-] in het lumen geeft, ondanks de lading, een verhoogde K⁺-secretie. Dit komt door de K⁺/Cl^--cotransporter. Een verhoogd aldosteron geeft een verhoogde K⁺-secretie. De werking van aldosteron, het natuurlijke mineralocorticosteroïd van het lichaam, is drieledig en werkt op de proximale verzamelbuis. In enkele uren wordt het basolaterale membraan zo veranderd dat er meer K⁺ in de tubuluscel komt. Tevens wordt het apicale membraan gedepolariseerd, waardoor K⁺ elektrochemisch gezien makkelijker naar het lumen gaat en tot slot verhoogt aldosteron de permeabiliteit van het apicale membraan voor K⁺. In principe zorgt aldosteron voor het vasthouden van Na⁺ en het uitscheiden van K⁺, maar bij een dreigend tekort aan Na⁺ kan dit mechanisme omzeild worden. Deze escape geldt niet voor K⁺, dus een teveel aan aldosteron kan een K⁺-tekort induceren.

Glucocorticosteroïden verhogen ook K⁺-secretie, door een hogere GFR en een verhoging van de flow in het lumen. Een hoge K⁺-intake verhoogt de K⁺-secretie door een hoge plasma-[K⁺]. Hierdoor stijgt onder andere de activiteit van de basolaterale membranen van de principle cellen, is er een verhoogde aanmaak van aldosteron en een verhoogde flow en [Na⁺] in het lumen. Een lage K⁺-intake verlaagt de K⁺-secretie vanwege een lagere activiteit van de principle cellen en een lagere aldosteronproductie. In de medullaire verzamelbuis is een verhoogde resorptie en in de geïntercaleerde cellen van het proximale gedeelte is er een verhoging in de activiteit van de apicale membranen. Alkalose geeft een verhoogde K⁺-secretie, acidose vermindert in principe K⁺-secretie. Doordat acidose een verhoogde flow geeft, wat K⁺-secretie juist stimuleert, is het effect van acidose op de K⁺-secretie variabel. Epinephrine geeft een verlaagde K⁺-excretie, het Antidiuretisch Hormoon (ADH) geeft in principe verhoogde K⁺-secretie. ADH stimuleert secretie, maar vermindert ook de flow met, op diens beurt, een verlaagde secretie tot gevolg. Dit kan elkaar compenseren, waardoor de K⁺-excretie onveranderd blijft. Een toename in volume is ook een voorbeeld van een proces dat de K⁺-secretie zowel stimuleert als inhibeert. De aldosteronproductie daalt, met verminder secretie tot gevolg. Tevens neemt de flow in het lumen toe, waardoor er meer secretie is. Een afname in volume werkt ook op de aldosteronproductie en flow, maar dan met tegengesteld effect. Er zijn ook processen die zichzelf versterken, zoals in het geval van metabole alkalose, hyperkaliaemie en het toedienen van diuretica. In de kliniek komt men zowel hypokaliaemie als hyperkaliaemie tegen. Hypokaliaemie kan optreden als gevolg van verlies in de nieren (lis- en thiazidediuretica), verlies in het spijsverteringssysteem (braken en diarree) en de huid (langdurige hitte en ernstige verbranding). Hyperkaliaemie kan ontstaan door afbraak van cellen, maar mensen met nierfalen hebben de grootste kans het te ontwikkelen. Het hartritme kan hier ernstig door in gevaar komen. Een hypokaliaemie geeft geleidingsstoornissen, waar bij een hyperkaliaemie de P-top kan verdwijnen, het QRS-complex kan ontsporen en kan samengaan met de T-top. Dit kan leiden tot ventrikelfibrilleren; een levensbedreigende situatie. In de kliniek is hyperkaliaemie dan ook een gevaarlijke situatie die snel behandeld dient te worden

Zuur-basentransport

De longen en de nieren zijn verantwoordelijk voor de zuur-basebalans in het bloed. De longen doen dat voornamelijk door het uitscheiden van het vluchtige zuur CO₂, wat ontstaat bij de verbranding van vetzuren, eiwitten en koolhydraten. De nieren zijn actief met de niet-vluchtige zuren en basen in ons lichaam. Om de pH van het lichaam in stand te houden, moet de nier compenseren voor deze zuren en basen. Hiervoor is het splitsen van H₂CO₃ in HCO₃^- (basisch) en H⁺ (zuur) belangrijk. Om dit te bewerkstelligen, moeten nieren namelijk zoveel mogelijk HCO₃^- resorberen. Daarnaast moeten de nieren ook de niet-vluchtige zuren kunnen verwerken. Die zuren kunnen niet zomaar in de urine worden uitgescheiden, want dan zou de pH van de urine te laag worden. Daartoe hebben de nieren enkele buffers, zoals fosfaat, creatinine en uraat. Ook maken de nieren zelf NH₃/NH₄⁺. Om met een overmatige hoeveelheid zuur om te gaan heeft het lichaam het volgende systeem. Het losse H⁺ wordt met HCO₃^- omgezet in water en CO₂, wat vervolgens door de longen kan worden uitgescheiden. Het bloed heeft nog meer buffers, die worden aangegeven als B^-, die ook een H⁺ opnemen. Het resultaat is niet door de longen uit te scheiden, maar moet vervolgens weer naar de nieren om de H⁺ met een omweg alsnog met een HCO₃^- samen te voegen. Je krijgt dan de volgende formules:

1. H⁺ + HCO₃^- wordt CO₂ + H₂O

2. B^- + H⁺ wordt BH

3. HCO₃^- + BH wordt B^- + CO₂ + H₂O

Op deze manier komen er in de urine verschillende zuur-basegerelateerde stoffen terecht. De netto zuuruitscheiding in de nier is 1+2-3:

1. De H⁺ gebonden aan fosfaat, creatinine en uraat (titreerbaar zuur (TZ)).

2. De H⁺ gebonden aan NH₃ (tot NH₄⁺)

3. Het HCO₃^-.

Om met een overmatige hoeveelheid base om te gaan, houden de nieren zoveel mogelijk TZ en NH₄⁺ vast (samen dus de zure deeltjes in de urine) en scheiden ze zoveel mogelijk HCO₃^- uit. Uit de vergelijking 1+2-3 komt dus een negatieve uitkomst; er wordt netto meer base uitgescheiden. Als H⁺ gesecreteerd is, kunnen er drie dingen gebeuren: het kan reageren met HCO₃^-, het kan met een andere buffer reageren (fosfaat, creatinine en uraat), of het kan met NH₃ reageren. Stel, het H⁺ wordt in het lumen gesecreteerd en reageert vervolgens met HCO₃^-. Deze reactie is niet snel genoeg en daarom is er een katalysator nodig, carbonische anhydrase. Deze splitst de HCO₃^- in een CO₂ en een OH^-. Het CO₂ kan uitgescheiden worden en het H⁺ reageert met het veel sterker reactieve OH^- tot H₂O. CO₂ en H₂O kunnen makkelijk door het apicale membraan heen en worden, voordat ze over het basolaterale membraan verdwijnen, weer in een HCO₃^- omgezet. Voor elke H⁺ gaat er dus een HCO₃^- het lumen uit en wordt er een nieuw molecuul HCO₃^- gemaakt voor in het bloed. Iets vergelijkbaars gebeurt ook bij de andere buffers. De hoeveelheid H⁺ die in het lumen reageert met een buffer, wordt bepaald door de hoeveelheid buffer in het glomerulaire filtraat. Ook de pK-waarde, de zuurwaarde van een buffer, bepaalt hoeveel H⁺ er geprotoneerd wordt en de pH-graad van de urine speelt tevens een rol. Als de pH-graad heel laag is, is er veel zuur aan de buffers geprotoneerd. Ook bij deze buffers wordt er, nadat er protonatie heeft plaatsgevonden, een HCO₃^--molecuul geproduceerd voor in het bloed. De ammoniumbuffer (NH₃/NH₄⁺) werkt iets anders, want NH₃ wordt niet gefiltreerd door de glomerulus, maar bevindt zich in de tubuluscel. Ook bij dit proces wordt er een HCO₃^- in het bloed uitgescheiden. Om alles in perspectief te kunnen zien, de nieren secreteren 4390 mmol H⁺ per dag en daarvan wordt 98% via dit type reacties weer teruggehaald. Daardoor verliest het lichaam weinig HCO₃^-. Uiteindelijk wordt 70 mmol H⁺ per dag uitgescheiden. De proximale tubulus resorbeert het meeste HCO₃^-, zo’n 80%. In het dikke opstijgende deel van de lis van Henle wordt vervolgens nog 10% geresorbeerd. In het gedeelte van het nefron dat daarvan distaal ligt wordt de rest uit de voorurine gehaald. Afhankelijk van de zuurgraad wordt er minstens 99,99% van het HCO₃^- geresorbeerd. De nier maakt nieuw HCO₃^- op twee manieren, via buffers zoals fosfaat en via de ammoniumbuffer. Fosfaat is een belangrijke buffer voor titreerbaar zuur, aan het eind van de proximale tubulus. Dit heeft te maken met de pH daar en de pK (zuurconstante) van fosfaat. Zo is creatinine ter hoogte van de proximale tubulus minder werkzaam. Ammoniumexcretie is verantwoordelijk voor 60% van de netto HCO₃^--productie dat een samenspel tussen meerdere processen en reacties is.

De nier heeft drie manieren om H⁺ via het apicale membraan naar het lumen te transporteren. De Na⁺/H⁺-uitwisselaar is de belangrijkste, want deze zorgt voor het meest H⁺-transport naar het lumen. Deze zit in heel de proximale tubulus, het opstijgende deel van de lis van Henle en zelfs het begin van de verzamelbuis. Een ATP-afhankelijke H⁺-pomp is tevens in staat om H⁺ tegen de pH-gradiënt in te pompen. Ze komen in dezelfde nefrongedeelten voor als de Na⁺/H⁺-pomp. De activiteit is afhankelijk van het transepithele potentieel, van aldosteron en van acidose/alkalose. Bij een mutatie in deze pomp kan er acidose in de distale tubulus ontstaan. Tot slot is er de al eerder besproken H⁺/K⁺-uitwisselaar in de proximale verzamelbuis.

Carbon Anhydrase (CA) is een belangrijke factor in de reactie tussen HCO₃^- en H⁺. Er zijn verschillende types, in het cytoplasma en op de apicale en basolaterale membranen. Zonder de CA IV (apicale CA) zou H⁺ niet snel genoeg reageren in het lumen en zich daar ophopen. Dit is proximaal belangrijker dan distaal, omdat er distaal minder H⁺-secretie is en er daar makkelijker tegen een hoge H⁺-gradiënt ingepompt kan worden. Het CA II (cytoplasma) produceert de HCO₃^- die via het basolaterale membraan in het bloed wordt afgegeven. Van de werking van CA op het basolaterale membraan weet men nog weinig. Blokkade van CA, zoals door het medicijn acetazolamide, heeft een diuretische werking. De uitstroom van HCO₃^- over het basolaterale membraan gaat via twee pompen. De Na⁺/ HCO₃^--cotransporter zit voornamelijk in het meest proximale gedeelte van de proximale tubulus. Als iemand een mutatie in de Na⁺/HCO₃^--pomp heeft, kan diegene een proximale renale acidose ontwikkelen. Acidose, hypokaliaemie en hyperfiltratie stimuleren deze pomp extra. De andere pomp is een uitwisselaar van Cl^- en HCO₃^-, deze bevindt zich vooral wat meer distaal in de proximale tubulus, het opstijgende gedeelte van de lis van Henle en in de verzamelbuis.

NH₄⁺-synthese vindt voornamelijk plaats in de proximale tubulus. Bij dit proces is glutamine betrokken en de bijproducten hebben invloed op de gluconeogenese. Als resultaat wordt voor elke secretie van molecuul NH₄⁺ molecuul HCO₃^- in het bloed uitgescheiden. NH₄⁺ kan niet makkelijk door het membraan heen vanwege de lading, NH₃ kan dat wel.

In de juxtamedullaire nefronen (nefronen met hun onderdelen in het merg van de nier), wordt er in het dikke afdalende gedeelte van de lis van Henle zowel NH₃ gesecreteerd als geresorbeerd. In de opstijgende tak wordt er veel geresorbeerd, dus in de verzamelbuis zit nauwelijks NH₄⁺ meer.

De cellen hebben twee transporters op het apicale membraan, een Na⁺/Cl^-/K⁺-transporter en een K⁺-kanaal. Het geresorbeerd NH₄⁺ komt in het bloed terecht via het basolaterale membraan en hierdoor zit er veel NH₄⁺ in het merg. Daar kan een aantal dingen mee gebeuren, een deel valt uit elkaar en wordt vervolgens gerecycled. Een deel komt in het lumen terecht om met H⁺ te reageren en een deel komt via een Na⁺/K⁺-pomp, waar NH₄⁺ de plek van K⁺ kan innemen, in de verzamelbuis. Hierbij omzeilt het NH₄⁺ het corticale gedeelte van de verzamelbuis. Het laatste deel komt weer in de systemische circulatie terecht, om bijvoorbeeld door de lever te gaan. De lever maakt daarvan samen met glutamine glutamaat. Dat is voor de productie van NH₄⁺, maar zorgt wel voor een hoge concentratie van (toxische) aminen. Hier maakt de lever vooral (95%) veel ureum van, de rest gaat op in glutamine.

Een aantal factoren heeft invloed op de H⁺-secretie en de NH₃-synthese. Respiratoire acidose is een van de vier verstoringen in het pH-evenwicht. Tijdens elk van deze typen verstoringen probeert het lichaam de pH-schommeling zoveel mogelijk te beperken. In dit geval door H⁺-secretie te verhogen. Dit gebeurt direct in het geval dat de PCO₂ acuut stijgt, in een chronisch geval wordt het zuurtransport op het apicale en basolaterale membraan ge-upreguleerd. Bij metabole acidose wordt in eerste instantie de alveolaire ventilatie verhoogd. Een acute [HCO₃^-]-daling stimuleert H⁺-secretie, in een chronisch geval is de respons vergelijkbaar met die bij respiratoire acidose. Er wordt meer HCO₃^- geresorbeerd en er wordt meer NH₃ (base) geproduceerd, vooral die laatste is erg belangrijk. Het NH₃ reageert vervolgens in het lumen met H⁺ tot NH₄⁺, waardoor er in het geval van metabole acidose altijd (relatief) veel NH₄⁺ in de urine zit. Metabole alkalose vermindert in de proximale tubulus juist de H⁺-secretie. In principe geldt dat hoe hoger [HCO₃^-] in het lumen, hoe hoger de H⁺-secretie. In het geval van metabole alkalose wordt die secretie echter zo laag mogelijk gehouden. In het begingedeelte en het corticale gedeelte van de verzamelbuis is er een verandering. Een aantal cellen dat H⁺ secreteert, maakt na een paar dagen plaats voor soortgelijke cellen die juist HCO₃^- secreteren. Door het basische HCO₃^- uit te scheiden wordt de alkalose gecorrigeerd. Een verhoogde flow of [HCO₃^-] in het lumen verhoogt ook de H⁺-secretie. Dit komt door de verhoogde flow en pH als gevolg hiervan. De glomerulus kan echter ook de HCO₃^--filtratie beperken als dat voor de zuur-basebalans belangrijk zou zijn. Ook een afname in extracellulair volume verhoogt de H⁺-secretie, bij volumedepletie stijgt namelijk het angiotensine II, het aldosteron en de sympathische activiteit, waarvan de laatste norepinephrineproductie tot gevolg heeft. Hun effect op de H⁺-secretie ligt voornamelijk in het gekoppelde Na⁺/H⁺-transport. Hypokaliaemie komt vaak samen voor met metabole acidose; een zeer kaliumarm milieu is een zuur milieu. Dit heeft gevolgen voor het apicale transport en bovendien is er K⁺/H⁺-uitwisseling in de proximale verzamelbuis. Waar bij hypokaliaemie de H⁺-secretie dus verhoogd is, is er bij hyperkaliaemie juist een tegengesteld effect. Er is dan vaak sprake van metabole alkalose en de H⁺-secretie is juist verlaagd.

Glucocorticosteroïden en mineralocorticosteroïden verhogen ook beide de H⁺-secretie. De eerste verhoogt de Na⁺/H⁺-uitwisseling, met secretie van H⁺ als gevolg. De tweede heeft direct invloed op de H⁺-pomp in de verzamelbuis, wat direct H⁺ secreteert. Daarnaast verlaagt het ook het voltage van het lumen en zorgt het voor kaliumverlies, wat beide ook H⁺-secretie induceert. Kaliumsparende diuretica maken de urine meer basisch en verlagen de H⁺-secretie. De lis- en thiazidediuretica zorgen juist voor meer excretie van zuur en dus van H⁺, via een volumeafname, een verlaagd lumenvoltage en een verlaging van [K⁺].

Ontwikkeling van de tractus genitalis

Het urogenitale stelsel ontwikkelt uit het intermediaire mesenchym (primordiaal mesoderm bindweefsel) van de dorsale lichaamswand. Dit strekt zich aan beide kanten langs de dorsale aorta als de urogenitale groeve, waaruit de chorda nephrogenica en de crista gonadalis ontstaan. Het urinaire gedeelte begint zich eerder te ontwikkelen en bestaat uit de nieren, ureters, blaas en urethra. In totaal ontwikkelen zich drie sets nieren in het lichaam:

• De bilaterale pronephros ontstaat vroeg in de vierde week in de nekregio en is niet functioneel. Caudaal loopt de ductus pronephricus van de pronephros tot in de cloaca. Een groot deel van de pronephros wordt gebruikt voor de ontwikkeling van de mesonephros.

• De bilaterale mesonephros ontstaat laat in de vierde week onder de pronephros en is beter ontwikkeld dan de pronephros; zo bevat het glomeruli en tubuli. De mesonephros functioneert ongeveer vier weken als voorlopige nier en gebruikt daarbij de ductus mesonephricus (oorspronkelijke ductus pronephricus) die tot in de cloaca loopt. Bij degeneratie van de mesonephros vormt het caudale deel van de ductus mesonephricus later de afvoerbuizen van de testes.

• De metanephros is het primordium van de echte nieren. Deze ontwikkelt in de vijfde week en is vier weken later functioneel. De foetus blijft urine produceren, welke in de amnionholte terecht komt en mengt met het amnionvocht. De permanente nieren ontwikkelen uit de ureterknop (een divertikel van de ductus mesonephricus) en de metanephrogenetische kiemweefsel (het dorsale deel van de nefrogenetische chordus). De ureterknop groeit uit en penetreert het kiemweefsel; de stengel van de ureterknop vormt de ureter. Het craniale deel splitst in meerdere calyces major die weer splitsen in calyces minor die uitgroeien tot verzamelbuizen van de nier. De uiteindes van deze verzamelbuizen induceren het kiemweefsel om tubuli te gaan vormen. Het proximale uiteinde van de tubuli wordt ingestulpt door de glomeruli. De tubuli groeien uit tot tubuli contorti en de lis van Henle en versmelten vervolgens met de verzamelbuizen. Nefronen, niermerg en nierschors ontstaan dus uit kiemweefsel en de verzamelbuizen uit de ureterknop. In de 32ste week zijn alle twee miljoen nefronen aanwezig.

De foetale nieren zijn opgedeeld in lobben, welke na het eerste levensjaar nauwelijks meer te herkennen zijn door de uitgroei van de nieren. Deze groei komt voornamelijk door de verlenging van de tubulus contortus en vergroting van de interstitiële ruimte. Hierdoor neemt ook vanaf de 9e week tot zelfs na de geboorte de snelheid van de filtratie toe. De ureterknop indiceert de groei van de kiemcellen en vice versa; dit heet wederkerige inductie. Aanvankelijk liggen de nieren dicht bij elkaar, ventraal van het sacrum. Door de groei van abdomen en pelvis komen de nieren hoger en verder van elkaar verwijderd te liggen. In de negende week raken de nieren de bijnieren en liggen ze op hun uiteindelijke positie. De ventrale hili draaien 90 graden mee met de verplaatsende nierer, waardoor ze antero-mediaal komen te liggen. Tijdens de verandering van positie worden de nieren eerst van bloed voorzien door de arteriae iliacae communes. Later ontstaan nieuwe bloedvaten vanuit de aorta abdominalis; de arteriae renales. De eerdere tijdelijke bloedvaten verdwijnen door involutie. De rechter arterie is langer en ligt vaak meer superior.

Gemeenschappelijke ontwikkeling van de geslachtsorganen

De eerste zeven weken is er sprake van een gelijk genitaal ontwikkelingsstadium voor mannen en vrouwen wat betreft de gonaden (testes of ovaria). Gonaden ontstaan uit mesotheel van de posterieure abdominale wand, onderliggend mesenchym en primordiale geslachtscellen. In de vijfde week groeien uit de eerder genoemde crista gonadalis de gonadale strengen. Deze strengen groeien in het onderliggende mesenchym, waardoor de gonaden uit een cortex en een medulla gaan bestaan. De cortex vormt bij vrouwen (XX) de eierstokken en de medulla verdwijnt, bij mannen (XY) daarentegen verdwijnt de cortex en ontwikkelt de medulla zich tot de testes. Tijdens de vouwing van het embryo migreren de primordiale geslachtscellen met het dorsale mesenterium mee naar de crista gonadalis. In de zesde week bereiken ze ook de gonadale strengen. In de zevende week differentiëren de gonaden zich. Het SRY-gen op de korte arm van het Y-chromosoom zet de gonadale strengen aan om seminifereuze strengen te vormen, die de seminifereuze tubuli van de testes zullen worden. De foetale testes produceren testosteron en AMH, welke de seksuele ontwikkeling van de man in gang zetten. Als er geen Y-chromosoom aanwezig is, ontwikkelen de eierstokken zich in de twaalfde week. Primaire vrouwelijke seksuele differentiatie is dus niet afhankelijk van hormonen en treedt zelfs op zonder de aanwezigheid van ovaria. De meerdere ductus mesonephricus (Wolffiaanse buizen) spelen een belangrijke rol bij de ontwikkeling van het mannelijke voortplantingssysteem en de meerdere ductus paramesonephricus (Mülleriaanse buizen) bij het vrouwelijke voortplantingssysteem. De ductus paramesonephricus ontwikkelen zich lateraal van de gonaden en de mesonephricus uit groeven in het mesotheel. De craniale uiteindes monden uit in de peritoneaalholte. De caudale uiteindes eindigen in de pelvis, waar ze het Y-vormige uterovaginale primordium vormen. Testosteron stimuleert ontwikkeling van de ductus mesonephricus tot geslachtskanalen en de door Sertoli-cel geproduceerde AMH remt de ontwikkeling van de ductus paramesonephricus. Laterale uitgroei van elke ductus mesonephricus leidt tot ontwikkeling van zaadklieren. De ductus epididymis loopt van deze zaadklieren door in de ductus deferens, die eindigt in de urethra. De prostaat ontstaat uit endodermale uitgroei van de urethra. Ook ontstaan bulbo-urethrale klieren uit de urethra, waarvan het secreet bijdraagt aan het sperma, waarbij de urethra ook dient als ejaculatoire buis. Doordat AMH ontbreekt bij vrouwen, ontwikkelen zij de ductus paramesonephricus. Vrouwelijke seksuele ontwikkeling is niet afhankelijk van de ovaria en hormonen. Oestrogeen uit de eierstokken en de placenta stimuleren de aanleg van de eileiders, uterus en het bovenste deel van de vagina. Die laatste twee komen uit het uterovaginale primordium. Fusie van de paramesonephricus leidt tot een recto-uterine zak en een vesico-uterine zak. Aan de zijkanten van de uterus bevindt zich het parametrium. Uitgroei van de ureter zorgt bij vrouwen voor urethrale en para-urethrale klieren, daarbij worden de grotere vestibulaire klieren gevormd. Al deze klieren secreteren mucus. De vagina ontstaat doordat het uterovaginale primordium contact maakt met de urogenitale sinus, waardoor het sinustuberkel ontstaat. Dit tuberkel induceert de uitgroei van de sinovaginale knoppen die de vaginale plaat vormen. Als deze plaat later in de ontwikkeling doorbreekt, ontstaat het lumen van de vagina. Het hymen is een membraan dat tot vlak voor de geboorte het lumen van de vagina scheidt van de urogenitale sinusholte. Dit is ontstaan door de expansie van de caudale kant van de vagina en scheurt meestal perinataal.

Ontwikkeling van de testes

Het SRY-gen kan het hormoon TDF afgeven, wat zorgt dat de seminifereuze strengen een netwerk van kanalen gaan vormen. Dit netwerk wordt rete testis genoemd. De verbinding met het oppervlakte-epitheel wordt verbroken door de ontwikkeling van een omhulsel, de tunica albuginea. De testis laat los van de mesonephros en krijgt een eigen mesenterium; het mesorchium. Vanaf de achtste week geven interstitiële cellen testosteron en androsteendion af, wat tot mannelijke differentiatie van de ductus mesonephricus en externe genitalia leidt. Ook wordt AMH (antimülleriaan hormoon) geproduceerd, wat de ontwikkeling van de ductus paramesonephricus en daarmee de ontwikkeling van de uterus en eierstokken remt. In de wanden van de seminifereuze tubuli ontstaan Sertoli-cellen (ondersteunende cellen) en spermatogonia (voorlopers van zaadcellen). De rete testis vormt een verbinding met een 15 tot 20-tal mesonephrische tubuli die de ductus epididymis vormen.

Ontwikkeling van de eierstokken

De ontwikkeling van de eierstokken komt pas rond de tiende week op gang. De gonadale strengen vormen het rete ovarii, die later weer verdwijnen. Op de plaats van de oorspronkelijke gonadale strengen bevinden zich de corticale strengen. Hierin worden primordiale geslachtscellen opgenomen. In de zestiende week splitsen primordiale follikels met elk één oögonium af. Via mitose wordt een grotere hoeveelheid oögonia verkregen. Na de geboorte ontstaan er geen oögonia meer. Een aantal sterft af en ongeveer twee miljoen oögonia vormen de primaire oöcyten. Net als bij de man vormt zich een tunica albuginea als scheiding tussen de follikels en het oppervlakte-epitheel. Ook hebben de eierstokken een eigen mesenterium; het mesovarium.

Ontwikkeling van de lieskanalen

De lieskanalen lopen van de testis naar het scrotum. Ze ontstaan nog vóór de differentiatie en zijn dus bij beide geslachten aanwezig. Bij het verdwijnen van de mesonephros groeit een bilateraal ligament (het gubernaculum) aan beide zijden van het abdomen vanuit de caudale zijden van de gonaden. Het gubernaculum hecht aan de labioscrotale zwellingen, die zullen uitgroeien tot een deel van het scrotum of grote schaamlippen. De processus vaginalis loopt hier ventraal van en vormt door het meeslepen van de abdominale wand de wanden van het lieskanaal en bij de man ook nog de zaadstreng en de testis.

Het afdalen van de testes hangt samen met de vergroting van de testes, atrofie van de mesonephros en de ductus paramesonephricus en de grootte van de processus vaginalis die de testes via de lieskanalen leiden tot in het scrotum. In de 26ste week dalen de testis van de superieure lumbale regio naar de posterieure abdominale regio. De transabdominale verschuiving van de testes komt voornamelijk door de caudale groei van het abdomen. De afdaling van de testes wordt begeleid door de verankerde gubernaculi, onder invloed van testosteron. In de 32ste week behoren de testes in het scrotum te liggen. De processus vaginalis vormt een membraan, de tunica vaginalis, over de voorkant en zijden van de testis. De eierstokken dalen ook, maar gaan niet de lieskanalen binnen. Het gubernaculum verbindt de eierstokken met de uterus. Het processus vaginalis verdwijnt meestal voor de geboorte.

Thema 10: Hypertensie

Hartfalen is een klinisch syndroom dat bestaat uit verschijnselen die direct of indirect met een tekort in pompfunctie van het hart te maken hebben. Kortademigheid en moeheid zijn de belangrijkste symptomen, in ernstige stadia komt overvulling (oedeem) voor. Meestal ligt de oorzaak bij het linker ventrikel. Dit leidt tot oedeem in de venen en longen en tot onvoldoende bloed in de arteriën, dus zuurstoftekort. Afname in pompfunctie leidt tot een aantal mechanismen, zoals dat van Starling met ventrikelhypertrofie, om dit te herstellen, maar op de lange duur verergert dit alleen maar. Coronaire hartziektes en hypertrofie, maar ook diabetes mellitus en COPD zijn risicofactoren voor hartfalen, net als leefstijlgewoontes als roken en overgewicht. Op anamnese en lichamelijk onderzoek wordt een waarschijnlijke diagnose gesteld, ECG kan dit sterker bevestigen. Om de diagnose te stellen moeten er afwijkingen te zien zijn op de echo of de MRI. De prognose bij hartfalen is slecht (37% sterft in eerste jaar) door grote kans op progressief hartfalen of acute ritmestoornissen. Vooral bij ouderen zijn er een hoge incidentie en prevalentie, hierdoor is het een grote kostenpost voor ziekenhuizen. Behandeling is primair gericht op het verminderen van de klachten en verbeteren van de levensverwachting. Diuretica, ACE-remmers en bètablokkers worden gegeven. Ook is ondersteunende apparatuur, zoals een LVAD, een optie. Chirurgische behandeling wordt in toenemende mate toegepast. Hartfalen komt door disfunctie van het hart. Voor het diagnosticeren wordt een lijst van symptomen en signalen gebruikt. Als twijfel blijft bestaan wordt toch medicatie voor het hart gegeven ter ondersteuning. Vaak heeft hartfalen een simpele oorzaak, zoals adipositas of ischemie. Meestal is hartfalen chronisch, bij acuut oedeem, een shock of CHF (verergering van het hartfalen) kan het acuut zijn. Hartfalen werd vroeger gezien als het onvermogen genoeg bloed rond te pompen, een ejectiefractie van <40% werd als grens voor de diagnose gesteld. Hartfalen kan echter ook komen door een te hoge vullingsdruk, dit heet diastolisch hartfalen (PLVEF). Omdat veel patiënten zowel systolisch als diastolisch hartfalen hebben, spreken we vaak over normale en verminderde ejectiefractie van het linker ventrikel. PLVEF komt waker voor bij vrouwen, op hogere leeftijd en bij hypertensie. Het heeft een betere prognose dan systolisch hartfalen. Meer dan 50% van de mensen met systolische hartproblemen vertoont geen tekenen hiervan. Het komt vooral voor bij mensen met aandoeningen aan de coronairarteriën, hypertensie en afwijkende ECG's. DE NYHA heeft een classificatie van de ernst van het hartfalen opgesteld, dit gaat van geen symptomen meer (NYHA I) naar mild (HYHA II) naar gemiddeld (HYHA III) naar ernstig (NYHA IV). Bij III heeft de patiënt al last bij alledaagse inspanning als traplopen, bij IV is de patiënt thuisgebonden. Door behandeling kan een patiënt in een betere klasse terecht komen. Hartfalen is grotendeels te voorkomen door op de bloeddruk en andere risicofactoren te letten. Er is weinig uniformiteit over de definitie van hartfalen. Daarbij komt nog dat sommige andere ziektes qua symptomen sterk lijken op hartfalen, een voorbeeld hiervan is COPD. Zonder het gebruik van echo is het verschil tussen systolisch en diastolisch hartfalen niet te maken. Het is hierdoor erg lastig een goede schatting van de incidentie en prevalentie te maken. Daarbij komt nog dat de meeste patiënten niet bij de cardioloog komen, omdat zij toch al door de huisarts waren voor hun hypertensie. De cardioloog ziet niet de veel voorkomende oudere dames, maar vooral de wat jongere heren die een hartaandoening hebben (gehad). Boven de 50 neemt de prevalentie toe met de leeftijd, tot 10% bij mensen >85. Als naar de echo wordt gekeken blijkt dat veel meer mensen een aandoening hebben, maar dat deze vaak onopgemerkt blijkt. Hartfalen komt vaker voor bij mannen, dit is vooral gebaseerd op bij wie de medicatie helpt en niet op bij wie daadwerkelijk hartfalen is vastgesteld. Het aantal opnames door hartfalen is flink toegenomen, dit komt ook door de toename van (de leeftijd van) de populatie, maar ook door verbetering in behandeling en management van hartfalen.

• risicofactoren

Er zijn veel risicofactoren voor hartfalen, maar de grootste in de westerse wereld blijft ischemische hartziekte: zeven tot acht jaar na een myocardinfarct heeft 36% last van hartfalen. Hypertensie en behandeling met antihypertensiva dragen bij aan (het behandelen van) hartfalen. Obesitas verdubbelt het risico op hartfalen. Problemen aan andere organen, zoals de nieren en de longen, dragen ook bij aan het risico. Comorbiditeit komt ook voor: anemie, slaapapneu, chronische long en nierziektes en diabetes hebben een zeer negatieve prognose in combinatie met hartfalen. Nierziektes kunnen ook hartfalen veroorzaken doordat ze tot hypertensie en hypervolemie kunnen leiden. 20% van de mensen met een lage GFR heeft hartfalen. Door de toename in incidentie en risicogroepen is preventie van hartfalen van groot belang.

• prognose

De prognose bij patiënten met hartfalen blijft ondanks alle verbeteringen en interventies erg slecht. Naast de verwachtte snelle dood zal ook het leven zeer beperkt worden. Na de diagnose zal een dokter de patiënt de prognose vertellen, deze is meestal niet meer dan 5 jaar. De diagnose is sterk afhankelijk van de patiënt: leeftijd, comorbiditeit en mate van het hartfalen. De behandeling wordt op de diagnose aangepast. Vooral het voorspellen van de hospitalisatie en handicaps is belangrijk hierbij. Veel patiënten (10-20%) sterven enkele weken na het eerste voorkomen van het hartfalen. De cijfers van mortaliteit tussen veel studies verschillen door de onvaste definitie, daarbij zijn er zo veel risicofactoren dat patiëntengroepen moeilijk te vergelijken zijn. Veel sterfgevallen zijn acuut, volgens sommige studies zelfs 50% van alle sterfgevallen door hartfalen. De prognose bij hartfalen neemt wel toe. Deze is afhankelijk van vele determinanten, deze hoeven niet bij elke patiënt invloed op de prognose te hebben. Leeftijd en geslacht hebben wel altijd invloed. Er zijn vier groepen determinanten: patiënt karakteristiek en comorbiditeit, laboratorium metingen, functionele parameters en ventrikel functie en ontvangen interventies. De NYHA-classificatie is ook erg belangrijk bij de classificatie, net als de oorzaak van het hartfalen: als dit door een virus komt is volledig herstel waarschijnlijker dan bij een acuut myocardinfarct. De prognose bij hart- en nierfalen is heel erg slecht. Met allerlei methodes is per patiënt een prognose op te stellen. Het maken van een accurate methode heeft als nadeel dat het afhankelijk is van veel parameters en dat het meten hiervan veel geld, tijd en moeite kost. Er is ook een model ontwikkeld waarbij de kans op een acuut sterfgeval wordt berekend. Hierbij zijn verschillende hartparameters in rekening genomen.

• preventie

Preventie van hartfalen kan het best door preventie van de risicofactoren. Voornamelijk hypertensie en aandoeningen van de coronair arteriën moeten worden voorkomen. Bij patiënten met een slecht linker ventrikel moet er extra controle zijn, zeker als de ejectiefractie laag is. Zowel ACE-remmers als bètablokkers helpen om hartfalen te voorkomen.

Thema 11: Hartfalen

Mosterd A, Hoes AW. Clinical epidemiology of heart failure. Heart 2007;93:1137–1146.