2. Gaswisseling en Ventilatie - Samenvatting bij Arts en Patiënt 3 aan de VU

Samenvattingen bij het leerdoel Gaswisseling en Ventilatie van het vak Arts en Patient 3 van de Vrije Universiteit Amsterdam

• Vak: Arts en Patient 3, Geneeskunde bachelor 2, Vrije Universiteit
• Inhoud: samenvattingen bij alle verplichte hoofdstukken

Fysiologie van de mens: cardiovasculaire fysiologie (Widmaier et al., 14e druk)- Chapter 12

Section A: Het circulatoire systeem

Systemisch overzicht

Bloed bestaat uit rode erytrocyten (rode bloedcellen), leukocyten (witte bloedcellen), thrombocyten (bloedplaatjes) en plasma met opgeloste eiwitten, voedingsstoffen en afvalstoffen.

Erytrocyten: ongeveer 40-50 volumeprocent van het bloed bestaat uit rode bloedcellen die zuurstof vervoeren. Dit volumepercentage van erytrocyten ten opzichte van de totale hoeveelheid bloed wordt ook wel het hematocriet genoemd.

Leukocyten: dit zijn de witte bloedcellen en deze zijn essentieel bij de bestrijding van infecties en kanker.

Thrombocyten: dit zijn de bloedplaatjes die bijdragen aan de bloedstelping en –stolling.

Hematocrietwaarde: percentage erytrocyten van het bloedvolume. Dit wordt gemeten na centrifugeren. De rode bloedcellen komen op de bodem en het bloedplasma ligt daarboven. Deze situatie ontstaat in verband met de grotere dichtheid van erytrocyten.

Normale hematocrietwaarden zijn 42 procent bij de vrouw en 45 procent bij de man.

Het bloedvolume van een persoon van 70 kg is ongeveer 5.5 liter.

Bulkflow: Manier waarop bloed vervoerd wordt, het hart pompt het bloed in één richting door de vaten.

Voedingsstoffen en afvalstoffen diffunderen door de capillairen en de interstitiële vloeistof heen.

Atrium en ventrikel: Het hart bestaat uit een bovenste kamer, het atrium, en een onderste kamer, het ventrikel. Het bloed dat in de atria komt, wordt geleegd in de ventrikels. Er is geen directe bloedstroom tussen de twee atria.

Pulmonaire circulatie: het bloed dat van het rechter ventrikel via de truncus pulmonalis en arteriae pulmonali in de longen vertakken tot capillairen en vervolgens via de venae pulmonali naar het linker atrium.

Systemische circulatie: het bloed van het linker ventrikel door alle organen en weefsels van het lichaam behalve de longen, en vervolgens naar het rechter atrium.

Arteriën: bloedvaten die bloed weg van hart vervoeren

Venen: bloedvaten die bloed naar het hart toe vervoeren

Aorta: het bloedvat waar het bloed in stroomt nadat het door het linker ventrikel is gepompt

Arteriolen: Arteriën vertakken zich in arteriolen. Deze zijn kleiner wat betreft diameter.

Capillairen: arteriolen vertakken zich in capillairen.

Venulen: capillairen gaan over in venulen die vervolgens samengevoegd worden tot de venen.

Vena cava superior et inferior: de twee grote venen (vena cava inferior en vena cava superior) brengen het bloed uiteindelijk weer terug naar het rechter atrium

Microcirculatie: arteriolen – capillairen – venulen

Portale systeem: Uitzonderingen op de microcirculatie zoals in lever, nieren en hypofyse. Bloed stroomt dan tussen twee capillaire bedden in plaats van capillair naar veneus.

Druk, flow en weerstand

Hemodynamiek: de relatie tussen bloeddruk, doorbloeding (Flow) en weerstand.

Hydrostatische druk: druk door welke vloeistof dan ook. De hydrostatische druk in de bloedvaten is verkregen door de contractie van het hart.

Eenheden:
Flow: L/min

Drukverschil: delta P

Bloeddruk: mmHg

Weerstand: R

F: delta P(druk) / R (weerstand)

Doorbloeding is proportioneel aan de drukverschillen tussen twee punten en deze correleert invers met de weerstand.

Determinanten van weerstand:

Viscositeit (mate van ‘stroperigheid’)

Lengte

Diameter

Dit samen leidt tot de volgende formule:

η: viscositeit

L : lengte van het bloedvat

R : binnenste diameter van het bloedvat

8/ π: wiskundige constante

Viscositeit stijgt bijvoorbeeld als de hematocrietwaarde stijgt.

Section B: Het hart

Anatomie

Het hart is een gespierd orgaan dat omgeven is door een fibreuze zak, het pericard.

De binnenste laag van het pericard zit vast aan het hart. Dit is het epicard.

De ruimte tussen het pericard en het epicard is gevuld met een dun laagje bloed dat dient als ‘smeermiddel’ tijdens de bewegingen van het hart.

Het myocard is de wand van het hart. Het bestaat uit hartspierweefsel. De binnenste oppervlakte van de kamers en de binnenste laag van bloedvaten bestaat uit endotheel.

De twee ventrikels zijn gescheiden door een gespierde wand, het interventriculair septum.

Tussen het atrium en het ventrikel in liggen de atrioventriculaire kleppen, ook wel AV-kleppen genoemd. De AV-kleppen zorgen ervoor dat er wel bloed van de atria naar de ventrikels kan stromen maar niet andersom. De rechter AV-klep wordt ook wel de tricuspide klep (tricuspidalisklep) genoemd omdat het bestaat uit drie fibrogene kleppen. De linker AV-klep bestaat uit twee fibrogene kleppen en wordt dus de bicuspide klep (mitralisklep) genoemd.

Het openen en sluiten van de kleppen is een passief proces, afhankelijk van drukverschillen tussen atria en ventrikels.

De kleppen zitten vast aan papillaire spiertjes door chordae tendineae. Deze dienen niet om de kleppen te openen of te sluiten maar dienen de druk van het bloed aan te kunnen zodat ze niet omklappen (prolaps).

Op de overgang van de ventrikels naar de truncus pulmonalis en de aorta zijn ook kleppen aanwezig, respectievelijk de pulmonalis- en aortaklep. Deze kleppen zijn halvemaanvormig en worden daarom ook wel de semilunaire kleppen genoemd. Ze zorgen ervoor dat bloed in de arteriën stroomt tijdens ventriculaire contractie, maar voorkomen dat bloed stroomt in tegengestelde richting. Ook deze kleppen werken passief, afhankelijk van drukverschillen tussen atria en ventrikels.

Het hart is een gespierd orgaan dat omgeven is door een fibreuze zak, het pericard. De binnenste laag van het pericard zit vast aan het hart. Dit is het epicard. De ruimte tussen het pericard en het epicard zijn gevuld met een dun laagje bloed dat dient als “smeermiddel” tijdens de bewegingen van het hart. Het myocard is de wand van het hart. Het bestaat uit hartspierweefsel. De binnenste oppervlakte van de kamers en de binnenste laag van bloedvaten bestaat uit endotheel.

De twee ventrikels zijn gescheiden door een gespierde wand, het interventriculair septum. Tussen het atrium en het ventrikel in liggen de atriumventrikelkleppen, ook wel AV kleppen genoemd. De AV kleppen zorgen ervoor dat er wel bloed van de atria naar de tricuspide klep (tricuspidalisklep genoemd, omdat het bestaat uit drie fibrogene kleppen). De linker AV klep bestaat uit twee fibrogene kleppen en wordt dus het bicuspide klep (mitralisklep) genoemd.

Het openen en sluiten van de kleppen is een passief proces, afhankelijk van drukverschillen tussen atria en ventrikels. De kleppen zitten vast aan papillaire spiertjes door chordae tendineae. Deze dienen niet om de kleppen te openen of te sluiten maar dienen de druk van het bloed aan te kunnen zodat ze niet omklappen. Op de overgang van de ventrikels naar de truncus pulmonalis en de aorta zijn ook kleppen aanwezig, respectievelijk de pulmonalis- en aortaklep. Deze kleppen zijn halvemaanvormig. Ze zorgen ervoor dat bloed in de arteriën stroomt tijdens ventriculaire contractie maar voorkomen dat bloed stroomt in tegengestelde richting. Ook deze kleppen werken passief, afhankelijk van drukverschillen tussen atria en ventrikels.

Hartspiercellen

Hartspiercellen zijn geordend in lagen die strak bij elkaar gebonden zijn en de hele kamers omcirkelen. Cellen worden verbonden aan elkaar door intercalated disks. Intercalated disks bevatten desmosomen die de cellen bij elkaar houden en waaraan de myofibrillen zijn gehecht. Actiepotentialen gaan langs de celmembranen. Vervolgens komt calcium het cytosol binnen en de crossbridge cyclus is geactiveerd. Het conductiesysteem van het hart zet het hart aan tot een hartslag en helpt met het verspreiden van de impuls. Sommige hartspiercellen kunnen peptidehormonen uitscheiden, namelijk atrial natriuretic peptide (ANP), welke wordt gestimuleerd door dilatatie van de atria als gevolg van een vergroot plasmavolume en reageert door natriumreabsorptie in de nieren te remmen.

Receptoren van sympathische zenuwstelsel zijn bèta-adrenerg en reageren op noradrenaline. De receptoren van het parasympatisch zenuwstelsel zijn van het muscarinerge type en reageren op acetylcholine. Het hart wordt van bloed voorzien door coronair arteriën. Dit zijn aftakkingen van de aorta.

Hartslag

De atria contraheren als eerst, bijna onmiddellijk gevolgd door de ventrikels. Contractie van hartspieren is geprikkeld door depolarisatie van het plasmamembraan. Gapjunctions zorgen voor connectie van myocard cellen en hierdoor kan de actiepotentiaal zich over het hart begeven. De beginnende depolarisatie ontstaat in een kleine groep cellen, namelijk de sinoatrial knoop, de SA-knoop. Deze bevindt zich in het rechter atrium dicht bij de ingang van de vena cava superior. Depolarisaties gaan eerst via de spiercellen van de atria, zo snel dat de linker en rechter atria ongeveer even snel samentrekken. De atriumventriculaire knoop (AV knoop) is gelegen op de basis van het rechter atrium. Een actiepotentiaal dat over de hele atria gaat, zorgt ervoor dat ook de AV knoop geprikkeld wordt. Nadat de AV knoop geprikkeld is, gaat het signaal naar beneden over het interventriculaire septum via de bundel van His. De bundel van His is een elektrische connectie tussen de atria en ventrikels. De bundel van His wordt vervolgens verdeeld in twee takken over de wand van de twee ventrikels, de linker en rechter bundeltak. Deze takken maken contact met de vezels van Purkinje. Dit zijn vezels die het signaal snel over het hele ventrikel verdelen. Er ontstaat een depolarisatie en de ventrikels trekken samen.

Cardiale actiepotentialen en excitatie van de SA-knoop

Natriuminflux veroorzaakt depolarisatie van de cel en zorgt ervoor dat alle natriumkanalen open gehouden worden. Er ontstaat een positieve feedback. Op hetzelfde moment daalt de permeabiliteit van kalium doordat kalium weglekt. Ook dit draagt bij aan de depolarisatie. Op dat moment stijgt de permeabiliteit van calcium enorm en dit zorgt voor een influx van calcium. Calciumkanalen openen alleen als het voltage aan de voorwaarde voldoet. Dit type calciumkanalen openen erg traag en worden daarom ook wel L-type calcium kanalen genoemd (Long –lasting). De influx van de positieve calciumionen in de cel balanceert de efflux van de positieve kaliumionen en houdt het membraan gedepolariseerd op het plateau niveau. Repolarisatie ontstaat pas als de calcium kanalen langzaam inactiveren en een ander type natriumkanalen geopend worden.

De SA knoop heeft geen restpotentiaal, maar ondergaat langzaam een depolarisatie (pacemaker potentiaal). Het brengt het membraanpotentiaal naar de grens waarop een actiepotentiaal ontstaat. Hieraan liggen drie mechanismen ten grondslag:

1. Kaliumkanalen die geopend waren tijdens repolarisatie fase van het vorige actiepotentiaal sluiten langzaam
2. Pacemakercellen hebben voltage-gated kanalen die openen als het membraanpotentiaal negatief is. Dit zorgt voor een influx van natrium, deze natrium kanalen worden ook wel F-type natriumkanalen (Funny) genoemd.
3. Calciumkanalen openen kort en zorgen voor een kleine calciuminflux die zorgt voor depolarisatie. Dit type wordt T-typecalciumkanaal (Transient) genoemd.

Als de pacemakermechanismen hebben gezorgd dat de AV- en SA-cellen tot een grenspotentiaal gebracht zijn, ontstaat een actiepotentiaal. Er ontstaat dus automatisch, spontaan, ritmisch zelfregulerende excitatie.

Het electrocardiogram

Het electrocardiogram oftewel ECG is een manier om de elektrische gebeurtenissen in het hart weer te geven. De P-piek geeft de korte duur van atriële depolarisatie weer. Het QRS-complex, wat ongeveer 0,15 seconde na de P-piek ontstaat geeft de ventriculaire depolarisatie weer. De T-piek geeft de ventriculaire repolarisatie weer. Atriële repolarisatie is meestal niet zichtbaar op een ECG, omdat het tegelijkertijd valt met het QRS-complex. Het ECG is niet een directe weergave van de veranderingen in membraan potentiaal, maar een meting van de extracellulaire vloeistof.

Contractie van hartspierweefsel

Calcium activatie van het dunne filament en de cross bridge cyclus leidt tot kracht ontstaan net als in skeletspierweefsel. Contractie eindigt als calcium terug is in het sarcoplasmatisch reticulum en extracellulaire vloeistof door Calcium-ATP pompen en Natrium/ Calcium transporters. De hoeveelheid stijging van de calciumspiegel in het cytosol bepaald de kracht van de contractie.

De refractoire periode van het hartspierweefsel

De onmogelijkheid van het hart om een tetanische contractie te genereren is het resultaat van een lange absolute refractoire periode van hartspierweefsel. Dit is ook wel een periode tijdens een volgend aan een actiepotentiaal al een excitabel membraan niet gereactiveerd kan worden. De refractoire periode van hartspiercellen is 250 milliseconden, dit is bijna evenlang als de contractoire periode.

De cardiale cyclus

De cardiale cyclus bestaat uit het volgende:

1. Systole: ventriculaire contractie en bloedstuwing
2. Diastole: ventriculaire relaxatie en het vullen van bloed

Een typische hartslag gaat 72 slagen per minuut. Elke hartslag duurt ongeveer 0,8 seconde met 0,3 seconde in systole en 0,5 seconde in diastole.

De systole wordt onderverdeeld in:

1. Isovolumetrische ventriculaire contractie: de ventrikels contraheren maar alle kleppen in het hart zijn gesloten, geen bloed wordt dus verder gestuwd. De ventriculaire wanden verhogen de druk.
2. Ventriculaire voortstuwing: hierbij is de druk op de ventrikels zo groot dat de aorta- en truncus pulmonalis kleppen openen en er systole plaatsvindt. Het bloed wordt nu in de aorta en truncus pulmonalis gestuwd.

Het slagvolume is het volume van het bloed dat door de ventrikels wordt gestuwd tijdens de systole.

De diastole wordt onderverdeeld in:

1. Isovolumetrishe ventriculaire relaxatie: de ventrikels relaxeren en de aorta en truncus pulmonaliskleppen sluiten. De AV kleppen zijn op dit moment ook gesloten, dus er gaat geen bloed het hart in en er verlaat geen bloed het hart.
2. Ventriculair vullen: het bloed stroomt in de atria. Atriële contractie vindt plaats aan het eind van de diastole nadat de ventrikels gevuld zijn.

Bij atrieel fibrilleren contraheren de cellen van de atria compleet ongecoördineerd samen, waardoor ze geen goede pompfunctie hebben. De grafiek van de pulmonaire circulatie druk is ongeveer gelijk aan de druk van het linker ventrikel en van de aorta. De druk in de pulmonaire arterie is wel veel lager dan de druk in de aorta.

Harttonen

Er zijn twee harttonen tijdens een cardiale contractie:

1. Een zachte toon geassocieerd met het sluiten van de AV kleppen. Dit is het begin van de systole.
2. Een hardere toon geassocieerd met het sluiten van de pulmonaire en aorta kleppen. Dit is het begin van de diastole.

Bij gezonde mensen zijn deze harttonen duidelijk te horen. Hartgeruis kan een teken zijn van een hartziekte. Normale stroming van bloed door de kleppen is laminair. Dit betekent dat de stroom langzaam ongehinderd kan doorstromen. Turbulente stroming kan veroorzaakt worden doordat bloed snel in de goede richting stroomt door een abnormaal versmalde klep: een stenose. Als het bloed in tegengestelde richting stroomt door een beschadigde zwakke klep wordt het insufficiëntie genoemd. Bloed dat stroomt tussen de twee atria of ventrikels door een gat in de wand heet een septaal defect.

Een geruis tijdens de systole duidt op een stenotische pulmonaire of aorta klep, een insufficiënte AV klep of een gat in het interventriculaire septum. Een geruis tijdens de diastole duidt waarschijnlijk op een stenotische AV klep of een insufficiënte pulmonaire of aortaklep.

Cardiac output (CO): Cardiac output is het bloedvolume dat elke ventrikel pompt. Dit wordt uitgedrukt in liter per minuut.

CO : HR (heart rate; hartfrequentie) x SV (slagvolume)

De hartslag ontstaat compleet autonoom, zonder de innervatie van zenuwen of hormonen die de SA-knoop beïnvloeden. Er zijn wel een aantal parasympatische zenuwen (n.vagus) die eindigen op de SA knoop. Activiteit van deze parasympatische zenuwen zorgen ervoor dat de hartfrequentie wordt verlaagd. Activiteit van sympathische vezels zorgen er juist voor dat de hartfrequentie wordt verhoogd.

Sympathische vezels verhogen het pacemakerpotentiaal door de permeabiliteit van het F-type kanaal te verhogen.

Parasympatische verlagen het pacemakerpotentiaal juist. De grenswaarde is hierdoor pas na langere tijd bereikt.

Ook adrenaline kan de hartslag verhogen door op de bèta receptoren van de SA-knoop te werken. De hartslag is ook gevoelig voor veranderingen in lichaamstemperatuur, plasmaelektrolyten, en metabool adenosine.

Controle van het slagvolume

Tijdens een hartslag worden de ventrikels niet helemaal leeggepompt. Een sterkere contractie van het hart leidt tot een zo groot mogelijke leging van ventrikels.

Veranderingen in slagvolume worden door het volgende bereikt:

1. Veranderingen in het eind-diastolische volume (dit is het volume in de ventrikels net voor contractie soms ook wel vernoemd als preload)
2. Veranderingen in de mate van innervatie door het sympathische zenuwstelsel
3. Veranderingen van de afterload (dat is de arteriële druk tegen de ventriculaire pomp)

Frank-Starling mechanisme: als het ventriculaire volume stijgt, stijgt ook het slagvolume

Een verhoogde druk in de venen (venous return) verhoogt ook de cardiac output door het eind-diastolische volume te verhogen en dus het stroke volume.

Sympathische regulatie kan er ook voor zorgen dat het slagvolume stijgt. Als adrenaline het myocard stimuleert om harder samen te trekken, wordt er meer bloed uit de ventrikels gepompt.

Ejectiefractie (EF) is de ratio van het slagvolume tegen het eind-diastolische volume:

EF : SV / EDV

EDV: eind diastolisch volume

Adrenerge receptoren activeren G gekoppelde proteïnen cascade die ook betrokken zijn bij de productie van cyclisch AMP en activatie van een proteïne kinase. Hierbij zijn de volgende proteïnen betrokken:

• DHP receptoren in het plasmamembraan
• De ryanodinereceptor en geassocieerde proteïnen in het sarcoplasmatisch reticulum membraan
• Het dunne filament proteïnen, vooral troponine
• Dikke filament proteïnen met cross bridges
• Proteïnen betrokken bij het pompen van calcium terug in het sarcoplasmatisch reticulum

Hypertrofische cardiomyopathie

Een verdikking van het hartspierweefsel, vooral het interventriculaire septum en de wand van het linker ventrikel. Er is een disruptie van de gebruikelijke manier waarop monofilamenten zijn gelegen.

De verdikking van het septum zorgt ervoor dat de cardiac output niet wordt verhoogd tijdens momenten dat er een grotere hoeveelheid bloed nodig is in organen.

Ook het hart zelf is vaak slachtoffer van te weinig bloed (angina pectoris).

Disruptie van conductie kan ook leiden tot ernstige en fatale aritmieen.

De meeste mensen met hartproblemen hebben in het eerste stadium geen klachten, daarom leidt hypertrofische cardiomyopathie vaak tot plotselinge dood.

Vele oorzaken van hartfalen zijn nog niet bekend, maar wat wel opvalt is dat er een genetische predispositie is. Mutaties van eiwitten van het contractiele systeem inclusief troponine, tropomyosine en myosine worden vaak gevonden.

Section C: Het vasculaire systeem

Capillairen bestaan slechts uit een laag endotheel. Andere vaten hebben ook nog een laag gladde spieren en een laag bindweefsel om het vat heen.

Functies van endotheel:

1. Endotheel dient als fysieke grens in hart en bloedvaten waar bloedcellen niet aan vast gaan zitten.
2. Endotheel dient als permeabele barrière voor de uitwisseling van voedingsstoffen, metabole eindproducten en vloeistof tussen plasma en interstitiële vloeistof. Ze reguleren transport van macromoleculen en andere substanties.
3. Ze scheiden paracriene stoffen uit die hun functie uitoefenen op glad spierweefsel, inclusief vasodilatatoren (prostacycline en stikstof monoxide) en vasoconstrictoren (vooral endotheline-1)
4. Zetten aan tot angiogenese (nieuwe capillairen groei)
5. Spelen een centrale rol in vasculair remodeling door het herkennen van signalen en vrijmaken van paracriene stoffen die hun functie uitoefenen op de bloedvatwand
6. Dragen bij aan de vorming van extracellulaire matrix
7. Produceren groeifactoren in response op beschadiging
8. Scheiden substanties uit die bloedklontering en ontstolling reguleren
9. Synthetiseren actieve hormonen van inactieve precursors
10. 10. Degraderen hormonen en andere mediatoren
11. 11. Scheiden cytokinen uit tijdens immuunrespons
12. 12. Beïnvloeden vasculair zacht spierweefsel proliferatie in arteriosclerose

Arteriën

De aorta en andere systemische arteriën hebben een dikke wand met grote hoeveelheden dik elastisch weefsel er omheen. Hierdoor kunnen ze goed het bloed naar de weefsels vervoeren. bovendien dienen ze als drukreservoir om ook het bloed te kunnen vervoeren tijdens diastole.

Er zijn verschillende factoren die de arteriële bloeddruk beïnvloeden:

1. Het bloedvolume
2. De rekbaarheid van de wand: de compliantie

Compliantie is het verschil in volume gedeeld door het verschil in druk.

Ongeveer 1/3 van het bloed verlaat de arteriën tijdens systole. De rest van het bloed blijft in de arteriën tijdens systole. De rest van het slagvolume blijft in de arteriën tijdens systole, hierdoor zwelt de arterie op en stijgt de arteriële bloeddruk. De hoogste druk in een arterie wordt de systolische druk (SP) genoemd. De laagste druk wordt de diastolische druk (DP) genoemd. Gemiddeld zijn deze waarden 120/80 mmHg. Het verschil tussen SP en DP wordt pols druk genoemd.

Factoren die voor de pols druk zorgen zijn:

1. Het slagvolume
2. Snelheid van voorstuwen van het bloed
3. Arteriële compliantie

Bij arteriosclerose is de compliantie verminderd of de voorstuwing verlaagd.

MAP staat voor mean arterial pressure en dit is het gemiddelde van de arteriële druk. MAP wordt op de volgende manier berekend:

MAP = DP + 1/3 (SP-DP)

Meting van de systemische arteriële druk

Arteriële druk wordt gemeten door een sphygmomanometer. De band om de arm wordt opgepompt totdat de druk groter is dan de arteriële druk. Hierbij wordt voorkomen dat er bloed door de arteriën kan stromen. De lucht wordt langzaam weggelaten uit de band totdat arterie plotseling een beetje opent en er weer bloed doorheen kan stromen. Alleen tijdens de SP lukt het bloed om door de smalle opening te kunnen gaan. Dit wordt ook wel de Korotkoff’s sounds genoemd. Als de druk verder wordt verlaagd stoppen de Korotkoff’s sounds op het moment dat de DP wordt bereikt omdat er dan weer een normale doorlopende stroom in het bloedvat gaat.

Arteriolen

Arteriolen hebben twee belangrijke functies:

1. De arteriolen in de doelorganen zorgen ervoor dat bloed richting de organen stroomt.
2. De arteriolen zijn een belangrijke bepalende factor voor de mean arterial pressure (MAP).

F geeft de flow weer. De F in een orgaan bereken je als volgt: (MAP – veneuze druk) gedeeld door de weerstand in het orgaan. De veneuze druk is bijna gelijk aan 0, dus F in het orgaan kun je ook berekenen door: MAP/ weerstand in het orgaan.

Arteriolen hebben glad spierweefsel. De arteriolen worden grotendeels beïnvloed door hormonen, neurale innervatie of paracriene output. Deze spontane activiteit wordt de intrinsic tone genoemd. De signalen die de gladde spieren ontvangen zorgen voor een hogere calciumconcentratie in het cytosol waardoor de spier samentrekt.

Er zijn twee manieren waarop glad spierweefsel wordt beïnvloed:

1. Lokale controles
2. Extrinsieke (of reflex) controles

Lokale controles

Hierbij gaat het om mechanismen die onafhankelijk van hormonen of zenuwinnervatie werken. Hierbij regelen de arteriolen zelf de bloodflow, bloeddruk door autocriene of paracriene signalen.

Actieve hyperemie

Actieve hyperemie wordt veroorzaakt door een vergrote bloedflow en ontstaat als de metabole activiteit vergroot is. Dit ontstaat bijvoorbeeld in skeletspieren tijdens grote lichamelijke activiteit. Paracriene signalen zorgen voor vasodilatatie vooral zuurstofgebrek in het bloed voor de oxydatieve fosforylering is hier een goed voorbeeld van.

Metabole stoffen die stijgen tijdens inspanning zijn:

• Koolstofdioxide (CO2)
• Hydroxide ionen (verlaagde pH)
• Adenosine (afbraakproduct van ATP)
• Kaliumionen door verhoogde membraan repolarisatie
• Eicosanoïden bij afbraak van membraan fosfolipiden
• Osmolariteit
• Bradycardin dat wordt gevormd uit kininogeen door de actie van het enzym kallikreine dat wordt gesecreneerd door actieve kliercellen
• Stikstofoxide dat wordt vrijgemaakt uit endotheelcellen

Flow autoregulatie

Als arteriële bloeddruk daalt, verlaagt dit de bloedtoevoer naar een orgaan waardoor de zuurstofconcentratie daalt. Tegelijkertijd stijgen de metabole afbraakproducten, maar het bloed kan ze niet zo snel vervoeren als ze aangemaakt worden. Dit zorgt ervoor dat de vaten gaan dilateren waardoor er grotere zuurstof toevoer is en meer afvoer van afbraakproducten.

Myogene respons

Gladde spierweefsels reageren direct op verhoogde rek in de wanden. Hierdoor contraheren ze extra. Verlaagde druk zorgt voor hogere dilatatie.

Reactieve hyperemie

Als een orgaan volledig van bloed wordt afgesloten, zorgen paracriene signalen ervoor dat er opnieuw bloedtoevoer gaat plaatsvinden doordat de arteriolen dilateren. Hierdoor worden de wanden uitgerekt en zodra er weer bloed kan stromen, wordt er een grote hoeveelheid bloed naar het orgaan gestuurd zodat het bloedtekort snel ingehaald kan worden.

Extrinsieke controles

Sympathische zenuwen

Sympathische zenuwen kunnen zorgen voor vasoconstrictie en vasodilatatie. Er is geen parasympatische innervatie van arteriolen. Er zijn ook autonome postganglionaire neuronen die geen gebruik maken van adrenaline/ noradrenaline, maar gebruik maken van stikstofoxide (NO). Adrenaline kan ook aangestuurd worden als hormoon. Het bindt aan de alpha 2 bètha-adrenerge receptoren. Ook angiotensine 2 en vasopressine zijn belangrijk voor constrictie van de meeste arteriolen. Atrial Natriuretic petide (ANP), dat gesecreerd wordt door hartspierweefsel is een belangrijke vasodilatator. Er is geen parasympathische innervatie van arteriolen die noemenswaardig is.

Endotheliale cellen en vasculair glad spierweefsel

Stikstofoxide dat door endotheel wordt uitgescheiden is een belangrijke vasodilatator. Stikstofoxide door endotheel uitgescheiden, wordt ook wel endothelium derived relaxing factor genoemd (EDRF). Ook scheiden endotheel cellen het eicosanoïd prostacycline uit (PGL2). Als endotheline (ET-1) zorgt voor vasoconstrictie. Het is een paracrien signaal, maar als het in hoge concentraties gesecreerd wordt, kan het ook als een hormoon werken. Shear stress is de kracht op de binnenste wand van het bloedvat. Dit zorgt dat de bloedflow vergroot. Door deze vergrote kracht laat het endotheel PGI2 en NO vrij en verlaagt het de vrijlating van ET-1. Hierdoor contraheert het bloedvat. Dit heet Flow Induced Arterial Vasodilatatie en moet onderscheiden worden van autoregulatie.

Capillairen

De vorming en beweging van capillairen wordt veroorzaakt door angiogenic factors als fibroblasten en endotheelcellen. Ook kankercellen scheiden angiogene factoren uit. Angiostatine is een voorbeeld van een substantie die bloedvatgroei remt. Deze stof wordt ook gebruikt tegen tumoren.

Anatomie

De cellen die samen een capillair vormen zijn niet aan elkaar vast, maar gescheiden door intercellular clefts. Endotheelcellen bevatten grote aantallen endocytotische en exocytotische vesicles en soms fuseren die om fused-vesicle channels te vormen.

De bloedflow van capillairen hangt vooral af van de bloeddruk en bloedflow van arteriolen.
In sommige weefsels en organen gaat het bloed niet direct via de arteriolen de capillairen in, maar eerst langs bloedvaatjes, metarteriolen genoemd. De plek waar capillairen van de metarteriolen ontspringen, zijn omringd door glad spierweefsel, de preecapillary sfincter, dat kan relaxeren of contraheren in respons op lokale mediatoren.

Snelheid van capillaire bloedflow

De snelheid waarmee het bloed stroomt is veel lager in de capillairen omdat de totale doorsnede van de capillairen in totaal vele malen groter is dan de doorsnede van de arteriën bij elkaar. Door deze lage stroomsnelheid in de capillairen is het gemakkelijker om stoffen uit te scheiden.

Diffusie, vesikel transport en bulk flow zijn de belangrijkste manieren waardoor stoffen worden uitgewisseld met de capillairen. Capillairen verschillen onderling van opbouw. De capillairen in de hersenen bijvoorbeeld hebben geen intercellulaire clefts waardoor wateroplosbare substanties alleen door middel van carriertransport een capillair in/uit kunnen gaan. Capillairen in de lever bijvoorbeeld hebben grote gaten in de wand zodat zelfs grote eiwitten er gemakkelijk doorheen kunnen.

Diffusie door de capillaire wand: uitwisseling van voedingstoffen en metabole eindproducten

Drie mechanismen staan verschuiving van substanties van het interstitium naar het bloedplasma toe:

1. Diffusie
2. Vesikeltransport
3. Bulkflow

Een vierde mechanismen in de hersenen voorkomend, is gemedieerd transport. Dit wordt hieronder niet besproken.

In alle capillairen (de hersencapillairen uitgesloten) is diffusie het enige middel waarmee voedingstoffen, zuurstof en metabole eindproducten langs de capillaire wand bewogen kunnen worden. Vetoplosbare stoffen zoals zuurstof en koolstofdioxide kunnen makkelijk langs de capillaire wand diffunderen. Voor wateroplosbare stoffen is dat moeilijker. Hoe moeilijk dat is, hangt af van de grootte van de water-gevulde kanalen in de capillaire wand. In de hersenen is transport bijna onmogelijk, in de lever is dat juist heel goed mogelijk.

Bulkflow van proteïne vrij plasma

Hiermee wordt de herverdeling van interstitiële vloeistof geregeld. De hydrostatische druk zorgt ervoor dat de proteïne vrij plasma zomaar door de capillairwand kan. De druk in de bloedvaten zorgt ervoor dat het plasma naar de interstitiële vloeistof wordt gepompt en de osmotische waarde daarentegen zorgt ervoor dat niet alle plasma uit de bloedvaten wordt gepompt. Dit wordt Netto Filtration Pressure (NEP) genoemd.

Bloedplasma bevat veel kristalloïden zoals natrium, chloride en kalium. Maar omdat de wand van de capillairen permeabel is voor deze stoffen is de concentratie van deze stoffen in de interstitiële vloeistof en bloedvat gelijk.

Colloïden zijn ook plasma proteïnen maar deze kunnen niet door de capillairwand heen. Hierdoor is de concentratie colloïden in het plasma veel hoger dan in de interstitiële vloeistof. Dit zorgt ervoor dat er nog vloeistof in de bloedvaten blijft, want de waterconcentratie in plasma en interstitiële vloeistof blijft gelijk. Dit wordt absorptie genoemd.

Al deze waarden vormen samen deze formule:

NEP : Pc + πif –Pif – πc

Pc : capillary hydrostatic pressure

Pif : interstitial hydrostatic pressure

Πc : osmotic force due to plasma protein concentration

Πif : the osmotic force due to interstitial fluid protein concentration

Deze vier krachten worden ook wel Starling forces genoemd

Capillary Filtration Coefficient : een meting van hoeveel vloeistof gefilterd zal worden per mmHg netto filtratiedruk. Dit fenomeen is vooral belangrijk in de nieren.

Venen

De totale druk van het stromend bloed in de venen is ongeveer 15 mmHg. Hierdoor worden alleen producten met een lage weerstand van weefsels naar het hart vervoerd. Omdat het bloedvolume in de venen vergroot is, is ook de diameter van een veen veel groter dan de arteriën. Ongeveer 60 procent van het bloed bevindt zich in de venen.

De bloedvatwand van de venen bevatten glad spierweefsel dat geïnnerveerd wordt door sympathische neuronen. Verhoogde constrictie zorgt ervoor dat er meer bloed naar het hart gepompt wordt.

Ook de skeletspierpomp en de ademhalingspomp zorgen ervoor dat de veneuze druk en veneuze return naar het hart plaatsvindt.

Tijdens skeletspiercontracties worden de venen namelijk gedeeltelijk samengedrukt. Hierdoor wordt de diameter kleiner en het bloed weg geperst. Omdat de venen kleppen hebben kan het bloed niet richting voeten, maar alleen richting hart gaan.

Bij de respiratoire pomp wordt er gebruik gemaakt van de onderdruk in de thorax tijdens het ademen. Doordat er een onderdruk ontstaat wordt het bloed naar de thorax toe getrokken.

De veneuze return moet hierbij gelijk zijn aan de cardiac output.

Het lymfatisch systeem

Het lymfatisch systeem is een netwerk van kleine orgaantjes (lymfeknopen) en buisjes (lymfevaten) waar door lymfe ( een vloeistof verkregen van interstitiële vloeistof) stroomt.

In het interstitium van bijna alle organen en weefsels bevinden zich lymfatische capillairen die totaal verschillend zijn van bloedvat capillairen.

Bij het lymfesysteem begint het bij de lymfeknoop. Vanaf daar wordt de interstitiële vloeistof in lymfecapillairen verzameld. De capillairen verenigen zich samen tot grotere buizen totdat de grotere buizen uiteindelijk verenigd worden in twee grote lymfatische ductuli die hun interstitiële vloeistof afgeven aan de vv. jugularis en vv. subclavia.

Kleppen in de lymfevaten zorgen ervoor dat het vocht niet kan terugstromen.

Het falen van het lymfesysteem door bijvoorbeeld infectieziekten als elephantiasis zorgt ervoor dat het lymfesysteem niet meer werkt en ter plaatste een enorme zwelling van interstitiële vloeistof ontstaat. Deze soort zwelling wordt ook wel edema (oedeem) genoemd.

Glad spierweefsel in de wanden van lymfevaten zorgen voor ritmische contracties. Dit gladde spierweefsel reageert op rek. Ook skeletspierweefsel zorgt voor toename van het stromen van lymfevloeistof.

Oorzaken van oedeem

Hartfalen kan zorgen voor verhoogde veneuze druk waardoor het bloed terug in de capillairen gepompt wordt en de hydrostatische druk (Pc) stijgt en de filtratie sneller gaat dan het wegvoeren van interstitiële vloeistof.

Ook tijdens beschadiging van weefsel wordt er Histamine vrijgelaten zodat de arteriolen gaan dilateren. Hierdoor stijgt de capillaire druk en filtratie. Ook zorgen de vrijgekomen stoffen van beschadigd weefsel dat de intercellulaire clefts groter worden waardoor meer proteïnen uit de bloedstroom kunnen gaan en de osmotische waarde buiten de bloedstroom ook vergroot.

Ook zijn er ziekten waarbij plasmaproteïnen verlaagd worden. Hierdoor wordt de hoofd absorptieve kracht van de capillairen πc verlaagd. Bij ondervoeding kan het gebeuren dat er te weinig eiwitten ingenomen worden (kwarshiorkor) hierdoor komt de interstitiële vloeistof in de holtes in het abdomen en ontstaat er een gezwollen buikje.

Section D: Integratie van de cardiovasculaire functie: regulatie van de systemische arteriële druk

De gemiddelde systemische arteriële druk wordt als volgt gevormd:

MAP (mean arterial pressure): CO (cardiac output) x TPR (total peripheral resistance)

Delta P (pressure): F (flow) x R (resistance)

Samen vormen deze formules:

MAP – Right arterial pressure : CO x TPR

Maar omdat de druk in het rechter atrium bijna 0 is, kan de formule ook zo omgeschreven worden:

MAP: CO x TPR

Mean pulmonary arterial pressure: CO x Total pulmonary vascular resistance

Baroreflexen

Arteriële baroreflexen

Baroreflexen reageren op druk in de bloedvaten. Barororeceptoren bevinden zich in de carotide sinus op de plek waar a. carotis communis wordt gesplitst in a. carotis interna en a. carotis externa. Andere baroreceptoren bevinden zich in de aortaboog.
Een baroreceptor is een zenuw met uitgespreide vertakkingen die de rek op de bloedvatwand meten. Afferente neuronen brengen het signaal naar de hersenstam en van daar worden neurovasculaire controle centra geïnnerveerd.

Het medullaire cardiovasculaire centrum

Het primaire integratiecentrum van de baroreceptor reflexen is een diffuus netwerk van in hoge mate verbonden neuronen. Dit complex wordt de medullary cardiovascuolar center genoemd. Het ligt in de medulla oblongata. Dit centrum innerveert de n. vagus en sympatische neuronen.

Als de arteriële druk stijgt, worden de baroreceptoren geprikkeld waardoor de sympatische outflow naar het hart, arteriolen en venen verminderd worden en de parasympatische outflow naar het hart vergroot wordt.

Ook angiotensine II en vasopressine secretie helpen om de bloeddruk te bepalen. Verlaagde arteriële druk zorgt voor verhoogde plasmaconcentraties van deze beide hormonen.

Als de bloeddruk daalt door bijvoorbeeld een bloeding, wordt de mate van ontlading op de bloedvatwand ook minder. Dit zorgt voor:

1. Verhoogde hartslag door verhoogde sympathische activiteit en verlaagde parasympathische activiteit
2. Verhoogde ventriculaire contractiliteit door de verhoogde sympathische activiteit naar het ventriculaire myocard
3. Arteriolaire constrictie door verhoogde sympathische activiteit naar de arteriolen en verhoogde plasmacocentraties van angiotensine II en vasopressine
4. Verhoogde veneuze constrictie door verhoogde sympathische activiteit van de venen.

Dit samen zorgt voor verhoogde cardiac output (verhoogde hartfrequentie en slagvolume), verhoogde perifere weerstand en de bloeddruk wordt weer als daarvoor.

Maar als bloeddruk enige tijd van het normale setpoint afwijkt, raken de baroreflexen hieraan gewend. Ze hebben dus verlaagde frequentie van actiepotentialen op een bepaalde bloeddruk.

Bloedvolume en lange termijn regulatie van arteriële druk

Bloedvolume is de belangrijkste determinant voor arteriële druk omdat het de veneuze druk, veneuze return, het eind-diastolische volume, slagvolume en cardiac output bepaald.

Andere cardiovasculaire reflexen en responsen

De volgende stimuli verzorgen allemaal een verhoogde bloeddruk:

• Verlaagde arteriële zuurstofconcentratie
• Verhoogde arteriële koolstofdioxideconcentratie
• Verlaagde bloedflow naar de hersenen
• Pijn die zijn oorsprong vindt in de huid (pijn in de viscera veroorzaakt juist verlaagde arteriële bloeddruk)
• Ook stemming, stress, beweging of juist slaap kunnen bloeddruk veranderen

Verhoogde intracraniële druk

Er zijn verschillende oorzaken die kunnen zorgen voor verhoogde bloeddruk in de hersenen. Dit kan een tumor of een trauma zijn dat zorgt voor een bloeding of oedeem. Het probleem in de hersenen is dat er geen zwelling kan optreden naar buitenaf doordat de schedel dit vermijdt. Hierdoor wordt de bloedtoe- en afvoer veel te laag, stijgen de metabolieten en afvalproducten zo dat ze het sympathische zenuwstelsel krachtig innerveren. Alleen het verwijderen van de tumor, bloeding of oedeem kan de druk verlagen.

Deze verhoogde druk in de schedel wordt het Cushing’s phenomeen genoemd.

Section E: Cardiovasculaire patronen in gezondheid en ziekte

Hypotensie

Hypotensie is een lage bloeddruk. Een veel voorkomende oorzaak is een bloeding. Ook dan worden de baroreflexen geactiveerd: de hartslag gaat omhoog, de vaten contraheren en de bloeddruk stijgt. Een andere belangrijke factor om bloeddruk te laten stijgen is het resorberen van interstitiële vloeistof in de capillairen.

Deze mechanismen worden autotransfusie genoemd, waarbij de bloeddruk binnen 12 tot 24 uur weer op normale waarden zijn. Wel daalt de hematocrietwaarde.

Als de bloeddruk weer op peil is, wil dat niet zeggen dat het verloren bloed direct vervangen wordt. Alleen de nieren kunnen voor vervanging zorgen door hormonen uit te scheiden. Deze hormonen zijn renine, angiotensine en aldosteron.
De vervanging van erythrocyten wordt gedaan door erythropoietine dat erythropoiese stimuleert (dit is de rijping van rode bloedcellen). Deze vervanging van rode bloedcellen heeft dagen tot een week nodig.

Ook het verlies van natrium (door zweten, diarree, overgeven of overmatig urineverlies) kan leiden tot een te lage bloeddruk.

Een verlaagde bloeddruk kan ook het resultaat zijn van een slecht werkend hard, bij een hartaanval bijvoorbeeld (cardiogeen).

Emoties kunnen ook een grote rol spelen bij de bloeddruk. De hersencentra die betrokken zijn bij emoties remmen namelijk de sympathische activiteit en vergroten de parasympatische activiteit. Hierdoor kan een vasovagale collaps ontstaan.

Allergische reacties kunnen ook leiden tot verlaagde bloeddruk doordat de vaten gaan dilateren (anafylaxis).

Shock

Situatie waarin een verlaagde bloedflow leidt tot hypoxie in de organen en weefsels, waardoor deze ischemisch worden en beschadigen.

Hypovolemische shock: veroorzaakt door een verlaagd bloedvolume door bloeding of vochtverlies op andere wijze.

Distributieve shock: dit is als gevolg van een verlaging in totale perifere weerstand door het vrijlaten van stoffen die zorgen voor vasodilatatie. Dit komt voor bij allergieën (anafylaxis) en infecties (sepsis).

Cardiogene shock: gevolg van extreme verlaging van cardiac output door verschillende factoren (bijvoorbeeld hartaanval)

Upright posture

Als gevolg van zwaartekracht is de bloeddruk in de voeten veel hoger. Hierdoor kan er meer bloed uit de bloedvaten geperst worden en kan er oedeem ontstaan bij lang staan.

Inspanning

Wat gebeurt er tijdens inspanning met de bloeddruk: cardiac output stijgt en de perifere weerstand daalt. De mean arterial pressure stijgt gemiddeld een beetje.

De polsdruk (verschil tussen systolische en diastolische druk) stijgt omdat het slagvolume toeneemt en de snelheid waarmee het slagvolume wordt weggestuwd ook stijgt.

Maximal Oxygen Consumption (VO2 max)

VO2 Max wordt gelimiteerd door:

1) cardiac output

2) de hoeveelheid zuurstof de longen aan het bloed af kunnen geven

3) de hoeveelheid zuurstof de spieren kunnen opnemen uit het bloed

Training zorgt ervoor dat het slagvolume vergroot, en dat er meer bloedvaatjes in de spieren komen zodat de spier een beter zuurstofvoorziening heeft en betere CO2 afgifte. Ook zorgt training voor een grotere concentratie oxidatieve enzymen en mitochondriën in getrainde spieren.

Hypertensie

Chronisch verhoogde arteriële bloeddruk. Dit is bloeddruk boven 140/90 mmHg.

Hypertensie kan ontstaan door verhoogde cardiac output of verhoogde perifere weerstand.

Renale hypertensie ontstaat meestal door nierbeschadiging. Hierdoor wordt er meer renine vrijgelaten door de nieren en dus meer angiotensine II.

Primaire hypertensie: hypertensie met onbekende oorzaak (95% van de gevallen).

Men denkt dat kaliumwaarden in het bloed een rol spelen, dat er dus mensen zijn die meer gevoelig zijn voor zouten in het bloed dan andere mensen.

Diuretica worden gegeven om mensen meer te laten plassen. In de urine is dan een vergrote hoeveelheid kalium te vinden.

Ook een lage calciuminname is waarschijnlijk een oorzaak van hypertensie. Mensen met obesitas of een zittende levensstijl hebben een vergrote kans op hypertensie. Ten slotte speelt roken nog een rol.

Gevolgen van hypertensie zijn onder andere linker ventriculaire hypertrofie omdat het linkerventrikel chronisch tegen een hoge bloeddruk moet pompen. Uiteindelijk lijdt dit tot verminderde hartfunctie en hartfalen.

Hypertensie kan ook leiden tot arteriosclerose, hartaanvallen, nierschade en beroerte (breuk van de cerebrale bloedvaten zodat er plaatselijk hersenschade ontstaat).

Medicijnen die tegen hoge bloeddruk worden gebruikt zijn:

• Diuretica: verhoogde urine en natrium eliminatie
• Bèta adrenerge receptor blockers: verminderen cardiac output
• Calcium kanaal blokkers: verlagen de toegang van calcium in het vasculaire gladde spierweefsel zodat ze minder goed samentrekken.
• Angiotensine – converting enzyme (ACE) remmers: deze remmen de vorming van angiotensine II in plasma zodat de arteriën gaan dilateren. Dit zorgt voor een lagere perifere weerstand. Dit medicijn zorgt ervoor dat het linker ventrikel zich niet gaat aanpassen aan de situatie en er ontstaan dus minder gevaren voor een hartaanval.
• Medicijnen die sympathische activiteit onderdrukken.

Heart failure (hartfalen)

Hartfalen is een verzameling van tekenen en symptomen die voorkomen als een hart faalt om adequaat bloed rond te pompen door bijvoorbeeld coronairvaten die te weinig bloedtoevoer krijgen of het hart dat tegen een te grote bloeddruk moet oppompen. Mensen met hartproblemen worden in twee categorieën verdeeld:

1. mensen met diastolische dysfunctie (problemen met ventriculair vullen)
2. mensen met systolische dysfunctie (problemen met ventriculaire stuwing)

Diastolische dysfunctie gaat vooral om het minder kunnen rekken van de ventrikels zodat er minder bloed in kan gaan. Hierdoor is het eind-diastolische volume verlaagd. De meest voorkomende oorzaak hiervan is ventrikelhypertrofie op basis van systemische hypertensie.

Systolische dysfunctie is meestal het resultaat van myocard schade door bijvoorbeeld een hartaanval. Hierdoor wordt er minder bloed weg gepompt uit het hart.

Verlaagde cardiac output prikkelt de baroreflex. Dit komt omdat de baroreceptoren minder snel ontladen en de hersenen denken dat er een verlaagde bloeddruk is. De hersenen zorgen dat de hartslag wordt verhoogd door verhoogde sympathische en verlaagde parasympatische ontlading van het hart.

De totale perifere weerstand wordt verhoogd door verhoogde sympathische activatie die zorgt dat de bloedvaten contraheren.

Failure (falen) van het linker ventrikel zorgt voor pulmonair oedeem. Er hoopt vocht op in de interstitiële ruimte van de longen en luchtruimten zelf, wat er voor zorgt dat er minder gaswisseling kan plaatsvinden. Het linker ventrikel faalt om evenveel bloed rond te pompen als het rechterventrikel. Hierdoor stijgt de bloeddruk van alle pulmonaire bloedvaten. Ook stijgt de druk in de capillairen zodat er vocht uit wordt geperst.

De volgende medicijnen worden gebruikt tegen hartfalen:

• Diuretica
• Cardiac inotroop medicijn: medicijnen als digitalis verhogen de ventriculaire contractiliteit door de systolische calcium concentratie in myocardcellen te laten stijgen. Hoewel dit tegenstrijdig lijkt, lijkt het te helpen.
• Vasodilatatoren: verlagen de perifere weerstand dus ook de bloeddruk door vasoconstrictie tegen te gaan of door verminderde angiotensine II in het bloed te vormen.
• Bèta adrenerge receptor blokkers: deze blokkeren de adrenerge receptoren in het myocard.

Coronair arterielijden

Verminderde bloedtoevoer in een of meer coronaire vaten zorgt voor ischemie. Een dodelijk gevolg kan zijn: myocardschade, myocard infarct of hartaanval.

Een voorbode kan angina pectoris zijn.

Symptomen myocard infarct:

• Hevige pijn op de borst, uitstralend naar de kaak of linker arm
• Nausea (braakneiging)
• Overgeven
• Zweten
• Zwakte
• Kortademigheid

Diagnose kan verkregen worden door een ECG of door het aantonen van bepaalde proteïnen in het plasma (vooral creatine kinase of myocard-specifiek troponine).

Plotseling overlijden door myocard infarct ontstaat door ventrikelfibrilleren. Dit is een abnormaliteit in impulsgeleiding. Dit zorgt voor ongecoördineerde ventriculaire contracties die geen bloed kunnen doorstuwen.

Een aantal mensen kan gered worden door cardiopulmonary resuscitation (CPR). Dit is een serie mond op mondbeademingen en borstcompressies zodat er een kleine hoeveelheid zuurstof naar de hersenen kan gaan.

CPR wordt gevolgd door defibrillatie, waarbij een elektrisch signaal door het hart wordt gestuurd om het abnormale fibrilleren tegen te gaan.

De Automatic Electronic Defibrillator (AED) zorgt hier ook voor.

Een veel voorkomende oorzaak van een myocardinfarct is atherosclerose.

Dit is een aandoening waarbij de bloedvatwand verdikt wordt door plaques door:

1. grote hoeveelheid gladspierweefsel om de wand van het bloedvat, aanwezigheid van macrofagen en lymfocyten
2. afzetting van cholesterol en andere vette substanties in cellen maar ook extracellulair
3. dichte lagen van bindweefsel matrix

Artherosclerose zorgt voor verlaagde doorstroom. Ook scheiden endotheelcellen nog extra vasoconstrictoren uit (endotheline 1) en remmen de hoeveelheid vasodilatatoren (NO en prostacycline). Uiteindelijk leiden deze factoren tot afsluiting van het bloedvat, oftewel coronaire trombose.

Risicofactoren zijn:

1. hoge concentraties cholesterol en aminozuur homocysteine
2. hypertensie
3. diabetes
4. obesitas
5. zittende levensstijl
6. stress
7. menopauze (bij vrouwen worden hartaanvallen pas gezien na de menopauze)

Hoe weinig er ook wordt getraind, elke training is beter dan geen. Het zorgt namelijk voor:

• Verlaagde zuurstofbehoefte van het myocard tijdens rust en verlaagde bloeddruk in rust

• Vergrote diameter van coronair arteriën

• Verlaagde kans op hypertensie en diabetes. Dit zijn de twee grootste risicofactoren voor atherosclerose.

• Verlaagde plasmacholesterol concentratie door verhoogd HDL

Foliumzuur kan ook een beschermende functie hebben tegen een hartinfarct omdat het de concentratie van het aminozuur homocysteine verlaagt. Homocysteine heeft verschillende atherosclerotische effecten.

Nitroglycerine wordt vaak toegediend als medicament bij angina pectoris omdat het omgezet wordt in nitric oxide (stikstof oxide, NO) dat de vaten dilateert.

Er zijn verschillende chirurgische ingrepen voor coronair arterieel lijden, namelijk:

• Percutane transluminale angioplastiek (PTCA). Hierbij wordt een katheter met een ballon in het afgesloten deel van de arterie geplaatst en daarna opgeblazen. Dit vergroot het lumen en maakt de afsluiting kapot. Meestal wordt dit gecombineerd met een permanente stent. Dit is een stukje staal dat het bloedvat open houdt.

• Coronaire bypass: hierbij wordt een nieuw stukje bloedvat aan het verstopte stukje arterie wordt gezet die is genomen van een vene in een deel van het lichaam van de patiënt waar het gemist kan worden.

Mensen met atherosclerotische cerebrale bloedvaten kunnen ook lijden aan neurologische tekorten als Transient Ischemic Attacks (TIAs).

Een ader kan ook afgesloten worden door een embolus of bloedprop.

Section F: Bloed en hemostase

Plasma

Plasma bestaat uit een aantal opgeloste substanties. De rol van plasmaproteïnen is om de osmotische druk te handhaven: ze zorgen dat vloeistof uit de extracellulaire vloeistof de capillairen in kan gaan. Plasma proteïnen kunnen onderverdeeld worden onder drie groepen:

1. Albuminen
2. Globulinen
3. Fibrinogeen

De functie van fibrinogeen is helpen met bloedklontering. Serum is het plasma zonder fibrinogeen en andere proteïnen die helpen met bloedklontering.

Bloedcellen

Erytrocyten

Hoofdfunctie is het vervoeren van zuurstof en koolstofdioxide. Erytrocyten bevatten veel hemoglobine voor dit vervoer. Zuurstof bindt aan ijzeratomen in de hemoglobine moleculen. Erytrocyten hebben een biconcave vorm. Hierdoor hebben ze een grote oppervlakte waardoor zuurstof en koolstofdioxide gemakkelijk kunnen diffunderen naar het binnenste van de cel. Erytrocyten worden gemaakt in het beenmerg, vooral in rood beenmerg. Jonge erytrocyten worden ook wel reticulocyten genoemd omdat ze als ze jong zijn nog een aantal ribosomen hebben waardoor ze een reticulaire (weblike) verschijning hebben. Alleen rijpe erytrocyten, dus zonder ribosomen, komen in de circulatie.

Erytrocyten leven ongeveer 120 dagen en elke dag worden er 250 biljoen nieuwe erytrocyten gemaakt per dag. Vernietiging van erytrocyten gebeurt in de lever en milt. Het afbraakproduct van hemoglobine is bilirubine dat terugkeert naar plasma en dit een gelige kleur geeft.

IJzertekorten (iron deficiency) leidt tot inadequate hemoglobine productie of ernstige toxische effecten (hemochromatose). De opslag van ijzer gebeurt in de leven als het proteïne ferritine. Ferritine dient als buffer tegen ijzer deficiëntie.

IJzer wordt goed hergebruikt: als erytrocyten worden afgebroken in de milt, wordt hun ijzer in het plasma afgegeven en gebonden aan ijzer-transport plasma proteïne transferrine. Transferrine brengt al het ijzer naar het beenmerg om te worden hergebruikt in nieuwe rode bloedcellen.

Foliumzuur en vitamine B12

Folic acid (foliumzuur) is een vitamine die vooral wordt gevonden in gebladerde planten, gist en lever. Het is nodig voor de synthese van de nucleotide base thymine. Het is dus essentieel voor de vorming van DNA. Als er te weinig foliumzuur aanwezig is, remt dit de vorming van snel vormende cellen als erytrocyten. Productie van erytrocyten heeft ook cobalt bevattende moleculen namelijk vitamine B12 nodig om foliumzuur te activeren. Opname van vitamine B12 heeft intrinsic factor nodig die geproduceerd wordt door de maag. Als er geen intrinsic factor wordt gemaakt, ontstaat er een erytrocyt deficiëntie die ook wel een pernicieuze anemie wordt genoemd.

Erythropoiese: productie van erytrocyten. Erytropoiese wordt gecontroleerd door het hormoon erythropoietine dat wordt uitgescheiden in het bloed door bindweefselcellen in de nieren. Erytropoietine werkt op het rode beenmerg dat productie van erytrocyten stimuleert/remt

Erytropoietine hormoon wordt verhoogd als er een zuurstoftekort plaats vindt in het bloed. Ook testosteron stimuleert de productie van erythropoietine.

Anemie

Een verlaagde mogelijkheid van bloed om zuurstof te kunnen vervoeren als gevolg van:

1. Verminderd aantal erytrocyten met normale hoeveelheid hemoglobine
2. Verminderde concentratie hemoglobine per erytrocyt
3. Combinatie van beide

Sikkelcelanemie

Sikkelcelanemie is een gevolg van genetische mutatie die de aminozuur in de hemoglobine ketting verandert. In capillairen met een lage zuurstofconcentratie interacteren hemoglobinemoleculen met elkaar en vormen vezelachtige structuren die de vorm van het erytrocytmembraan vernietigen. Dit zorgt voor weefselschade en pijn. Sikkelcelanemie bestaat nog steeds omdat heterozygoten resistent zijn tegen malaria (evolutionair voordeel).

Polycythemie is een aandoening waarbij er veel te veel erytrocyten in het bloed aanwezig zijn. Hierdoor wordt het bloed visceuzer en moet het hart beter pompen.

Leukocyten

Polymorphonucleaire granulocyten bestaan uit drie klassen leukocyten die meer gelobte nuclei hebben en granula.

• Eosinofielen nemen het rode eosine op
• Basofielen nemen de blauwe basische oplossing op
• Neutrofielen nemen geen van beide oplossingen op

Monocyten zijn ook een klasse leukocyten. Ze zijn groter dan granulocyten en hebben een enkele ovale of hoefijzervormige nucleus en relatief weinig granulen in het cytoplasma. Lymfocyten hebben weinig cytoplasma en een enkele relatief grote kern. Leukocyten worden gevormd in het beenmerg, maar monocyten en lymfocyten ontwikkelen zich uiteindelijk verder in weefsels buiten het beenmerg.

Thrombocyten

Thrombocyten zijn kleurloos, hebben geen kern en zijn veel kleiner dan erytrocyten. Thrombocyten worden gevormd als cytoplasmatische porties van grote beenmergcellen, namelijk megakaryocyten, de circulatie binnen gaan. In volwassenen speelt het beenmerg in de borst, schedel en bovenste extremiteiten nog slechts rol in de bloedcel vorming.

Alle bloedcellen zijn afgeleid van pluripotente hematopoietische stam cellen. Als deze in dochtercellen verdelen ontstaan er of lymfoide stamcelen (deze vormen lymfocyten) of myeloide stamcellen (dit zijn de progenitoren van alle andere cellen). Proliferatie en differentiatie van deze progenitorcellen worden beïnvloed door hormonen, namelijk: hematopoetische growth factors (HGFs).

Erytropoietine is een HGF voor erytrocyten

Colony-stimulating factors (CSFs) – granulocyten en monocyten

Interleukins – lymfocyten

Thrombopoietine – thrombocyten

Stam cell factor – verschillende soorten bloedcellen

Hemostase: voorkomen van bloedverlies

Een hematoom is een ophoping van bloed in weefsels als resultaat van een bloeding van een bloedvat. Bij hemostase worden de kapotte stukken bloedvat door vasoconstrictie tegen elkaar gedrukt en plakken ze aan elkaar. Dit stopt het bloeden. Het definitief sluiten van het bloedvat gebeurt door een trombocytenplug en bloedcoagulatie (klontering). Als een bloedvat beschadigd is, is de laag endotheel kapot en komen de bindweefselvezels vrij. Aan deze vezels hechten de trombocyten zich met behulp van Von Willebrand factor (vWF). Dit is een plasma proteïne gesecreerd door endotheelcellen en trombocyten. Als trombocyten binden secreren ze een aantal chemische signalen, zoals: ADP (Adeninedifosfotase) en serotonine. Hierdoor worden het metabolisme, vorm en oppervlakte proteïnen van trombocyten verandert. Dit proces van verandering heet: platelet activation.

Sommige veranderingen zorgen ervoor dat trombocyten zich aan oude trombocyten vastplakken. Dit wordt plaatjesaggregatie genoemd. Dit zorgt voor het ontstaan voor de plaatjesplug in het bloedvat. Adhesie van de trombocyten zorgen voor de synthese van tromboxane A2 om verdere trombocytenaggregatie (samenvoeging) te stimuleren. Fibrinogeen vormt de bruggen tussen geaggregeerde trombocyten. De trombocyten kunnen een bloedvat volledig herstellen doordat ook de trombocytenplug zelf samentrekt. Dit wordt ook wel clot retraction genoemd. Terwijl de plug wordt gemaakt, contraheert het bloedvat zodat de doorstroomsnelheid vermindert. Deze verandering is een reactie op tromboxane A2.

Het aangrenzende niet beschadigde endotheel secreert prostacyline (PGI2) dat ervoor zorgt dat de trombocyten niet aan dit endotheel aggregeren. Ook NO (stikstofoxide) remt de trombocytenadhesie, activatie en aggregatie.

Coagulatie (stolling)

Bloedcoagulatie oftewel stolling is het proces waarbij bloed getransformeerd wordt naar een solide gel, namelijk een prop of trombus en bestaat voornamelijk uit de polymeer fibrine. Protrombine wordt omgezet in trombine. Trombine katalyseert de reactie waarbij verschillende polypeptiden worden gesplitst tot de vorming van fibrinogeen en wordt snel omgezet en verstevigd tot fibrine. Fibrine wordt gestabiliseerd door het enzym XIIIa dat is gevormd uit het plasma proteïne XIII. Trombine katalyseert dus fibrinevorming, maar ook activatie van XIII. Geactiveerde trombocyten verzoenen ook fosfolipiden, namelijk plaatjesfactor (PF), die functioneert als cofactor in de stappen van coagulatie. Ook calcium is nodig in verschillende stappen van coagulatie.

Twee pathways van de aggregatie vinden tegelijkertijd plaats, namelijk:

1. De intrinsieke pathway: zo genoemd omdat alle benodigdheden in het bloed aanwezig zijn
2. De extrinsieke pathway: zo genoemd omdat een cellulair component buiten het bloed nodig is

Hemofilie wordt veroorzaakt omdat factor VIII (hemofilie A) of factor IV (hemofilie B) niet aanwezig is.

Antistollingssystemen

Je kunt de antistolling in drie mechanismen onderscheiden:

• Tissue factor pathway inhibitor (TFPI) dat wordt gesecreerd door endotheelcellen. Deze factor bindt aan weefsel factor VIIa en remmen de vorming van Xa. Door dit mechanismen kan de extrinsieke pathway alleen kleine hoeveelheden trombine vormen.
• Het tweede systeem wordt geprikkeld door trombine. Dit kan binden aan trombomoduline, dit is een endotheelcel receptor. Het zorgt ervoor dat trombine aan proteïne C bindt. Proteïne C zorgt ervoor dat binding van VIIIa en Va wordt geremd.
• Antitrombine III inactiveert trombine en verschillende andere aggregatie factoren. Hierdoor wordt antitrombine III eerst zelf geactiveerd en dit gebeurt ook door heparine. Antitrombine II voorkomt de verspreiding van de prop door snel overal stollingsfactoren te inactiveren.

Het fibrinolytische systeem

Dit systeem zorgt ervoor dat de prop na herstel van het bloedvat weer verdwijnt. Eerst vormt het een plasma pro-enzym, plasminogeen, dat geactiveerd wordt naar het enzym plasmine, door proteïne plasminogeen activatoren. Als deze proteïnen zijn gevormd, verteert het fibrine en lost het de prop op. Tissue plasminogeen activator (t-PA) wordt gesecreerd door endotheelcellen. Tijdens stolling binden plasminogeen en t-PA aan fibrine en worden ingelijfd in de prop. De aanwezigheid van fibrine vergroot de mogelijkheid van t-PA om plasmine van plasminogeen te genereren.

Antistolling medicatie

Aspirine remt cyclo-oxygenase enzym die prostaglandines en tromboxanes genereren. Omdat tromboxane A2, (geproduceerd door trombocyten) belangrijk is voor prop aggregatie, vermindert het de aggregatie. Fibrinogeen blokkers blokkeren de werking van fibrinogeen. Orale anticoagulanten hebben effect op de acties van vitamine K dat nodig is voor de synthese van stollingsfactoren door de lever. Heparine is een natuurlijke cofactor voor antitrombine II, maar kan ook gebruikt worden als medicijn als het bindt aan endotheel cellen. Hierdoor vergemakkelijkt het de acties van antitrombine III. Ook remt het de trombocytenfunctie.

Plasminogeen blokkers lossen de prop op. Dit type medicijn wordt trombolytische therapie genoemd. Intraveneuze toediening van recombinant t-PA of proteolytische medicijn streptokinase wordt binnen drie uur na een myocardinfarct toegediend en verminderd de schade.

Grote arteriën

Het cardiovasculaire systeem bestaat uit verschillende soorten vaten. Al deze vaten hebben één ding gemeen: endotheel, een laag cellen die de binnenkant van de vaten bekleedt. Capillairen bestaan enkel uit endotheel, terwijl andere vaten ook lagen van bindweefsel en glad spierweefsel bevatten.

De grote systemische arteriën hebben een grote diameter en dikke wanden met veel elastisch weefsel. Ze hebben ook een beetje glad spierweefsel. Vanwege de grote diameter functioneren ze als pijpleidingen die het bloed naar de organen vervoert. Het elastische weefsel heeft als functie dat het de bloeddruk op peil houdt. De elasticiteit van de wand wordt ook wel de compliantie genoemd. Dit is hoe makkelijk de vaatwand kan uitrekken onder een bepaalde druk. Wanneer het makkelijk uitrekt, geeft het maar een kleine drukstijging.

Compliantie = Δ volume / Δ druk

Hoe groter de compliantie, hoe gemakkelijker het vat kan uitrekken. Door bijvoorbeeld atherosclerose kan de compliantie minder worden.

Tijdens de systolische fase wordt er bloed uit het hart gepompt. Doordat de aorta uitrekt, schiet het bloed niet allemaal in één keer door, maar blijft er ongeveer één derde achter in de aorta. Wanneer de diastole begint, veert de aorta weer terug in zijn oorspronkelijke vorm, waardoor het bloed nog verder wordt geduwd. De volgende systole dient zich aan voordat al het bloed weg is. Daardoor zal de arteriële bloeddruk nooit nul worden. De grootste arteriële bloeddruk is bij de piek van de ventriculaire ejectie. Dit is de systolische bloeddruk. De laagste bloeddruk is vlak voor de ventriculaire ejectie begint. Dit is de diastolische bloeddruk. De notatie van de arteriële bloeddruk is systolisch/diastolisch (bijvoorbeeld 120/80).

De polsdruk is het verschil tussen de systolische en diastolische bloeddruk, dus systolisch minus diastolisch. De belangrijkste factoren die de grootte van de polsdruk bepalen zijn:

1. Slagvolume
2. Ejectiesnelheid van het slagvolume
3. Arteriële compliantie

Hoe groter het slagvolume, hoe sneller de ejectie en hoe lager de compliantie, hoe groter de polsdruk.

De gemiddelde arteriële druk (mean arterial pressure, MAP) is niet het gemiddelde van de systolische (SP) en diastolische druk (DP), omdat de diastolische fase twee keer langer duurt dan de systolische fase:

MAP = DP + 1/3 (SP – DP)

De MAP is belangrijk, omdat het aangeeft hoe groot de gemiddelde druk is waarmee het bloedplasma tegen de weefsels drukt. Compliantie heeft geen significant effect op de MAP.

De arteriële bloeddruk wordt gemeten met behulp van een sphygmomanometer en een stethoscoop. Een opblaasbare ‘cuff’ wordt om de arm geschoven. Deze wordt opgepompt tot een druk boven de systolische bloeddruk. Vervolgens wordt de stethoscoop onder de cuff, op de a. brachialis gelegd. De druk wordt langzaam verlaagd. Men luistert naar zogenaamde Korotkoff tonen. Dit zijn vibraties die gehoord worden wanneer de druk in de cuff iets lager is dan de systolische bloeddruk. Het bloed kan dan net door de arterie heen stromen, waardoor er turbulentie optreedt en er vibraties ontstaan (die gehoord kunnen worden als de Korotkoff tonen). Op het moment dat de tonen hoorbaar worden, is de druk net iets onder de systolische bloeddruk, en mag dus worden gezien als de systolische bloeddruk.

De diastolische bloeddruk wordt gevonden door de druk in de cuff steeds lager te maken en te blijven luisteren met de stethoscoop. Op het moment dat de tonen wegvallen, is er geen turbulentie, is het bloedvat dus helemaal open en kan het bloed vrij stromen. De druk in de cuff is dus net iets onder de diastolische bloeddruk.

Behoud van de mean arterial pressure

De mean arterial pressure (MAP) is wat er homeostatisch in balans wordt gehouden door regelsystemen. De MAP is het product van de cardiac output (CO) en de totale perifere weerstand (TPW).

MAP = CO x TPW

Wanneer één van de twee factoren (CO of TPW) verandert, verandert ook de MAP. Slechts in het geval dat de twee factoren zo veranderen dat ze elkaar opheffen, is er sprake van geen verandering van de MAP. Ook wanneer de MAP verandert, zullen de CO en/of de TPW veranderen. Dit laatste is wat er gebeurt bij het homeostatisch in balans houden van de MAP.

Baroreceptoren

Baroreceptoren zijn receptoren die veranderingen in druk kunnen waarnemen. De arteriële baroreceptoren zitten in de wand van de aortaboog en in de sinus caroticus (de bifurcatie van de carotis communis). De afferente neuronen sturen de informatie naar de hersenstam. Hoe hoger de druk, hoe sneller het neuron vuurt. Hierdoor kunnen hele kleine veranderingen snel waargenomen worden.

Het integratiecentrum van de baroreceptoren zit in de medulla oblongata, en dit centrum wordt het ‘medullary cardiovascular center’ genoemd. Dit is een diffuus netwerk van neuronen die sterk onderling verbonden zijn. De neuronen krijgen input van de baroreceptoren. De output is parasympathisch (nervus vagus) naar het hart en sympathisch naar het hart, de arteriolen en de venen. Bij sneller vuren van de baroreceptoren zal de output naar de parasympathicus vergroot worden, en naar de sympathicus verlaagd. Het omgekeerde gebeurt bij langzamer vuren van de receptoren. Daarnaast zullen bij een verlaagd vuren van de baroreceptoren het angiotensine II- en het vasopressine-systeem geactiveerd worden, waardoor de arteriolen vernauwen.

Het uiteindelijke effect van dit alles is dus een veranderde cardiac output en een veranderde totale perifere weerstand, om zo terug te keren naar de set point voor de bloeddruk. De baroreceptor reflex is echter alleen een mechanisme voor korte termijnveranderingen van de bloeddruk. Wanneer de bloeddruk een aantal dagen verhoogd is, zal het setpoint veranderd worden. Daardoor zal de baroreceptor reflex een verlaagde vuurfrequentie hebben bij elke druk vergeleken met het eerdere setpoint. De nier is het orgaan dat de bloeddruk op de lange termijn regelt. Naast de arteriële baroreceptoren zijn er ook baroreceptoren in de grote systemische venen, de pulmonaire bloedvaten en de wanden van het hart. De functie is grotendeels hetzelfde.

Verticale positie

Wanneer iemand ligt, zijn alle bloedvaten op dezelfde hoogte als het hart. Het gewicht van het bloed is verwaarloosbaar klein. Wanneer iemand staat, zal het gewicht van het bloed significant stijgen door de zwaartekracht. Dit zorgt voor een stijging in de druk.  Deze drukstijging heeft effecten op het effectief circulerend bloedvolume. Door de hoge druk kan het bloed niet goed in de venen omhoog. Bloed dat in de venen komt, blijft beneden hangen (‘pooling’) en de venen zetten uit. Daarnaast is de druk in de capillairen ook groter, waardoor er meer filtratie van het bloedplasma is, en er zo veel meer vloeistof in de interstitiële ruimte terecht komt. Deze twee effecten tezamen zorgen voor een verlaagd effectief circulerend volume. Dit wordt in eerste instantie tegengegaan door het effect van baroreflexen. Daarnaast kan door minieme contracties van de beenspieren het bloed in de venen omhoog gestuwd worden, zodat het effectief circulerend volume weer stijgt.

Bron: joho.org

Fysiologie van de mens: ademhaling (Widmaier et al., 14e druk) - Chapter 13

De organisatie van het ademhalingsstelsel

Men heeft twee longen,die elk zijn verdeeld in lobben. Deze bestaan uit kleine zakjes die lucht bevatten, de alveoli. In de alveoli vindt de gasuitwisseling met het bloed plaats. De inspiratie is de inademing. De expiratie is de uitademing. De inspiratie en expiratie vormen samen de respiratoire cyclus. Tijdens deze cyclus pompt het hart bloed door de pulmonaire arteriën en arteriolen de capillairen rondom de alveoli in. In rust stroomt er 4 liter lucht per minuut door de longen, en 5 liter bloed. Tijdens heftige inspanning kan de luchtstroom wel 20 keer zo groot worden, de bloedstroom zes keer.

Functies van het ademhalingsstelsel:

• Aanvoer zuurstof
• Afvoer koolstofdioxide
• Reguleren van de pH van het bloed, in samenwerking met de nieren
• Fonatie (stembanden)
• Bescherming tegen microben
• Beïnvloeden van de concentratie van verschillende stoffen in de arteriën
• Oplossen van bloedpropjes die zijn ontstaan in de systemische venen

Tijdens de inspiratie komt lucht via de neus en mond in de farynx, deze splitst zich in de oesofagus (voor voedsel) en larynx (voor lucht). In de larynx bevinden zich de stembanden. De bovenste luchtwegen bestaan uit de neus, mond, farynx en larynx.

Na de larynx wordt de luchtweg verdeeld in:

• De conductiezone; trachea en het begin van de bronchiolen, hier vindt nog geen gasuitwisseling plaats.
• De respiratoire-zone; de alveoli en de delen van de longen waar de gasuitwisseling kan plaats vinden.

In de luchtwegen zitten klieren die mucus secreteren. Dit zorgt ervoor dat de longen schoon blijven en het vormt een beschermlaag tegen microben. Daarnaast produceren cellen in de luchtwegen ook een vloeistof waarop de mucus zich goed kan bewegen. Bij de ziekte cystic fibrosis is deze productie verstoord, door een chloorkanaaldefect en wordt het mucus erg dik en stug. Verder zitten in de longen macrofagen die zorgen voor de afweer van microben en gaan op die manier ontstekingen tegen.

De alveoli zijn kleine zakjes waar de gasuitwisseling met het bloed plaatsvindt. De longen bevatten vele alveoli, die samen een oppervlakte hebben van een tennisveld, waardoor de gasuitwisseling snel kan plaats vinden. De wand van de alveoli is één cellaag dik en bestaat uit type-1 alveolaire cellen. Tussen deze type-1 alveolaire cellen, liggen de type-2 alveolaire cellen. De type-2 cellen zijn dikker en produceren surfactant, dit is een dunne lipidelaag die het inklappen van de alveoli tegen gaat.

De longen bevinden zich in de thorax, het compartiment tussen de hals en het diafragma. Iedere long wordt omgeven door een gesloten vlies, de pleura. Deze pleura bestaat uit twee lagen:

• Viscerale pleura; dit deel bedekt de longen.
• Pariëtale pleura; is verbonden met de binnenkant van de thoraxwand en het diafragma.
  Tussen de beide pleura bevindt zich een dunne laag intrapleuraal vocht waardoor de pleura bladen over elkaar kunnen glijden tijdens de ademhaling. De intrapleurale druk (Pip) is de druk die uitgeoefend wordt op deze laag vocht.

Ventilatie en long mechanismen

Ventilatie is de uitwisseling van lucht tussen de atmosfeer en alveoli. Lucht verplaatst zich van een regio van hoge druk naar een regio met lage druk. Lucht gaat in en uit de longen door verandering van de alveolaire druk (Palv) en de gas druk in de neus en mond, de normale atmosfeer druk (Patm).
Wanneer Palv minder is dan Patm vindt inspiratie plaatst. Deze druk in de alveoli kan worden veranderd door de thoraxwand en longen. Aangezien de longen ‘los’ langen in de thorax bestaat er transpulmonaire druk (Ptp) tussen de binnenkant en buitenkant van de longen.

Inspiratie komt tot stand door de neurologische input die zorgt voor de contractie van het diafragma en de intercostale ademhalingsspieren.
Het diafragma is de belangrijkste ademhalingsspier en wordt aangestuurd door de nervus phrenicus waardoor het diafragma naar beneden beweegt en zo de thoraxholte wordt vergroot. Hierdoor neemt de Palv af.

• Diafragma en inspiratoire intercostaatspieren contraheren
• Thorax zet uit
• Pip wordt meer subatmosferisch
• Transpulmonale druk stijgt
• Long zet uit
• Palv < atmosfeer
• Lucht stroomt de alveoli in

Aan het eind van de inspiratie stoppen de nervus phrenicus en de intercostale zenuwen met het afgeven van signalen naar het diafragma en de intercostale spieren waardoor deze ontspannen en expiratie vindt plaats kan vinden. In rust is de expiratie dus passief:

• Diafragma en inspiratoire intercostaalspieren contraheren niet meer
• Thorax gaat naar binnen
• Pip stijgt tot niveau voor inademen
• Transpulmonale druk stijgt tot niveau van inademen
• Long krimpt
• Palv > atmosfeer
• Lucht stroomt uit de long

Aan het einde van de ademhaling is er even rust, op dit punt is er geen luchtstroom in of uit de longen en moet Palv gelijk zijn aan Patm (anders zou er wel een luchtstroom zijn). Omdat de longen altijd lucht bevatten moet de Ptp positief zijn en dus moet Palv – Pip positief zijn.

Aangezien Palv = 0 moet Pip negatief zijn om de longen open te houden. De Pip is dus de essentiële factor om de longen open te houden tussen twee ademhalingen in en te zorgen voor de gedeeltelijke compressie van de borstkaswand.

Als deze negatief druk positief wordt ontstaat er een pneumothorax, een klaplong.

De rekbaarheid, meegaanheid van de longen is de compliantie. Compliantie wordt gedefinieerd als de volumetoename per eenheid van druktoename, en is hiermee het omgekeerde van de stijfheid. Dus: hoe groter de compliantie hoe makelijker de inademing gaat en andersom bij een lage compliantie kan men makkelijker uitademen.

Er zijn twee belangrijke determinanten voor de longcompliantie; rekbaarheid van het longweefsel en de oppervlakte spanning in de alveoli.
Voor de rekbaarheid is de dikte van het longweefsel van belang, hoe dikke het weefsel, hoe minder rekbaar het is en hoe lager de compliantie wordt.
De oppervlaktespanning in de alveoli bestaat uit een dun laagje water die door natuurkundige principes tegen de wand van de alveoli blijft zitten. Deze determinant wordt gedeeltelijk opgevangen door het surfactant dat wordt geproduceerd door type-2 alveolaire cellen.

Weerstand in de luchtewegen

De weerstad in de luchtwegen wordt bepaald door de diameter van de luchtwegen en bepaalt in welke mate lucht in en uit de longen stroomt bij bepaalde drukverschillen tussen de atmosfeer en de alveoli. Normaal gesproken is deze weerstand zo laag dat bij het minste drukverschil lucht de longen in stroomt. Bij bepaalde aandoeningen zoals astma en COPD is de weerstand verhoogd waardoor het ademen meer moeite kost.

Long volumes en capaciteiten

Alveolaire ventilatie

Ve = ventilatie per minuut = de hoeveelheid lucht die per minuut ingeademd wordt = Vt x f = terugvolume x aantal ademhalingen per minuut (ademfrequentie)

Niet alle lucht is beschikbaar voor uitwisseling met het bloed. Tijdens inademing van het teugvolume wordt er ongeveer 500 ml ‘nieuwe’ lucht geïnhaleerd. Van deze 500 ml lucht bereikt er 350 de alveoli voor uitwisseling met het bloed en blijft 150 ml achter in de luchtwegen. De ruimte waarin de 150 ml lucht blijft steken wordt de (anatomische) dode ruimte.
De hoeveelheid ‘verse’ lucht die de alveoli bereikt tijdens inademing is gelijk aan het Vt min de hoeveelheid lucht in de dode ruimte.
De hoeveelheid ‘verse’ lucht die per minuut de alveoli bereikt wordt de alveolaire ventilatie genoemd (Va):

Va = (Vt- Vd) x f

Wanneer gekeken wordt naar de effectiviteit van de ademhaling moet gekeken worden naar de alveolaire ventilatie en niet naar ventilatie per minuut.
De grootste alveolaire ventilatie wordt bereikt bij een langzame en diepe ademhaling. Bij het vergroten van de alveolaire ventilatie is met name de diepte van de ademhaling van belang en in veel mindere mate de snelheid.

Naast de anatomische dode ruimte is er ook nog de alveolaire dode ruimte. Dit houdt in dat de alveoli wel verse lucht krijgen maar er geen uitwisseling plaatsvindt omdat er langs die plek op alveoli geen bloedtoevoer is. De som van de anatomische dode ruimte en de alveolaire dode ruimte wordt de fysiologische dode ruimte genoemd.

Gasuitwisseling tussen bloed en alveoli

Het bloed dat de pulmonaire capillairen in gaat heeft een relatief hoge Pco2 en een lage Po2, 46 mmHg en 40 mmHg.
Het spanningsverschil tussen de twee zijden van de alveoliwand zorgt voor de diffusie. De diffusie is zo snel, dat er een evenwicht bereikt wordt voordat het bloed het einde van de capillair bereikt heeft. Bij extreme inspanning kan het echter voorkomen dat het bloed te snel stroomt voor een goede gasuitwisseling.

De hoeveelheid O2 die cellen verbruiken en de hoeveelheid CO2 dat geproduceerd wordt hoeft niet aan elkaar gelijk te zijn. De respiratoir quotient (RQ) is een ratio voor geproduceerd CO2 per geconsumeerd O2. In cellen met alleen suikerdissimilatie is dit 1, in cellen met vetdissimilatie 0.7 en bij eiwitdissimilatie 0.8. Bij een gemixt dieet is de RQ meestal 0.8.

Wanneer een vloeistof wordt blootgesteld aan lucht, zal het gas de vloeistof in gaan en oplossen. Niet al het gas zal kunnen oplossen, dit vindt plaats afhankelijk van de partiële druk van het gas in de vloeistof.

Alveolaire gasdruk normaalwaarden:

O2 = 105 mmHg

CO2 = 40 mmHg

Buitenlucht normaalwaarden:

O2 = 160 mmHg

CO2 = 0.30 mmHg

Deze waarden zijn afhankelijk van de atmosferische gasdruk, alveolaire ventilatie en zuurstof gebruik door het lichaam.
Wij kunnen twee termen definiëren die de geschiktheid van ventilatie, d.w.z., het verband tussen metabolisme en alveolaire ventilatie aanduiden:

• Hypoventilatie; er wordt meer CO2 geproduceerd dan er in de alveoli weg kan diffunderen, met als gevolg dat de Pco2 boven de normaalwaarde van 40 mmHg uitkomt.
• Hyperventilatie; er wordt te veel CO2 afgegeven, met als gevolg dat de Pco2 onder de normaalwaarde van 40 mmHg uitkomt.

Gezien de diffusie van gas tussen de alveoli en het bloed volledig in evenwicht is, zorgt een groter capillairenoppervlak voor een grotere uitwisseling van zuurstof en koolstofdioxide. Door de zwaartekracht worden de onderste delen van de long meer gebruikt dan de hogere delen. In rust zijn de pulmonaire capillairen in de longapex gesloten, deze gaan tijdens inspanning wel open waardoor meer gasuitwisseling kan plaats vinden.

Als er plekken in de long zijn die slecht ventileren treedt daar vasoconstrictie (vaatvernauwing) op, zodat het bloed naar goed geventileerde plekken kan stromen. Meer dan 98% van het zuurstof in bloed wordt vervoerd door hemoglobinemoleculen in de erytrocyten. Hemoglobine bindt reversibel zuurstof aan het ijzeratoom. Ieder hemoglobine molecuul kan 4 moleculen zuurstof vervoeren. Elke erytrocyt bestaat uit 4 hemoglobinemoleculen en kan dus in totaal 16 O2-moleculen vervoeren. Wanneer er sprake is van anemie heeft de patiënt te weinig hemoglobine en kan deze dus maximaal minder zuurstof opnemen dan normaal.

De saturatie-curve is belangrijk en hieruit valt af te leiden:

• Uit het plateau dat men bij gestoorde longfunctie toch nog vrijwel 100% kan satureren.
• Dat bij een kleine daling in de Po2 veel O2 kan wordt afgegeven.

Koolmonoxide heeft een extreme hoge affiniteit met hemoglobine, 210 keer meer dan zuurstof. Bij aanwezigheid van veel koolmonoxide kan er dus minder zuurstof worden gebonden aan het hemoglobine waardoor men kan stikken aan.
Daarnaast zijn andere factoren van belang bij de hemoglobine-saturatie:

• Bloed Pco2
• H+ concentratie
• Temperatuur
• Concentratie van 2,3-difosfoglyceraat (DPG) geproduceerd door erytrocyten

Een toename van deze variabelen kan een verschuiving veroorzaken in de saturatie-curve (zie hiervoor de curves in het boek).

Transport van koolstofdioxide in bloed

In rust wordt ongeveer 200 ml koolstofdioxide per minuut geproduceerd in de weefsels.
10% wordt vervoerd in het plasma, 30% bindt reversibel met hemoglobine en 60% wordt omgezet in bicarbonaat.

CO2 + H20 -> H2CO3 -> HCO3 + H

Doordat een deel van de CO2 met de ademhaling wordt afgegeven aan de buitenlucht en dus uit de bloedbaan gaat, verschuift de bovenstaande vergelijking naar links.

Controle over de ademhaling

Zowel het diafragma als de intercostaalspieren zijn skeletspieren en hebben dus innervatie nodig om te kunnen contraheren. De ademhaling is dus volledig afhankelijk van een intacte zenuwwerking. In de hersenen zit een gebied, de medulla, waarin het centrum van de ademhaling ligt, de medullaire inspiratoire neuronen. Zij zorgen voor het ritme van de ademhaling. Deze neuronen worden onder andere aangestuurd door de pulmonaire stretch receptoren, die in de gladde spierlaag liggen en die worden geactiveerd bij grote longinflatie. Dus feedback van de longen kan het ademhalingscentrum in de hersenen prikkelen. Verder worden deze neuronen ook aangestuurd door de perifeer en centraal gelegen chemoreceptoren.

De perifeer gelegen chemoreceptoren zijn gelegen in de nek bij de bifurcatie van de arteria carotis en zij reageren op:

• Afname van de Po2 (=hypoxie)
• Toename H+ (=metabole acidose)
• Toename Pco2 (=respiratoire acidose)

De centraal gelegen chemoreceptoren liggen in de medulla en reageren op veranderingen in de extracellulaire vloeistof en worden gestimuleerd bij een toename van Pco2 via geassocieerde veranderingen in de H+-concentratie.

• Respiratoire acidose = pH is verlaagd en pCO2 is verhoogd.
• Respiratoire alkalose = pH is verhoogd en [HCO3-] is verlaagd.
• Metabole acidose = pH is verlaagd en [HCO3=] is verlaagd.
• Metabole alkalose = pH is verhoogd en [HCO3-] is verhoogd.

Hypoxie

Hypoxie is het tekort aan zuurstof op weefselniveau. Er zijn vele oorzaken van hypoxie, maar er zijn 4 grote groepen:

• Hypoxische hypoxie (hypoximie); arteriële Po2 is verlaagd
• Anemie of koolmonoxide hypoxie; arterieel Po2 is normaal met het totale zuurstof deel in het bloed is verlaagd door een inadequate hoeveelheid erytrocyten
• Ischemische hypoxie (hypoperfusie hypoxie); de bloedstroom naar de weefsels is de laag
• Histotoxische hypoxie; de hoeveelheid zuurstof dat bij de weefsels komt is normaal, maar de cellen zijn niet in staat de zuurstof goed te gebruiken

Emfyseem is een longaandoening die uiteindelijk zorgt voor hypoxie. Er vindt destructie van alveolaire wanden plaats waardoor er een toename van de compliantie plaats vindt meer daarbij atrofie en ineenvallen van de onderste luchtwegen.Doordat de wand tussen de alveoli stuk gaat, gaat er diffusieoppervlak verloren en kan er minder uitwisseling van gassen plaats vinden. Hierdoor wordt de perfusie in de longen minder en kan hypoxie ontstaan.

Bron: joho.org