Deze samenvatting is gebaseerd op het studiejaar 2013-2014.

A. Celfysiologie
 

De cel is de kleinste georganiseerde levende eenheid die dankzij ingewikkeld metabolisme, min of meer onafhankelijk kan bestaan en die in staat is tot beweging, groei en deling.

De cel is de bouwsteen van ons lichaam en heeft een grootte van 3-4 nanometer tot groter dan 100 nanometer. Ook zijn er meer dan zo’n 200 verschillende celtypen.

Om de cel heen zit een celmembraan: die zorgt ervoor dat niet alle ionen van binnen naar buiten kunnen. De wand is niet ondoordringbaar, er is ook transport van brandstoffen en afvalstoffen en materiële en immateriële uitwisseling. Er vind dus selectief transport plaats.

Het celmembraan bestaat uit een dubbele laag lipiden en in of door het membraan zitten eiwitmoleculen. Het celmembraan scheidt de intracellulaire filamenten (cytoskelet) van de extracellulaire matrix.

Er zijn verschillende soorten cellen, van spermacel tot zenuwcel. Door differentiatie worden de cellen gevormd naar de functie, ligt natuurlijk aan wat voor taak ze uit moeten gaan voeren. Er zitten verschillende organellen in de cel, hier worden de belangrijkste genoemd:

• Kern: bijna alle cellen hebben een kern, dit bevat erfelijke informatie. Binnenin de kern zitten de nucleolus en het chromatine. (chromatine bestaat uit DNA). Uit het chromatine vormen zich tijdens een celdeling chromosomen. Chromatine en nucleolus produceren gezamenlijk RNA, dat vanuit de kern naar het cytoplasma getransporteerd wordt in de vorm van mRNA, waar het de opbouw van eiwitmoleculen bestuurt.

• Mitochondriën: zorgt voor de productie van energie. Maakt energie vrij uit voedingsstoffen door middel van oxidatieve fosforylering = maken van ATP. Ze bezitten een dubbele membraan. Het binnenste vlies is sterk geplooid, hierdoor is er een vergroot oppervlak dat veel ruimte biedt voor de enzymen die een functie hebben bij de oxidatieve processen.

• ER: (endoplasmatische reticulum):zorgt voor eiwitproductie en lipiden. Een deel van het ER heeft een ruw oppervlak doordat aan de membraan van het ER korrels RNA (ribosomen) gehecht zijn, dit heet het ruwe ER. Hier vindt eiwitsynthese plaats. Het gladde ER zorgt voor de afwerking van de in het ruwe ER opgebouwde eiwitten en voor de opbouw van lipiden.

• Golgi-complex: hier worden eiwitten verder verwerkt. En activeren tot enzymen.

• Vesikels: blaasjes die zorgen voor transport en opslag. Worden omgeven door een membraan. Sprake van endocytose (=worden de stoffen naar binnen gezogen) en exocytose (=gaan stoffen door de membraan naar de extracellulaire ruimte). Vesikels worden gemaakt in Golgi-complex maar ook gevormd in ER.

• Perixisomen: blaasvormige organellen die in hun membraan enzymen bevatten die specifiek zijn voor splitsing van vetzuur.

• Lysosomen:splitsing van enzymen. En ze maken schadelijke eiwitten onschadelijk.

Apoptose = van nature een geprogrammeerde dood.

Necrose = voortijdig afsterven als gevolg van een fatale beschadiging.

De groei van de cel wordt gestuurd door genetische factoren vanuit de kern met tussenschakeling van cyclinen en cycline afhankelijke proteïnekinasen.

Een stamcel blijft een stamcel of wordt een specifieke cel (bijvoorbeeld een zenuwcel).

Een celmembraan heeft:

• voedingsstoffen nodig

• wil afvalstoffen eruit hebben

• wil communicatie hebben met andere cellen/ vloeistoffen.
   

De extracellulaire matrix zijn vetten en eiwitten om de cel heen → voor de stevigheid. En speelt een rol in overleven.

Uitwisseling van stoffen tussen intracellulaire en extracellulaire vloeistof kan door twee soorten transport; passief transport (diffusie) en actief transport (d.m.v. pomp). Alle transport gaat door het celmembraan, opgelost in water.

Mitose: dagelijkse celdeling

Chromosomen worden verdubbeld waardoor celdeling kan ontstaan.

Meiose: bevruchting, bij geslachtscellen

Chromosomen worden niet verdubbeld, maar in 2 groepen gesplitst (haploid)

Samenstelling van de extracellulaire en intracellulaire vloeistof:

extracellulaire vloeistof intracellulaire vloeistof

Na⁺ 140 mmol/L 10 mmol/L

K⁺ 4 mmol/L 140 mmol/L

Cl^- 100 mmol/L 4 mmol/L

Homeostase

Het constant blijven van het interne milieu (bloed en weefselvloeistof), door middel van uitwisseling met het uitwendige milieu. De uitwisseling tussen bloed en cellen gebeurt in de haarvaten (capillairen). Belangrijke uitwisselingsorganen zijn de longen, het spijsverteringskanaal en de nieren.

→ de samenstelling van extracellulaire vloeistof wordt gehandhaafd door een voortdurende uitwisseling met het bloed.

Homeostase loopt niet vanzelf: bioregulaties zijn de regelprocessen die het bewaken.

Differentiatie = uit 1 cel ontstaan dochtercellen met verschillen in functie en vorm.

Specialisatie = differentiatie maakt het mogelijk bepaalde functies beter uit te kunnen voeren (cellen zijn wel van elkaar afhankelijk)

Een cel heeft een aantal primaire functies:

1. Vegetatieve functies: Dienen voor instandhouding van cel en soort.

1. stofwisseling (metabolisme): bestaat uit anabole processen (grotere moleculen worden samengesteld uit kleinere moleculen (opbouw)) en uit katabole processen (grote moleculen worden gesplitst (afbreken van cellen))

2. membraantransport: gebeurt in alle cellen (passief en actief)

3. groei op jonge leeftijd in alle cellen, bindweefsel is gespecialiseerd

4. voortplanting : specialisatie in beenmerg, eicel en zaadcel

2. Animale functies: reageren op veranderingen in de omgeving

   1. Prikkelbaarheid: reageren op een stimulus

   2. Prikkelgeleiding: doorgeven van de prikkel (vooral in zenuwcel)

   3. Prikkeloverdracht: signaal doorgeven aan naburige cellen (vooral aan het einde van de zenuwcel)

   4. Geheugenvorming: vermogen reactie op prikkels te verlengen of uit te stellen (vooral van de hippocampus)

   5. beweging : vermogen tot vervorming en verplaatsing (vooral in spiercellen)

B. Stofwisseling

Onder metabolisme (stofwisseling) wordt verstaan: het complex van fysische en chemische processen dat zich voordoet bij het anabolisme, katabolisme en de instandhouding van de weefsels, alsmede bij de productie van energie.

Bij het katabolisme wordt gebruikelijk de energie vrijgemaakt voor het anabolisme. Niet alle energie komt hier echter terecht, omdat veel ook verloren gaat aan uitwendige arbeid of aan energierijke producten.

Energie kan dus op verschillende manieren verwerkt worden, maar slechts op een manier worden opgenomen, via het voedsel: heterotroof.

De stofwisselingsbalans is een theoretisch model om de verhouding tussen opname en afgifte weer te geven. Bij groei is deze balans positief, bij energieverlies negatief.

Anabolisme: opbouw van eiwitten en vetten, energierijke verbindingen.

Katabolisme: afbraak van voedingsstoffen (glucose, vet, etc) . Opruimen van schadelijke stoffen. (want bij afbraak komt vuil vrij dat opgeruimd moet worden)

Endoplasmatisch Reticulum:

Hier vindt de synthese van lipiden plaats en ook opslag van Ca2+.

DNA-replicatie: ontstaan van nieuw DNA. De ladder gaat door midden en de nieuwe halve ladder gaat erlangs heen en zo ontstaan er 2 identieke DNA –ketens.

Transscriptie = info uit de genetische code naar de ribosomen wordt doorgegeven.

Translatie = aminozuurselectie, vertaling

Een eiwit bestaat uit 20 aminozuren. Eiwitten zijn net als aminozuren amfoteer, omdat ze aan het ene uiteinde de carboxyl-groep van het eerste aminozuur hebben en aan het uiteinde de aminogroep van het laatste aminozuur.

DNA bestaat uit vier basen; cytosine, thymine, adenine en guanine, een suikermolecuul (desoxyribose) en een fosfaatgroep .

RNA bevat uracil in plaats van thymine.

RNA komt in 3 vormen voor:

• m-RNA (messenger): maakt codons (er zijn er in totaal 4³=64) aan gesplitste DNA

(als in het mRNA het code woord klaar is, diffundeert het uit de kern naar het cytoplasma waar het zich hecht aan een ribosoom)

• r-RNA (ribosomaal): bindt het m-RNA aan een ribosoom zodat translatie kan plaatsvinden

• t-RNA (transfer): maakt aminozuren herkenbaar voor m-RNA d.m.v. anticodons die complementair zijn aan de codons van het m-RNA

Samenvattend (transscriptie/translatie):

MRNA wordt gevormd (transscriptie), door diffusie gaat het naar het cytoplasma toe translatie), daar gaat het hechten aan het ribosoom.

Dit schuift langs het mRNA waardoor steeds verschillende delen in werking komen.

Het aminozuur wordt aangekoppeld. Het tRNA wordt losgemaakt, het aminozuur gaat aan een andere keten aminozuren zitten (peptidebinding). Het tRNA gaat terug naar het plasma opzoek naar het volgend aminozuurmolecuul.

Eiwitsynthese vindt plaat in de lysosomen.

Soorten lipiden:

• Glyceriden:

Bestaan uit glycerol met één, twee of drie vetzuurketens.

Er wordt onderscheid gemaakt tussen verzadigde en onverzadigde (met één of meer dubbele bindingen) vetzuren. Onverzadigde vetzuren zijn essentieel voor aanmaak belangrijke lipiden, daarom zijn het essentiële vetzuren. Ze moeten binnenkomen met de voeding, want ze kunnen niet zelf worden aangemaakt.

• Steroïden:

Lossen slecht op in water. Ze hebben als basisstructuur vier koolwaterstofringen. Voorbeelden van steroïden zijn cholesterol en steroïdhormonen (oestradiol en testosteron).

Aerobe stofwisseling: oxidatieve fosforylering, zowel koolhydraten als vetzuren kunnen hier worden verbrandt (gesplitst)

Anaerobe stofwisseling: glycolyse, alleen splitsing van koolhydraten

De energie die uit deze processen vrijkomt wordt opgeslagen in de vorm van ATP. Elk energievragend proces in de cel gebruikt de energie uit ATP, waarbij het gesplitst wordt in ADP en fosfaat.

Glucose is de belangrijkste brandstof voor synthese van ATP.

2 moleculen ATP erin → 4 moleculen ATP + 2 pyrodruivenzuur eruit.

Halverwege: 2 H-atomen aan NAD → dan krijg je NADH + H+.

Als er onvoldoende O2 is: dan draagt het NADH + H+ zijn waterstof over aan het gevormde pyrodruivenzuur → ontstaan van melkzuur!

Melkzuur:

Dalen pH in de cel en eiwitten verliezen daardoor hun functie (acidose).

Is er voldoende O2? Dan ontstaat er geen melkzuur. Dan gaat het pyrodruivenzuur naar de mitochondrieën. Daar vind plaats de citroenzuurcyclus en de ademhalingsketen (oxidatieve fosforylering).

Glycolyse:

De glycolyse vindt plaats in het cytoplasma. Glucose wordt afgebroken tot pyrodruivenzuur, hierbij komt ATP vrij. Bij aerobe omstandigheden wordt uit NADH + H⁺ = NAD + H₂O gevormd.

Bij anaerobe omstandigheden draagt de NADH + H⁺ zijn waterstof over aan het pyrodruivenzuur, waardoor melkzuur ontstaat. Deze anaerobe vorming van ATP is slechts voor korte duur mogelijk, doordat de pH daalt door het aanwezige melkzuur en daardoor de eiwitten hun functie verliezen (acidose).

Bij aerobe omstandigheden (aanwezigheid van O₂) moet het pyrodruivenzuur zich naar de mitochondriën bewegen. Daar vinden twee reactieketens plaats; de citroenzuurcyclus en de ademhalingsketen (elektronentransportketen).

Citroenzuurcyclus:

Pyrodruivenzuur bindt zich met co-enzym A tot acetyl-CoA. Vervolgens wordt het met oxaalacetaat omgezet in citroenzuur, waarbij het CoA weer wordt losgelaten. Hierna vinden nog verschillende oxidaties plaats. In de citroenzuurcyclus wordt 4 moleculen ATP gemaakt per glucosemolecuul.

Ademhalingsketen:

Hierbij worden nog eens 32-34 ATP gemaakt, zodat de totale opbrengst 36-38 ATP wordt.

De citroenzuurcyclus en ademhalingsketen vormen samen de oxidatieve fosforylering.

Ook vetten en aminozuren kunnen in de glycolyse en citroenzuurcylus worden omgezet in ATP. Vet wordt gesplitst in glycerol (kan rechtstreeks in glycolyse worden verwerkt) en vetzuur. Via β-oxidatie in de mitochondriën wordt vetzuur omgezet in acetyl-CoA (=begin citroenzuurcyclus). Hierbij wordt zeer veel ATP gevormd, soms wel meer dan 100 moleculen.

Aminozuren worden alleen gebruikt als er een overschot van is. In de lever worden de aminozuren ontdaan van de aminogroep. Hiervoor zijn twee mogelijkheden; transaminering en desaminering. Een volledige afbraak van vetzuur is alleen mogelijk bij voldoende glucosesplitsing. Bij suikerziekte bevindt zich door het ontbreken van insuline onvoldoende glucose in de cel  ophoping van acetyl coA  in lever omgezet in giftige ketonlichamen.

Koolhydraten zijn nodig als brandstof (ondanks vetten), omdat wanneer er een tekort aan glucose is, oxaalazijnzuur in de citroenzuurcyclus terug kan worden gevormd tot glucose. Hierdoor hoopt het acetyl-CoA, wat zich normaal in de citroenzuurcyclus bindt aan oxaalazijnzuur, zich op. De acetyl-CoA wordt dan in de lever afgebroken tot ketonlichamen die acidose (verzuring van het bloed) en eventueel stoornissen in het zenuwstelsel tot gevolg hebben. Hierdoor kan een coma veroorzaakt worden.

Verschillende soorten stofwisseling:

1. grondstofwisseling: (basaal metabolisme) minimaal, wordt bereikt bij volledige lichamelijke en geestelijke rust

2. ruststofwisseling: wordt bereikt bij gewone lichamelijke rust

3. arbeidsstofwisseling: hierbij wordt nu onderscheid gemaakt tussen aërobe arbeid en anaërobe arbeid

Basaal Metabolisme

De hoogte van het basaal metabolisme wordt voornamelijk bepaald door het anabolisme. De intensiteit van de anabole activiteit is sterk afhankelijk van de mate van groei en celdeling. Daarom is deze bij jonge kinderen ook altijd zeer hoog, en neemt deze met de leeftijd geleidelijk af.

De stofwisselingshoogte wordt echter ook beïnvloedt door de lichaamsgrootte en het geslacht. Bij vrouwen ligt het basaal metabolisme een stuk lager dan bij mannen, dit komt door het hogere vetpercentage. Vetcellen hebben namelijk een zeer laag stofwisselingsniveau.

Factoren die ook invloed hebben op het basaal metabolisme, maar niet zo sterk als bovengenoemde factoren zijn: dag-/nachtritme en de menstruele cyclus.

Ruststofwisseling

Deze is meestal wat hoger dan het basaal metabolisme, dit komt omdat een of meer van onderstaande stollingsverhogende factoren aanwezig zijn:

1. Omgevingstemperatuur

2. Thermogeen effect van voeding

3. Zwangerschap

4. Weefselnieuwvorming tijdens training of herstel van ziekte

Arbeidsstofwisseling

Deze stofwisseling wordt bepaald door de grootte van het geleverde vermogen en de hoogte van het rendement. Het rendement wordt ook wel (mechanische) efficiëntie genoemd en is op de volgende manier te berekenen:

Mechanische efficiënte = uitwendig geleverd vermogen (kJ / min ) / Arbeidsstofwisseling – ruststofwisseling (kJ / min )

‘Zuurstofschuld’

Indien het energieverbruik plotseling sterk toeneemt, is de zuurstoftoevoer nog niet meteen op volle sterkte aan het werk. Hierdoor worden reserves van het lichaam aangesproken, welke na afloop van de arbeid weer moeten worden aangevuld.

Als de arbeid niet verhoogd wordt, zal er na een tijdje een steady state optreden, waarbij de energielevering geheel langs aërobe weg gaat.

Bij piekarbeid is dit wezenlijk anders, als de energiebehoefte de maximale leveringscapaciteit overschrijdt. Er ontstaat nu geen steady state en de energielevering blijft anaëroob verlopen, waardoor er een lactaat ophoping ontstaat. Wanneer de concentratie van lactaat in de spiercellen boven de 40mmol/l komt, is de verzuring zo ernstig dat de mechanismen die de spiercontractie tot stand brengen niet meer werken. In dit geval is dan de maximale O₂-schuld bereikt.

Aan het begin van de anaërobe energielevering heeft het lichaam de keuze uit twee energiebronnen: alactisch of lactisch.

De alactische bronnen worden als eerste verbruikt, hierbij wordt energie geleverd zonder vorming van lactaat.

Dit gebeurt doordat dat creatininefosfaat (CrP), zodra de concentratie van ATP te laag wordt, een fosfaatgroep overdraagt aan ADP, zodat er weer voldoende ATP is.

Bij de lactische component wordt van pyrodruivenzuur lactaat gevormd als product van de anaërobe glycolyse.

Hoe groter de zuurstofschuld, hoe langer het herstel (meestal zo’n paar seconden, tot een aantal minuten). Bij zware inspanning geldt dit echter niet, omdat hierbij niet alleen een lactaatoverschot is, maar ook de glycogeenconcentratie en de ionenhuishouding is totaal veranderd. Het herstel hiervan kan wel enkele dagen duren.

C. Interactie cellen / omgeving

Diffusie = de beweging van deeltjes oiv het concentratieverschil.

Osmose = de verplaatsing van water of een ander oplosmiddel tegen de druk in.

De plasmamembraan is een 2 moleculen dik vlies van lipidenmoleculen. De lipiden zijn opgebouwd uit twee apolaire vetzuurketens en één polaire niet-vetzuurketen. In water liggen de vetzuurketens van de dubbellaag naar elkaar toe en steken de polaire groepen uit.

Transport door de plasmamembraan wordt mogelijk gemaakt door twee soorten eiwitten; namelijk de intrinsieke (integrale) eiwitten en de extrinsieke (perifere) eiwitten. De intrinsieke eiwitten steken door de plasmamembraan heen, de extrinsieke liggen aan weerszijden van het membraan.

Aan de buitenzijde van de membraan zit de glycocalix. De glycocalix zorgt voor bescherming en hechting aan andere cellen. De glycocalix is via perifere eiwitten verbonden met intracellulaire filamenten, dit wordt samen het cytoskelet genoemd.

Natrium gaat de cel in, en dus is de concentratie buiten de cel hoog.

Membraantransport kan je onderverdelen in actief en passief transport:

Passief:

Diffusie: de stof gaat van de hoge concentratie naar de laagste concentratie. Voor dit transport is geen energie van de cel nodig. De diffusiesnelheid hangt af van het concentratieverschil tussen de extracellulaire en de intracellulaire ruimte, de membraandikte en de permeabiliteit (de doorlaatbaarheid die per stof verschilt). Passief transport is bij geladen deeltjes (ionen) ook mogelijk door een transmembraanpotentiaal (elektrisch potentiaalverschil over de membraan).
 

Actief:

Gebeurt vaak in de mitochondrieën en kan zijn pompen (uphill transport). Actief transport is een vorm van transport waar wel energie van de cel voor nodig is. Want het kan tegen de potentiaal of concentratiegradiënt in gaan, dmv een pomp.

Door het eiwit ATP-ase, dat zich in de membraan bevindt, kan ATP worden gesplitst waarbij de vrijgekomen energie kan worden gebruikt bij het transport van de stof door de membraan tegen de gradiënt in.

De ionconcentraties:

Binnen de cel:

• Na = laag

• Cl - = laag

• K = hoog

Buiten de cel:

• Na = hoog

• Cl- = hoog

• K = laag

Diffusie:

Het is een beweging van de opgeloste stof van een hoge naar een lage concentratie totdat een evenwicht bereikt is.

Deze beweging gebeurt passief.

Het gebeurt snel over een korte afstand, en langzaam over een lange afstand.

De temperatuur, molecuulgrootte en membraandikte spelen een rol.

Bij een lage temperatuur is namelijk weinig diffusie.

Hoe verder de afstand is (hoe verder de deeltjes moeten reizen) hoe meer tijd dat kost.
 

Osmose:

Is de verplaatsing van een oplosmiddel (vaak water) van een verdunde oplossing naar een geconcentreerde oplossing.

Een membraan is bijv. wel doorgankelijk voor 1 stofje, maar niet voor de andere.

Dit is ook een passief proces.

Er zijn 2 voorwaarden voor osmose:

• aanwezigheid van een semipermeabel membraan (scheidingswand)

• over die wand moet een concentratieverschil bestaan
   

Wet van Fick:

I_D = D * ((C₁-C₂)*O)/d_x ^mol/_sec

Uitleg:

Sterkte van de diffusiestroom hangt af van:

• concentratieverschil tussen extracellulaire en intracellulaire ruimte (C₁-C₂)

• membraanoppervlak (O)

• membraandikte (d_x)

• diffusie coëfficiënt (D)
   

Dus: een groot membraanoppervlak en een groot concentratieverschil zorgen voor een snelle diffusiestroom. Hoe dikker de membraan, des te zwakker de diffusiestroom.

Hoe warmer het is, hoe sneller de deeltjes gaan bewegen.

Na/K pomp: pompt Na eruit, K naar binnen (kost energie).

Zorgt dat de ion concentratie in de cel constant gehouden wordt.

Er zijn twee begrippen voor de kwantificering van de osmotische waarde van een oplossing; de osmolariteit (het aantal ^osmol/_liter oplossing) en de osmolariteit (het aantal ^osmol/_kg oplossing)

Je hebt primair actief transport en secundair actief transport:

Primair actief transport:

Actief transport kost bijna altijd energie (ATP)

ATP → APD + Pi + Energie.

Het voordeel is dat het transport kan plaatsvinden tegen een concentratiegradiënt in.

Je hebt hiervoor verschillende systemen.

Uniporter: slechts 1 stof wordt getransplanteerd

Antiporter: zowel op de heen- als terugweg worden stoffen meegenomen. Er kan dus ook tegen het gradiënt in getransporteerd worden.

Symporter: de moleculen gaan dezelfde richting op.

Secundair actief transport:

Hierbij wordt kinetische energie van 1 molecuul gebruikt, die met zijn concentratie gradiënt mee beweegt, om de andere tegen zijn concentratie gradiënt in te bewegen.

Indirect kost dit energie, want Na+ moet weer opgeruimd worden.

Het verschil tussen primair en secundair actief transport is:

Dat bij primair is er alleen sprake van 1 molecuul dat zich door kanaal beweegt, vaak door diffusie. Bij secundair heeft de cel nog andere stofjes nodig die worden meegenomen door stoffen die wel de cel in kunnen.

De cel handhaaft de intracellulaire concentratie door actief transport.

De natrium/kalium pomp zorgt voor een actief transport tussen natrium en kalium.

Het brengt natrium de cel uit en kalium de cel in. (3 natrium erin, 2 kalium eruit).

De pomp is elektrogeen, omdat hij niet elektroneutraal is, maar er wordt positieve lading de cel in getrokken (3 erin, 2 eruit, dus hou je positieve lading de cel in over)

De pomp is afhankelijk van voldoende Na en K, en voldoende ATP.

Aan de Na/K-pomp is ook als secundair actief transport het Ca-transport gekoppeld.

Voor de regeling van de pH zijn er 3 mechanismen:

• Na/H uitwisseling: genoeg energie doordat de Na naar binnen gaat om de H tegen zijn gradiënt in te pompen.

• Na/HCO3 – cotransport: met Na wordt HCO3 de cel ingebracht, daar gaat het reageren met H en vormt het water en CO2, hierdoor gaat de pH stijgen.

• Cl/HCO3 uitwisseling: gaat van start als de pH veel gaat stijgen.

Je kan de Ca concentratie verlagen in de cel door de Ca naar buiten te pompen.

Vesiculair transport:

Dit is een actief transport, en gebeurt via blaasjes.

De blaasjes kunnen stofjes opnemen uit de omgeving.

Endocytose: de cel in (neemt stofjes op in het zakje)

Exocytose: de cel uit (laadt de stofjes uit de blaasjes)

D. Membraantransport

Er zijn verschillende soorten kanalen.

• Passieve kanalen: hebben een onveranderlijke permeabiliteit.

• Actieve kanalen: zijn kanalen waarvan de doorgankelijkheid kan veranderen. Het kunnen kanalen zijn die elektrisch aangestuurd worden of die chemisch aangestuurd worden (Het kost in ieder geval energie)

Membraanpotentiaal

In elke cel is een membraanpotentiaal aanwezig.

Een membraantransport van ionen zorgt voor een potentiaalverschil over het membraan, er komt of binnen of buiten een hogere lading.

Een membraanpotentiaal wordt veroorzaakt door de ionverdeling. Er is namelijk een verschillende verdeling binnen en buiten de cel.

Je krijgt ladingsverschillen omdat er geladen als ongeladen deeltjes in de cel aanwezig zijn. Er kunnen poortjes open die alleen geladen deeltjes dooralten. Totdat er evenwicht is ontstaan, zullen die deeltjes uit de cel verdwijnen. Daardoor ontstaan ladingsverschillen.

Het kalium eiwit is een belangrijk eiwit. Kalium is positief in de cel en negatief buiten de cel.

Evenwichtspotentiaal = er is evenwicht tussen concentratieverschil en potentiaalverschil.

Wanneer de membraan meer dan 1 ionsoort doorlaat, is actief transport noodzakelijk voor het handhaven van de concentratieverschillen.

Als er meerdere ionen in een oplossing zitten zijn er verschillende situaties mogelijk, namelijk:

1. De concentratieverschillen en permeabiliteit zijn voor beide ionen gelijk, wat dus in de cel gaat en er uit is gelijk aan elkaar, dan is er dus geen potentiaalverschil.

2. De concentratieverschillen voor beide ionen zijn weer gelijk, maar de permeabiliteit voor Kalium ionen is 10x zo groot als voor natrium. Er is dan wel sprake van een rustpotentiaal. → Er stromen namelijk wel ionen de cel in en uit maar dat aantal is gelijk waardoor de lading van de cel gelijk blijft.

De meeste cellen hebben situatie 1.

Belangrijk:

Natrium stroomt altijd de cel IN. En Kalium stroomt er altijd UIT.

De natrium/kalium pomp pompt daardoor Natrium de cel UIT en kalium de cel IN om het evenwicht te bewaren.

Nernstpotentiaal

Uitrekenen wat de membraanpotentiaal is als je kijkt naar de geladen deeltjes binnen en buiten de cel.

Als er maar 1 ionsoort is, dan is de hoogte van de potentiaal afhankelijk van:

• concentratieverschil

• lading per ion

• temperatuur

E = RT/zF x ln [Ce]/[Ci];

61 x log [Ce]/[Ci].mV

E = evenwichtsconstante

R = gasconstante

T = absolute temperatuur

Z = lading van het ion

F = constante van Faraday

[Ce] = extracellulaire concentratie

[Ci] = intracellulaire concentratie

De ion soort met de hoogste doorgankelijkheid heeft de meeste invloed op het ontstaan van het rustpotentiaal, die relatief dicht bij de evenwichtspotentiaal van dat ion zal liggen.

Verhoging van de permeabiliteit van het membraan voor Na en Ca – ionen werkt depolariserend.

Verhoging van de permeabiliteit van het membraan voor K werkt hyperpolariserend.

Ionkanalen

Bestaan uit verschillende eiwitten, het zijn porieën die open en dicht kunnen.

Het effect van het openen van ionkanalen op membraanpotentiaal hangt af van de aanwezigheid van actief transport.

Je hebt zoals al eerder gezegd, passieve en actieve (chemische, elektrische) kanalen.

Ionkanalen gaan voortdurend open en dicht.

Ionkanalen kunnen chemisch of elektrisch geopend worden.

Als je een snelle verandering van het potentiaal hebt bijvoorbeeld:

Vermindering van het potentiaalverschil dan krijg je depolarisatie.

Als je vergroting van het potentiaalverschil dan krijg je hyperpolarisatie.

Een receptor-ion-kanaal is ligandgevoelig. Een ligand geeft aan dat het een stof betreft die zich aan een andere stof moet binden om effect te hebben.

Er is een binding tussen een ligand en een receptor; dit kan tot gevolg hebben dat er juist een reactie optreedt of dat deze uitblijft. De koppeling bepaald de opening van de kanalen.

Je hebt ook spanningsafhankelijke kanalen, daarvan is de doorgankelijkheid afhankelijk van de membraanpotentiaal. Het kanaal wordt pas actief als het potentiaal hoog genoeg is. Het kanaal kan openblijven zolang de drempel niet wordt overschreden.

Actiepotentiaal

Dat is een plotselinge kortdurende daling van het membraanpotentiaal.

De inktvis axon wordt gebruikt om de actiepotentiaal aan te tonen. Deze vezels van de inktvis worden namelijk elektrisch geprikkeld door twee elektroden die met een spanningsbron zijn verbonden.

Een depolarisatie zorgt voor het openen van de kanalen en een actiepotentiaal kan ontstaan. De natrium kanalen gaan namelijk open en stromen naar binnen.

Het potentiaal beweegt zich in de richting van die van Natrium, maar het wordt niet gelijk want:

• de activatie is van korte duur, omdat inactivatie van de natriumkanalen al gauw optreedt.

• De Kalium kanalen gaan open.

Het is bij een actiepotentiaal alles of niets!

Subliminaal = onderdrempeling → er gebeurt niets.

Supraliminaal = drempel wordt wel overschreden → dan ontstaat er dus pas een actiepotentiaal.

De depolarisatie wordt veroorzaakt door toename van de Na en Ca permeabiliteit. Na en Ca stroomt de cel in, als dan de drempel wordt overschrijden krijg je een actiepotentiaal.

De natrium kanalen zijn sneller dan de calcium kanalen.

Depolarisatie van de cel verloopt als positieve terugkoppeling, want na een tijdje gaan de kanalen weer dicht.. Dan wordt de cel heel even refractair, dat betekent dat de cel niet nog een keer geprikkeld kan worden (de cel moet dus als het ware even bijkomen van de prikkel).

Na+ inactiveert zichzelf, Kalium ondergaat een negatieve feedback, die sluit namelijk naarmate de repolarisatie verder vorder.

Je hebt verschillende weefseltypen. Elk verschillend weefseltype kan een ander uitziende actiepotentiaal hebben.

2. Voortgeleiding van de Actiepotentiaal

Voortgeleiding (conductie) is een belangrijk kenmerk van de actiepotentiaal. In zenuwvezels en skeletspiervezels vindt de prikkeloverdracht plaats in de synaps, de contactplaats tussen twee prikkelbare cellen. De presynaptische cel zorgt er na prikkeling voor dat er in de postsynaptische cel lokaal een potentiaalverandering optreedt. Dit is de synapspotentiaal die de membraanpotentiaal in twee richtingen kan beïnvloeden. Alleen de depolariserende synapspotentiaal kan de volgende cel prikkelen; dat is een zogenaamde exciterende synapspotentiaal. Als er in een bepaald membraandeel een actiepotentiaal ontstaat, zorgt dit ervoor dat er een lokale kringstroom naar het naastgelegen membraandeel gaat lopen. Deze kringstroom zorgt ervoor dat ook in het naastgelegen deel een actiepotentiaal ontstaat. Zo ‘loopt’ dit actiepotentiaal dus over het membraan. Teruggeleiding wordt voorkomen door de refractaire periode.

Er is passieve en actieve voortgeleiding. Bij passieve of elektrotone voortgeleiding wordt het spanningsverschil dat ontstaat bepaald door de eigenschappen van de kabel en wordt het signaal door verlies aan spanning langzaam zwakker.

Dat noem je voortgeleiding met decrement (= verlies). Bij actieve voortgeleiding wordt er echter steeds opnieuw een actiepotentiaal opgewekt waardoor het signaal even sterk blijft.

Bij passieve voortgeleiding gebruik je de zogenaamde kabelvergelijking:

λ = √ Rm / Ri + Re

λ = lengteconstante, geeft de afstand aan waarover een spanningspuls die aan het begin van de kabel wordt gegeven tot ruim een derde van zijn oorspronkelijke hoogte is gedaald.

Rm = membraanweerstand

Ri + Re = weerstanden in lengterichting

Bij actieve voortgeleiding:

τ = Rm x Cm

τ = de tijdsconstante, geeft aan in hoeveel tijd de spanning twee derde van de eindwaarde heeft bereikt.

Cm = membraancapaciteit, geeft aan hoeveel lading er nodig is om de spanning over een condensator met een bepaalde waarde te laten stijgen.

Passieve factoren: kabeleigenschappen, weerstand en capaciteit

Actieve factoren: stijgsnelheid en amplitude van de depolarisatiefase
 

E. Intercellulaire communicatie

Interactie tussen verschillende cellen is eigenlijk onmisbaar.

Cellen responderen namelijk op: chemische, mechanische en elektrische stimulie, warmte en vele andere andere prikkels.

Cellen communiceren door middel van hormonen, neurotransmitters en elektrische signalen.

De signaaltransmissie tussen de cellen kan snel of langzaam gaan.

Via het zenuwstelsel (neurotransmitters: vrijgezet in synaptische spleet) gaat het snel.

Via het endocriene systeem (hormonen worden in het bloed vrijgezet) gaat het langzaam.

Intercellulaire communicatie kan plaatsvinden tussen aangrenzende cellen, naburige cellen en long distace (ver verwijderde cellen).

Tussen aangrenzende cellen: gebeurt het via gap-junctions. De cellen hebben rechtstreeks contact onderling. Ze hebben aanhechting voor ellen onderling als intercellulaire communicatie.

Gap-junctions:

Zijn kanaalvormige eiwitten. Doordat kunnen cellen met elkaar communiceren. De wand van het kanaal bestaat uit tweemaal zes rond het kanaal gerangschikte eiwitmoleculen van de connexinefamilie, daardoor ontstaat 1 gap-junction-kanaal.

Hierdoor kunnen zowel elektrische en chemische signalen doorgegeven worden.

Door gap-junctions kunnen ook actiepotentialen over worden gegeven.

De communicatie tussen naburige cellen loopt via weefselvloeistof. De cellen hoeven niet tegen elkaar aan te liggen, maar het weefselvloeistof brengt de signalen over. Deze sturing is chemisch.

Je hebt paracrien = door diffusie worden stoffen doorgegeven. En autocrien = als cel reageert op de stof die hij zelf heeft gemaakt (zelfstimulatie).

De communicatie tussen (ver) verwijderde cellen gebeurt via het bloed. De afstand tussen de cellen is groter dan door diffusie bereikt kan worden. Er worden hormonen aangemaakt en met het bloed vervoerd.

Hydrofiel = stoffen kunnen slecht of niet door een membraan heen, maar is ook niet nodig want ze binden met een eiwit dat aan de buitenkant van een membraan zit.

Hydrofoob = deze stoffen kunnen moeiteloos door een membraan heen, hun receptoren liggen in het membraan of intercellulair.

Elektrische en chemische interactie

Het contact tussen buurcellen geeft prikkelbare weefsels de mogelijkheid om een actiepotentiaal van de ene naar de andere cel door te geven. Deze directe of elektrische transmissie speelt bij de mens een rol in hartspier en glad spierweefsel, in endotheel en in sommige zintuigen. De kringstroompjes die een actiepotentiaal opwekken kunnen dus ook via gap junctions een naburige cel bereiken.

De chemische interactie tussen cellen maakt gebruik van biologisch actieve stoffen (liganden) die van cel naar cel gaan. Je hebt hydrofobe en hydrofiele liganden.

De receptoren van hydrofiele liganden steken uit het membraan en de receptoren van de hydrofobe liganden liggen in de membraan of intracellulair.

In het proces van chemische interactie door middel van een transmitter zijn zes stappen te onderscheiden:
 

1. vorming van de transmitter: vindt continu plaats in het ER en het Golgi-complex.

Vaak afsplitsing van een ander molecuul of aaneenkoppeling van kleine moleculen.

2. opslag van de transmitter: De hydrofiele stoffen worden verpakt in vesikels of als vastere korrels (granula). De hydrofobe stoffen worden gebonden aan een hydrofiele component (bijvoorbeeld eiwit) en worden zo in het cytoplasma vervoerd.

3. loslaten van de transmitter: Via exocytose worden de vesikels of granula uit gescheiden in de synaps (indien aanwezig). Het optreden van exocytose is afhankelijk van de Ca²⁺ concentratie. Tijdens activatie stijgt de calcium concentratie.

4. transport van de transmitter naar de doelcel(len): Naarmate de afstand tot de doelcellen groter wordt, neemt de vertragingstijd (latentietijd) evenredig toe.

5. Interactie met de receptor: Een receptor bestaat uit een lange eiwitketen, die soms meerdere malen door het membraan door de membraan slingert: een zogenaamde serpentinereceptor. Het omzetten van een ligand-receptorbinding in een cellulair effect noem je de signaaltransductie. Er zijn nog verschillende manieren van interactie:

   1. Rechtstreekse opening of sluiting van een ionkanaal: de receptor is onderdeel van het kanaaleiwit en kan zo de permeabiliteit beïnvloeden.

   2. Directe interactie met een in de membraan gelegen enzym: dat enzym start een intracellulair omzettingsproces.

   3. Activatie van specifieke membraaneiwitten: de G-eiwitten. Deze eiwitten zijn grote hydrofobe eiwitten die in de membraan drijven. Ze bestaan uit een a, B en een y-subunit. Door de binding van de ligand komt de a-unit los. De componenten verspreiden zich door de membraan en activeren bepaalde processen. Zo kan hij bijvoorbeeld een second messenger activeren zoals cAMP, IP3, DAG of het Ca²⁺ ion.

   4. Binding aan een intracellulaire receptor (alleen voor hydrofobe liganden): heeft vaak direct invloed op de transcriptie van bepaalde genen, waardoor de synthese van bepaalde eiwitten kan toenemen.

6. Opheffen van de werking van de transmitter: Dit kan op verschillende manieren, zoals splitsing van de transmitter ter plaatse van de receptor of reabsorptie door de cel, ook kan het ligand langzaam worden ‘weggewassen’. De eerste werkt het snelst, de laatste het langzaamst. Bij desensitisatie wordt door de binding van een ligand de voortgaande binding met het ligand bemoeilijkt. Ook kan het aantal receptoren op het membraan worden veranderd (down-regulatie of up-regulatie). De receptor wordt naar het binnenste van de cel terug gehaald (internalisatie).

Potentialen

1. Variabele potentialen: sensorpotentiaal en pacemakerpotentiaal

1.1 De sensorpotentiaal

Cellen met variabele potentialen volgen de alles of niets wet niet. Deze cellen zijn de cellen met ligand gevoelige membranen en de kanalen die op andere prikkels reageren. De potentiaalverandering die dan optreedt, is in hoogte en duur variabel en er is geen refractaire periode.

Naast de specifieke zintuigen voor licht, geluid, ruimtelijke stand, reuk en smaak waarin een groot aantal sensorcellen is geconcentreerd, komen zowel in de huid als verspreid in het inwendige sensoren voor die gezamenlijk zorgen voor de algemene lichaamssensibiliteit. Al deze sensoren hebben gemeen dat de inwerking van de prikkel tot een verandering van de membraanpotentiaal in de sensorcel leidt: de sensorpotentiaal. De hoogte van de sensorpotentiaal is niet constant, maar hangt af van de sterkte van de uitwendige prikkel. Dit is dus anders dan bij een actiepotentiaal. Het verband tussen de sterkte van de prikkel en de grootte van het sensorpotentiaal (stimulus-responsrelatie ofwel karakteristiek) varieert en hangt samen met de volgende factoren:

• De soort uitwendige prikkel: elk zintuig heeft een adequate prikkel, voor deze soort prikkels is hij het gevoeligst en geeft de hoogste potentiaalverandering. De perceptie op zintuigniveau is wel niet specifiek, maar wel selectief.

• De duur van de uitwendige prikkel: de hoogte van de zintuigpotentiaal neemt af naarmate de prikkel langer aanhoudt: adaptatie.

Elke zintuigcel zet een uitwendige prikkel om in een verandering van de membraanpermeabiliteit en daarmee in een elektrische respons. Die omzetting noem je transductie.

1.2 Pacemakerpotentiaal

Er zijn weefsels waarin een potentiaaldaling spontaan optreedt: automatie ofwel pacemakereigenschap. De geleidelijke potentiaaldaling noem je pacemakerpotentiaal. Hormonen en transmitterstoffen kunnen de snelheid hiervan beïnvloeden.

Als de membraanpotentiaal sneller daalt, bereikt deze ook eerder de drempel voor de actiepotentiaal; de frequentie van de opeenvolgende actiepotentialen neemt dan toe (denk aan de hartslag en de darmen). De spontane potentiaaldaling wordt opgewekt door kanalen die op het rustpotentialen geleidelijke opening of sluiting ondergaan.

2. G-eiwitten, hun receptoren en hun second messengers

Er zijn grote eiwitten die in het membraan zitten. Zodra een ligand daaraan bindt; bindt deze receptor zich aan een G-eiwit.

Een G-eiwit is een membraan gebonden eiwit dat GTP splitst in GDP en fosforzuur. Het bestaat zoals gezegd uit drie subunits. Als er een ligand gebonden wordt op het membraan ruilt de a-unit zijn GDP in voor GTP waardoor de binding met de By-unit wordt verbroken. Deze subunits diffunderen langs de membraan en zetten allemaal processen in werking.

Dit proces is omkeerbaar. Er zijn veel verschillende G-eiwitten, maar niet zo veel verschillende second messengers. In het membraan zitten veel verschillende G-eiwitten, gekoppeld aan specifieke receptoren, het second messengers dat daardoor gevormd wordt is beperkt.

De bekendste is cyclisch AMP (cAMP) dat wordt gevormd door het enzym adenylaatcyclase dat in de membraan geactiveerd wordt door de a-unit van een G-eiwit.

De belangrijkste functie van cAMP is het activeren van proteïnekinasen, eiwitten die door toevoeging van een fosforgroep sterk kunnen veranderen van functie. Met dit systeem kan een enkele receptor voor een massale reactie zorgen. Fosfodiesterase breekt cAMP weer af. Andere second messengers zijn IP3 (hydrofiel) dat Ca²⁺ ionen vrijmaakt uit de opslag en het DAG (hydrofoob) dat proteïne kinase C activeert dat bepaalde eiwitten fosforyleert, waarvan sommige de transcriptie van DNA reguleren.

3. Signaalstoffen: mediatoren, transmitters en hormonen

De meeste lichaamscellen zijn in staat stoffen te vormen die naar de extracellulaire ruimte worden afgegeven en effect op andere cellen hebben. Deze stoffen kun je grof in drie groepen indelen.

1. Mediatoren: Dit zijn een soort bemiddelaars, stoffen die in de omgeving van cellen veranderingen tot stand brengen die het functioneren van cellen onder vaak ongunstige omstandigheden ondersteunen. Een belangrijke groep mediatoren zijn de ontstekingsmediatoren die een lokale ontstekingsreactie opwekken.

2. Transmitters: Dit zijn overdragers die voor het contact tussen prikkelbare weefsels zorgen. Je hebt exciterende en inhiberende transmitters. Exciterende neurotransmitters prikkelen de doelcel en de inhiberende verlagen de prikkelbaarheid van de doelcel.

3. Hormonen: signaalstoffen die door endocriene klieren worden geproduceerd en via het bloed worden vervoerd en daardoor hun werking over grote afstand kunnen uitoefenen. Twee grote groepen hormonen zijn de peptidehormonen en de steroidhormonen en je hebt de schildklierhormonen.
    

Steroidhormonen en schildklierhormonen binden aan een intracellulaire receptor die na binding verhuist naar de celkern. Daar kan het complex binden aan DNA en stimuleert het de transcriptie en zo de aanmaak van bepaalde eiwitten.

Een belangrijke mediator is stikstofmonoxide dat in cellen kan worden gevormd door afsplitsing uit het aminozuur arginine. Stikstofmonoxide (NO) is de belangrijkste vaatverwijdende stof. Verschillende prikkels stimuleren de synthese van NO en veroorzaken daardoor vaatverwijding.

Endotheelcellen kunnen vaatverwijdende stoffen produceren.

→ Als de stroomsnelheid in het bloed te hoog wordt, gaan de Calcium kanalen open waardoor arginine (door de afsplitsing hiervan ontstaat NO) wordt gesplitst en NO wordt vrijgegeven. De bloedvaten worden dan wijder en zodoende verdwijnt de druk. NO gaat naar omliggende spieren en die ontspannen dan.

Ontsteking is een reeks van veranderingen die kunnen optreden als reactie op de aanwezigheid van binnengedrongen micro-organismen (septische ontsteking), maar ook als reactie op veranderingen in het lichaam zelf (aseptische ontsteking).

De klassieke verschijnselen zoals roodheid, lokale warmte, zwelling, pijn en verstoorde functie zijn vaak het gevolg van verwijding van bloedvaatjes en daarbij een grotere permeabiliteit voor eiwitten. Deze verschijnselen worden opgewekt door ontstekingsmediatoren.

De belangrijkste ontstekingsmediatoren zijn:

• Histamine: gemaakt uit aminozuren (zorgt voor een neurotransmitter, zorgt voor maagsapsecretie en verwijdt toevoer en vernauwt de afvoer. Hierdoor is meer bloed in het weefsel)

• Cytokinen: groep polypeptiden, gemaakt in witte bloedcellen.

• Prostaglandinen: eicosanoid (zorgen voor vaatverwijding of vaatvernauwing, effecten op de bloedstolling en verwijding of vernauwing van de luchtwegen)

• Leuktrienen: eicosanoid (vertonen overeenkomsten met de vaatverwijdende prostaglandinen, versterken beide histamine. De pijn van de ontsteking komt voort van de leukotrienen, doordat ze de prikkeldrempel van de pijngevoelige zenuwuiteinden verlagen)

De laatste twee zijn lipiden die behoren tot de eicosanoiden, die worden gevormd uit arachidonzuur. De werking van deze stoffen is niet specifiek: ze zorgen voor verschillende veranderingen, maar ze verhogen allemaal de weerstand tegen binnengedrongen schadelijke stoffen.

Er zijn veel soorten prostaglandinen die een tegengestelde werking kunnen hebben. Zo zorgt de een ervoor dat de vaten vernauwen, terwijl de ander de vaten juist verwijd. Daarnaast zijn er nog veel andere effecten die kunnen plaatsvinden. Deze worden tot stand gebracht door reacties van G-eiwitten op te roepen in cellen die de goede receptor op hun membraan hebben. Hierdoor wordt er cAMP en IP3 aangemaakt. Prostaglandinen dragen zo bij aan de afweer.
 

4. Algemene eigenschappen van klieren

Een klier bestaat uit een of meerdere cellen die een specifiek product maken en afgeven (secretie). Als een product nodig is in het interne milieu dan noem je dat interne secretie; dit vindt plaats in de endocriene kliercellen. Als het product daar buiten nodig is spreek je van externe secretie: dit vindt plaats in de exocriene kliercellen. Exocriene klieren hebben een afvoerbuis waarin het secretieproduct wordt opgevangen, bewerkt en naar buiten gevoerd. Endocriene klieren hebben geen afvoergang, maar bevatten wel veel bloedvaatjes om voor een goede afvoer te zorgen. De secretie vindt plaats in een aantal stappen.
 

Stappenplan van uitscheiding van hormonen:

1. De producten worden gevormd in het ER en worden via het Golgi naar het plasmamembraan getransporteerd.

2. De eiwitten van het blaasje om het product, binden aan de eiwitten aan de binnenkant van het membraan. Dit wordt docking genoemd. Er moeten bepaalde snare-eiwitten aanwezig zijn om te kunnen binden. Er zijn veel verschillende snares zodat dit een specifiek proces is.

3. De echte secretie dmv exocytose vindt pas plaats als de klier een signaal heeft ontvangen in de vorm van een stijging van de Ca²⁺ concentratie.

4. De snares zitten vaak vlak bij de afvoerbuis zodat het secreet niet per ongeluk toch in het bloed terechtkomt. Als er exocytose heeft plaats gevonden, worden de secretieblaasjes weer opnieuw gebruikt.

Het secreet dat zo uit de klier komt noem je het primaire secreet. In de afvoerbuis kan het secreet verder worden bewerkt doordat er stoffen worden toegevoegd of juist verwijderd. Dit heeft tot gevolg dat het eindproduct geen constante samenstelling heeft.

De samenstelling is namelijk afhankelijk van de snelheid in de afvoerbuis (en dus de productiesnelheid). Over het algemeen geldt dat bij een hoge productiesnelheid het eindproduct erg zal lijken op het primaire secreet. Bij een lage productiesnelheid hangt het ervan af welk soort transport overheerst. Bij actief transport (stoffen eruit halen tegen gradiënt in) zal het verschil groot zijn en bij passief transport (door diffussie) zal dit door diffusie juist kleiner worden gemaakt. Dit doet zich vooral voor bij zweetklieren en de klieren in het spijsverteringskanaal.
 

F. Biologische regelsystemen

Inleiding

Behalve dat eencelligen vegetatieve functies vervullen in dienst van de stofwisseling, reageren ze ook op prikkels uit de buitenwereld en kunnen ze zich daarin bewegen.

Milieu intérieur = dun laagje extracellulaire vloeistof

Doordat cellen voedingsstoffen aan het extracellulaire water onttrekken en er afvalstoffen aan afgeven, staat dit interne milieu voortdurend bloot aan uitputting en verontreiniging. Het organisme is echter in staat, door middel van vele regelmechanismen, de samenstelling van de extracellulaire vloeistof binnen zekere grenzen te houden.

De homeostatische grootheden of bioconstanten vertonen een geringe biologische spreiding en een wisselend grote tolerantiebreedte.

Regelsystemen

Biologische regelsystemen betreffen onder meer de besturing van fysiologische processen. Hierbij gaat het om de activiteit van een orgaan of orgaansysteem naar behoefte te activeren of juist te remmen, zoals de spieractiviteit bij het maken van bewegingen. Het doel kan ook zijn een bepaalde grootheid onafhankelijk van allerlei storende factoren niet te laten veranderen, zoals bij het handhaven van de homeostase. Men maakt onderscheid tussen open en gesloten regelsystemen.

In zijn eenvoudigste vorm bestaat een open regelsysteem uit een geregeld proces dat wordt gestuurd door een ingangssignaal, waarbij het proces een uitgangsgrootheid oplevert. In een zogenaamde aan-uit-regeling wordt het proces door een ingangssignaal zowel in- als uitgeschakeld.

In een zogenoemde proportionele regeling neemt de activiteit van het regelproces toe naarmate het ingangssignaal sterker wordt.

In een gesloten systeem wordt van de uitgangsgrootheid een signaal teruggekoppeld naar de ingang van het regelproces. Bij gesloten regelsystemen moet een onderscheid worden gemaakt tussen systemen met positieve en negatieve terugkoppeling. Het doel van een gesloten regelsysteem met negatieve terugkoppeling is dat elke verstoring van de geregelde grootheid automatisch wordt gecorrigeerd. Van de geregelde grootheid wordt daartoe door bepaalde (zintuig)cellen of sensoren een signaal, dat de actuele waarde van de geregelde grootheid vertegenwoordigt, teruggekoppeld naar de ingang van het systeem.

Dit terugkoppelsignaal (feedback signal) wordt nu in een comparator vergeleken met een referentiesignaal dat de waarde vertegenwoordigt van de beoogde uitgangsgrootheid, de streefwaarde (setpoint). Doordat aan het terugkoppelsignaal het negatieve teken wordt gegeven, levert de eenvoudige optelling met het referentiesignaal het resultaat van de vergelijking, dat dus positief of negatief kan zijn. Is de waarde van de uitgangsgrootheid door storingen van buiten kleiner dan de streefwaarde, dan betekent dit dat een positief correctiesignaal de activiteit van het proces, de effector, zal opvoeren om de afwijking te corrigeren. Is het omgekeerde het geval dan zal het proces worden geremd.

De nauwkeurigheid van een regelsysteem met negatieve terugkoppeling hangt af van tijd- en versterkingsfactoren.

We zagen dat in een open systeem de uitgangsgrootheid in proportionele relatie kan staan met het ingangssignaal. Ook bij een gesloten systeem met negatieve terugkoppeling kan de uitgangsgrootheid proportioneel worden bewaakt.

Cheyne-Stokes-ademhaling

Dit adempatroon bestaat uit korte periodes van apnoe (ademstilstand), gevolgd door periodes van hyperventilatie. Dit kan zich normaal gesproken voordoen bij kinderen in de slaap en bij volwassenen die op grote hoogte verblijven, waar een lage partiële zuurstofspanning heerst. Pathologisch doet het zich voor bij ouderen met een gestoorde hartfunctie en bij mensen met een aandoening van de hersenstam. De verklaring ligt in een vertraging in de signaaloverdracht binnen het regelende systeem, hetzij door een verlaagde bloedstroomsnelheid (forward failure) waardoor veranderingen in de bloedgasspanningen vertraagd de chemosensoren bereiken, hetzij door een verminderde gevoeligheid (gain) van het regelcentrum. Tijdens de periode van apnoe hoopt de CO2 zich op in het bloed, tot boven de normale waarde. Als het meer dan normaal sterke signaal hiervan het ademcentrum bereikt, komen de ademhalingen weer op gang en nemen ze meer dan normaal in diepte toe, waardoor veel CO2 uit het bloed wordt uitgewassen en de CO2-spanning tot ver beneden zijn normale waarde daalt. De ademdiepte neemt hierdoor eerst weer af. Komt de prikkelintensiteit beneden de drempelwaarde, dan volgt een nieuwe periode van apnoe. Vooruitmelding (feedforward control) anticipeert op een te verwachten afwijking van de uitgangsgrootheid. In veel biologische regelsystemen ziet men van optredende verstoringen een vooruitmelding naar het regelcentrum. De lichaamstemperatuur bv. zal gaan dalen wanneer wij plotseling aan kou worden blootgesteld.

Thermosensoren in de huid melden plotselinge overgang onmiddellijk aan het regelcentrum, zodat al vooraf maatregelen kunnen worden getroffen, zoals het stoppen van eventuele zweetsecretie en vernauwing van de huidvaten.

Bij positieve terugkoppeling (positieve feedback) wordt aan het teruggekoppelde signaal het positieve teken toegekend, waardoor de waarde ervan wordt opgeteld bij die van het referentiesignaal.

De actiepotentiaal in een spier- of zenuwcel kan men beschouwen als het product van een gesloten regelsysteem met positieve terugkoppeling.

Het openen van een aantal Na+kanalen leidt tot het openen van steeds meer kanalen, waardoor binnen 1 μs een ompoling van de membraanpotentiaal van -70 naar +10 mV plaatsvindt.

Een verschijnsel dat zichzelf door positieve terugkoppeling versterkt, noemt men een regeneratief proces.

Servosystemen vormen een klasse regelsystemen waarbij de uitgangsgrootheid nauwkeurig een telkens veranderend ingangssignaal volgt. In de meeste gevallen is het vermogen aan de uitgang aanzienlijk groter dan aan de ingang.

Van theorie naar praktijk

Homeostatische regelsystemen zijn gesloten systemen met negatieve terugkoppeling. De sensoren – meestal gespecialiseerde zintuigcellen – die de homeostatische uitgangsgrootheden bewaken, zenden een terugkoppelsignaal naar de comparator. De waarde van het terugkoppelsignaal wordt hier vergeleken met die van het setpoint, de streefwaarde. Dit leidt tot een correctiesignaal dat via een regelorgaan (regelcentrum) het regelproces bijstuurt.

Het regelsysteem kan functioneel worden verdeeld in een regelend deel en een geregeld deel. Homeostatische regelsystemen hebben niet altijd een vaste streefwaarde. Veel van de grootheden, waaronder die van verschillende hormoonconcentraties in het bloed, vertonen een dag-en-nachtritme (circadiaans ritme). Ook fysieke of psychische omstandigheden kunnen het setpoint van een regelsysteem verstellen.

Sensoren die specifiek gevoelig zijn voor een geregelde homeostatische grootheid, moeten een verstoring hiervan aan het regelcentrum melden. Het uit de weefsels afkomstige bloed, dat op zijn terugweg hart en longen is gepasseerd, is voldoende gemengd om informatie te geven over de gemiddelde samenstelling van het interstitium en over de gemiddelde temperatuur van het interne milieu. Via het arteriële bloed worden de sensoren van de verschillende regelsystemen daardoor geïnformeerd over de toestand in het milieu intérieur.

Liggen de sensoren buiten het centrale zenuwstelsel, dan spreekt men over perifere sensoren, liggen ze erbinnen, dan spreekt men van centrale sensoren. Voor de regulering van de ademhaling liggen perifere chemosensoren, die gevoelig zijn voor de bloedgasspanningen, links en rechts bij de bifurcatie van de a. carotis in de halsstreek (glomus caroticum), terwijl centrale chemosensoren gelegen zijn aan het ventrale oppervlak van de medulla oblongata van de hersenstam.

De vegetatieve regelcentra bevinden zich in de hypothalamus van de tussenhersenen en in de formatio reticularis van de hersenstam. De hypothalamus wordt door tal van vezelbanen doorkruist. Hier bevinden zich onder meer de centra voor de regeling van de lichaamstemperatuur, de lichaamsosmolariteit, de voedselopname en de glucosehuishouding. De formatio reticularis echter bestaat uit een groot netwerk van korte, met elkaar samenhangende en communicerende neuronen, dat zich over de gehele hoogte van de hersenstam uitstrekt. Hierin bevinden zich onder meer de regelcentra voor hart en bloedsomloop en voor de ademhaling.

De signalering vanuit de vegetatieve regelcentra naar de vegetatieve organen geschiedt via zenuwvezels of door middel van hormonen. De hormonale reguleringen vinden in hoofdzaak plaats vanuit de hypofyse, die functioneel-anatomisch verbonden is met de hypothalamus.

Wanneer een orgaan wordt gereguleerd via het zenuwstelsel of door hormonen spreken we van extrinsieke regulatie. Van intrinsieke of autoregulatie is sprake wanneer een orgaan ook zonder beïnvloeding door zenuwen of hormonen in staat is zich aan te passen aan de momentaan aan het orgaan te stellen eisen.

Opzichzelfstaande regelsystemen kunnen een onderdeel zijn van een groter regelsysteem.
 

G. Het vegetatieve zenuwstelsel

Het hypothalamische-hypofysaire systeem

Het vegetatieve zenuwstelsel, dat ook wel het autonome zenuwstelsel wordt genoemd, heeft twee functies. Het parasympathische systeem draagt bij aan het in stand houden van de homeostase (het ondersteunt de anabole functies) en het (ortho)sympathische systeem kan het organisme in grote paraatheid brengen wanneer dit zich moet verdedigen tegen schadelijke invloeden (de katabole functies).

Onder vegetatieve integratie wordt de samenwerking van alle vegetatieve organen in een georganiseerd verband verstaan. Deze organen zijn verantwoordelijk voor de handhaving van de homeostase.

Om de homeostase goed te kunnen onderhouden moeten de regelcentra in de hersenen informatie krijgen over het interne milieu. De informatie krijgen deze centra via humorale of neurale weg. Voor de humorale informatievoorziening zitten er centraal en perifeer sensoren die de centra in de hypothalamus en hersenstam vertellen over de samenstelling van het interstitium. De n. vagus is verantwoordelijk voor het neurale contact met de vegetatieve organen, zoals longen, lever, spijsverteringsstelsel, nieren, enzovoort.

In het centrale zenuwstelsel wordt alle informatie geïntegreerd, waardoor er een compleet beeld is van het interne milieu. Dit beeld wordt gebruikt bij de besturing van de vegetatieve organen. Deze besturing kan eveneens via de humorale of neurale weg gaan.

Voor de hormonale reguleringen heeft de hypothalamus contact met de hypofyse. De hypofyse is de belangrijkste endocriene klier van het lichaam. De hypofyse bestaat uit twee delen;

• Neurohypofyse. Dit deel van de hypofyse staat via de neurale weg in contact met de hypothalamus. De hormonen die de neurohypofyse uitscheidt zijn in feite secretieproducten van varicositeiten van de axonen die tussen neurohypofyse en hypothalamus lopen.

• Adenohypofyse. Dit deel van de hypofyse staat in contact met de hypothalamus via het zogeheten portaal vaatsysteem. Via de portale venen worden stoffen getransporteerd van de hypothalamus naar de hypofyse die daar de afgifte van hormonen beïnvloeden.

Er zijn een aantal verschillen tussen humorale en neurale sturing;

Hormonen bereiken hun doelwitorganen via het bloed. Dit zorgt ervoor dat het zowel lokaal als algemeen kan werken. Neurale verbinden zijn altijd weefselspecifiek.

Hormonen verspreiden zich veel trager dan dat zenuwen voortgeleiden. De duur van de werking van een hormoon hangt af van zowel de aanmaaksnelheid als de afbraaksnelheid.

Het neurale systeem heeft veel minder overdrachtsstoffen nodig dan het humorale systeem. Het vegetatieve zenuwstelsel heeft genoeg aan twee neurotransmitter, terwijl het humorale systeem ontzettend veel hormonen kent.

Het parasympathische systeem

De overgang van pre- naar postganglionaire neuronen in het parasympathische zenuwstelsel vindt vlakbij of in het doelwitorgaan plaats. Door middel van de neurotransmitter acetylcholine schakelen ze over op de nicotinereceptoren van postganglionarie neuronen. Die schakelen op hun beurt eveneens door middel van acetylcholine over op de muscarinereceptoren van het te innerveren orgaan.
 

Het orthosympathische systeem

De presynaptische zenuwvezels van het orthosympathische systeem eindigen in paravertebrale ganglia, dus dicht bij het ruggenmerg in plaats van perifeer. Ook deze schakeling vindt plaats door middel van acetylcholine op nicotinereceptoren.

De paravertebrale ganglia liggen in een keten aan elkaar naast de wervelkolom. Deze keten wordt de grensstreng genoemd. Niet alle preganglionaire vezels schakelen over in de grensstreng. De zenuwvezels die de buikorganen innerveert, schakelt pas over op de postganglionaire cellen in de prevertebrale ganglia. Dit gebeurt ook door acetylcholine.

Postganglionaire orthosympathische zenuwvezels hebben aan hun uiteinden een reeks van verdikkingen, de varicositeiten. Deze varicositeiten scheiden noradrenaline af. De innervatie via het orthosympathische zenuwstelsel wordt daarom andrenerge innervatie genoemd. Een uitzondering op het gebruik van noradrenaline door het orthosympathische zenuwstelsel is de innervatie van de eccriene zweetklieren. Deze scheiden acetylcholine af. Dit heet daarom orthosympathische cholinerge innervatie.

Het effect dat adrenaline of noradrenaline heeft op een orgaan hangt af van het type receptor waaraan ze binden. Er zijn α- en β-receptoren. Noradrenaline heeft een sterkere α-werking, adrenaline heeft een sterkere β-werking. Er zijn stoffen beschikbaar die deze receptoren blokkeren, namelijk de α- en β-blokkers. Een excitatie van de α-receptoren zorgt in de regel voor een contractie, die van de β-receptoren voor relaxatie. Als er van beide types receptoren aanwezig zijn, bepaald het aantal en het verschil in affiniteit voor de neurotransmitters de werking.
 

Functionele relatie tussen het animale en vegetatieve zenuwstelsel

Hoe mensen zich gedragen hangt nooit alleen van het animale of vegetatieve zenuwstelsel af. Gedrag is een interactie tussen die twee. De functionele relatie tussen de twee zenuwstelsels is gerealiseerd in het limbische systeem. Hier worden prikkels geëvalueerd en wordt het gedrag beïnvloed. Prikkels die door het limbische susteem als levensbedreigend worden geïnterpreteerd brengen het lichaam in een alarmtoestand, die zogeheten fight-or-flight-reacties veroorzaakt.. Hierbij wordt de invloed van het orthosympathische systeem vergroot en worden anabole functies geremd en katabole functies geactiveerd.

H. Neurohumorale Regulaties
 

Hormonen zijn stoffen die door bepaalde prikkels worden afgegeven aan het bloed om het functioneren van doelwitorganen te beïnvloeden. Dit kan zowel stimulerend als remmend zijn.

Er zijn 3 groepen hormonen:

- Peptide: dat zijn de aminozuren

Peptidehormonen: zijn niet vetoplosbaar, het transport gebeurt via het bloed, ze binden aan een specifieke receptor en de receptor is gelegen op de plasmamembraan cel.

- Steroïd: dat zijn de derivaten van cholesterol

Steroidhormonen zijn wel vetoplosbaar. Er is een gemakkelijke passage door de celmembraan (lipidedubbellaag), in de cel is een binding aan de receptormolecuul. Ook vormen ze hormoon-receptoreiwitcomplex. En het complex heeft specifieke affiniteit voor bepaalde plaatsen op het DNA.

- Tyrosinen: dat zijn catecholaminen en de schildklierhormonen

Hormonen uit de neurohypofyse beïnvloeden het doelorgaan rechtstreeks. Dit is een snelle regulatie.

De activiteit van de adenohypofyse staat onder invloed van de neurohormonen uit de hypothalamus.

Hormonen doen voor het grootste gedeelte aan transport van eiwitten in het bloed.

De basiseenheid voor de neurohumorale regulatie is de reflexboog.

Die loopt als volgt:

Hij begint bij een sensor (receptor) vandaar gaat een signaal via de afferente baan naar het integratiecentrum. Daar wordt de sensor verwerkt en gaat het via de efferente baan naar de effector.

Er zijn 3 soorten reflexen:

1. De Somatische reflexen

Hier slaat de sensor aan op een prikkel van buiten het lichaam. Dat wordt exteroceptie genoemd of op een prikkel vanuit het bewegingsapparaat zelf dan wel vanuit het evenwichtsorgaan (proprioceptie).

Bijvoorbeeld: je trapt in een spijker; dan trek je gelijk je voet terug zonder dat je het meteen besefte. Of je ziet een gesteente vallen; dan denk je ook niet eerst na van zal ik blijven staan of wegrennen maar dan ren je gelijk weg.

Er is geen sprake van een regelkring (geen gesloten kring) want de spijker gaat er niet weer uit.

Somatische reflex wordt ook wel een myotatische reflex genoemd.

2. Autonome reflexen

Hierbij zitten de sensoren meeste binnen het lichaam (enterceptief).

Je hebt osmo-, baro- en chemosensoren.

De effector kan bijvoorbeeld zijn: glad spierweefsel of klierweefsel.

Voorbeeld: het drinken van citroensap leidt tot speekselsecretie. Maar je hoeft niet te stoppen met het drinken ervan, dus heb je geen gesloten regelkring.

De autonome reflexen zijn vooral betrokken bij het autonome zenuwstelsel.

Een bekende reflex is de baroreceptorreflex.

3. Endocriene reflexen

Als de pO2 in de nierschors omlaag gaat leidt dat tot productie van EPO (erytropoitiine)

Nog een voorbeeld van een endocriene reflex is bijvoorbeeld de regulatie van de bloedsuikerspiegel.

Als je gaat eten gaat de bloedglucose omhoog. Dan worden er B-cellen in de pancreas geactiveerd. Dit leidt tot afgifte van insuline. Wat weer leidt dat cellen glucose opnemen. En als cellen glucose opnemen leidt dat tot daling van het bloedsuikerspiegel. En gaat de bloedsuikerspiegel weer naar normaal.
 

Uitgebreide definitie van het woord hormoon:

Een stof die door cellen van endocriene klieren als reactie op bepaalde prikkels in zeer kleine hoeveelheden rechtstreeks aan het bloed worden afgegeven om doelwit- of effectorcellen die voorzien zijn van specifieke receptormoleculen voor het hormoon in hun functie te beïnvloeden.
 

Hier volgt de indeling van het zenuwstelsel:

CZS PZS

Centrale Zenuwstelsel Perifere Zenuwstelsel

Hersenen/Ruggenmerg

PZS                   /       \

                           /               \

                        /                     \

                     /                           \

1. afferente zenuwen                    2. Efferente zenuwen

Info → CZS info → organen

(skeletspier, gladde spier

Hartspier, klieren)
 

Een deel naar de skeletspieren is het somatische ZS

En een deel naar de gladde spieren, hartspier, klieren is het autonome ZS.

Het autonome zenuwstelsel kan orthosympatisch of parasympatisch geinnerveerd worden.

Als hormonen endocrien worden genoemd gaat het om hormonen die bij X worden gemaakt en werken bij Y.

Als hormonen paracrien worden genoemd gaat het om hormonen die bij X worden gemaakt en werken naast X.

Als hormonen autocrien worden genoemd gaat het om hormonen die bij X worden gemaat en werken op X.

In de maag moet de pH ongeveer 2 of 3 zijn.

HCL stimueert de afscheiding van secretine. Dat gaan naar het bloed en via de pancreas stimuleert het de afscheiding van HCO3-.

Het is belangrijk voor het lichaam om het interne milieu constant te houden. Alle binnenkomende informatie wordt daarom binnen het CZS geïntegreerd zodat een actuele stand van zaken ontstaat omtrent de toestand van het interne milieu.

De hypothalamus is het primaire centra van waaruit het AZS en de hypofyse worden bestuurd.

De hypofyse bestaat uit de neurohypofyse en de adenohypofyse.

De hormonen die geproduceerd worden in de neurohypofyse zijn secreten van neuronen in de hypothalamus. Er zijn 2 belangrijke hormonen: ADH en oxytocine.

ADH

ADH is het antidiuretisch hormoon of vasopressine.

Het speelt een rol bij osmoregulatie en volumeregulatie van het lichaam. Het regelt de wateropname vanuit de distale tubuli en de verzamelbuizen in de nieren. Als de osmolariteit steigt heb je een gebrek aan water. ADH verhoogt dan de permeabiliteit voor water van de distale tubuli waardoor de hoge osmolariteit van het niermerg, water uit de tubuli kan worden geresorbeerd.

Neuronen in de hypothalamus beïnvloeden dan de ADH afgifte aan de neurohypofyse.

Diurese is de per tijdseenheid uitgescheiden hoeveelheid urine.

De ADH productie gebeurt in de neuronen in de hypothalamus. Als die neuronen beschadigd zijn dan heb je weinig of geen ADH-productie. Dit heet diabetes insipidus.

Diabetes Insipudus

Bij diabetes insipudus heb je een gebrek aan ADH. Je scheidt wel ADH uit, maar de niertubuli zijn ongevoelig voor ADH. Hierdoor is het gevolg de uitscheiding van grote hoeveelheden sterk verdunde urine (polyuri) en het drinken van extreem veel water.

Oxytocine

Oxytocine is betrokken bij het proces om tijdens de zwangerschap melk te ontwikkelen en na de bevalling uit te drijven. Hieronder worden de stapjes uitgelegd.

In de pubertijd zorgt oestrogeen voor de borstontwikkeling.

Tijdens de zwangerschap vindt verder borstontwikkeling plaats onder invloed van oestrogeen, groeihormoon en cortisol

In de eindfase van de zwangerschap wordt het hormoon progesteron geproduceerd. Dit hormoon zorgt ervoor dat ductusepitheel wordt omgezet in een secretiestructuur.

Oestrogeen en progesteron zorgen dus voor de stimulatie van de borstontwikkeling en de melksecretie. Prolactie (geproduceerd in de adenohypofye en geremd door PIH, prolactine inhiberend hormoon oftewel dopamine) stimuleert de melkproductie.

In het later stadium van de zwangerschap gaat de PIH omlaag dat betekent dat de productie van prolactine omhoog gaat. Na de bevalling gaat de concentratie oestrogeen en progesteron omlaag dat zorgt voor veel melkproductie.

Als de zuigreflex optreedt dan gebeurt het volgende:

a. PIH gaat omlaag → prolactine omhoog → melkproductie gaat omhoog

b. Oxytocine gaat omhoog → dat leidt tot melkuitdrijving.

Oxytocine zorgt voor de contractie van myo-epitheliale cellen die de melkklier omgeven. De omliggende druk gaat hierdoor omhoog en dat leidt tot melkuitdrijving.

Bijnier

In de bijniermerg wordt adrenaline geproduceert.

In de bijnierschors, in de zona glomerula worden mineralocorticoiden (aldosteron) geproduceerd.

In de bijnierschors, in de zona fasciculata worden glucocorticoiden (cortisol) geproduceerd.

In de bijnierschors, in de zona reticularis worden geslachtshormonen geproduceerd.

Cortisol

Cortisol heeft een dubbele negatieve feedback.

Het wordt afgebroken in de lever en verhoogd langs verschillende wegen de glucosespiegel van het bloed.

De effecten van cortisol:

• stimulatie van de gluconeogenese (omzetting van de aminozuren in glucose)

• stimulatie van de afbraak van eiwitten i weefsels (voor de gluconeogenese)

• blokkering van de opname van aminozuren in de cellen, behalve in de lever.

• Toename van desaminering en transminering in de lever.

• Remming van de opname van glucose door de celwand, behalve in zenuwweefsel.

• Mobilisatie van vetzuren uit vetdepots om de energie levering uit vetzuren mogelijk te maken.

De hypothalamus scheidt CRH uit, wat leidt tot de uitscheiding van ACTH in de hypofyse. Dat leidt weer tot productie van cortisol in de bijnierschors. Stress kan de productie van ACTH doen verhogen.

Aldosteron

Aldosteron regelt het zoutgehalte in het lichaam.

Als je een lage bloeddruk hebt dan daalt de nierdoorbloeding. Dit leidt tot afgifte van het eiwitsplitsend enzym renine door de cellen van het vas afferens en efferens.

Angiotensinogeen wordt omgezet in AG1 (onder invloed van renine).

AG1 wordt omgezet in AGII (onder invloed van converting enzyme(ACE).

AGII leidt tot vasoconstrictie en aldosteron productie.

Het RAAS systeem leidt tot de verhoging van de aldosteronproductie. Dit leidt weer tot meer Na+ terugresorpte.

Cl- en H2O gaan passief mee terug, waardoor de volume van het uit te scheiden urine afneemt.

De nier intepreteert een lage bloeddruk als een tekort aan circulerend volume en houdt daarom als correctie NaCl en H2O vast.

Schildklier (Glandula Thyroidea)

De schildklier bestaan uit 2 lobjes aan weerszijden van het strottenhoofd. In die lobjes zitten holten omgeven door epitheelcellen.

De basale stofwisseling wordt gereguleerd door de schildklierhormonen T3 en T4 (thyroxine = T4, trijoodthyronine =T3).

De epitheelcellen zorgen voor productie van thyreoglobuline dat opgeslagen is in de follikelholte.

In de holte vind jodering an het thyreoglobuline plaats en de vorming van T3 en T4.

Hier in de holte zitten T3 en T4 nog vast aan het thyreoglobuline.

De heropname van T3 + T4 + thyreoglobuline gebeurt in de folliculaire epitheelcellen.

Daar worden T3 en T4 vrijgemaakt. Ook vindt daar diffusie van de lipfiele hormonen T3 en T4 plaats in het plasma.

Sturing van de schildklier:

De hypothalamus geeft TRH vrij, dat leidt tot het vrijgeven van TSH in de adenohypofyse. Dit leidt tot vrijgeven van T3 en T4 in de schildklier.

T3 en T4 remmen TSH en TRH. (dubbele negatieve feedback).

De schildklierhormonen worden grotendeels verbonden aan dragereiwitten door het bloed vervoerd. T3 en T4 passeren gemakelijk de celwand, T4 gaat grotendeels over in T3 dat zich bindt aan receptoren in de celkern waardoor genexpressie voor de vorming van enzymen die de stofwisseling van de cellen beïnvloeden wordt geregeld.

Oorzaken van een vergrote schildklier zijn jodiumgebrek wat leidt tot mindere productie van T3 en T4, dan valt de negatieve feedback weg dus de productie van TSH in de adenohypofyse gaat omhoog, dan krijg je een verhoogte schildklier.

De oorzaak kan ook liggen door de Ziekte van Graves, waar het lichaam antilichamen produceert (TSI). TSI stimuleert de TSH receptoren wat leidt tot schildkliervergroting. T3 en T4 productie gaat omhoog en TRH en TSH productie gaat omlaag (door de dubbele negatieve feedback).

Hyperthyreoidie = de overactiviteit van de schilklier. Dit leidt tot gewichtsverlies, grotere eetlust, grote warmteproductie, zweten, diarree, spierzwakte, nervositeit, vermoeidheid, tremor in de handen.

Als dit voorkomt kan er chirurgisch worden ingegrepen of radioactief jodium worden toegevoegd. Je hebt ook hypothyroidie, dat is een jodium tekort in voedsel waardoor geringe afscheiding van hormonen ontstaat. Maar ook bij GEEN gebrek aan jodium kan de schildklier vergroot zijn en onvoldoende hormonen produceren. De negatieve terugkoppeling neemt af naar de hypofyse. De TSH productie wordt daardoor verhoogd, dit leidt tot groei van de schildklier.

De symptomen zijn vermoeidheid, toename van het lichaamsgewicht, constipatie, myxoedeem, traagheid. De therapie hierbij kan zijn het toedienen van thyroxinetabletten.

Pancreas

De exocriene functie van de pancreas is het pancreassap afvoeren naar het duodenum ter behoeve van de spijsvertering.

Het endocriene deel van de pancreas wordt gevormd door de eilandjes van Langerhans. De alfa-cellen produceren glucagon en de Beta cellen insuline.

Glucagon doet de plasmaglucose concentratie stijgen (zet namelijk het opgeslagen glucogeen om in glucose). Insuline doet de plasmaglucose concentratie dalen (zet glucose om in glucogeen).

De bijsschildklier produceert PTH (wordt afgebroken in de lever). Dit hormoon regelt de calcium uitscheiding in de nieren en de calciumuitscheiding met het weefsel.

I. Thermoregulatie

Het grootste deel van de energie opbrengst verlaat het lichaam in de vorm van warmte. In sommige toestanden verlaat zelfs alle energie het lichaam in warmte, dit is bij volledige rust en bij spieractiviteit waarbij geen uitwendige arbeid wordt geleverd.

Warmte wordt voornamelijk afgegeven via de huid, en een klein deel via de slijmvliezen van de bovenste luchtwegen. Bij het urineren en defeceren wordt ook warmte afgegeven, echter de massa neemt ook af, dus dit heeft geen effect op de lichaamstemperatuur.

Aan het lichaam onderscheidt men een kern en een schil. Indien men zich in een koude omgeving bevindt is de schil vrij dik en de huidtemperatuur betrekkelijk laag. In een warme omgeving is de schil heel dun en de huidtemperatuur betrekkelijk hoog, deze blijft echter altijd lager dan de temperatuur van de kern.

De warmte van het lichaam kan zich via passief transport verdelen over het lichaam, meestal vanuit de kern richting de schil. Het onderhuids vetweefsel heeft echter een kleiner warmtegeleidingsvermogen, waardoor dit een barrière vormt en warmteverlies tegengaat.

De warmte kan ook actief worden verspreid over het lichaam, dit gaat via de bloedbaan. Het bloed neemt door geleiding warmte op in de weefsels, en geeft het ook weer via geleiding af aan de huid. Om dit transport mogelijk te maken dient de huid altijd een lagere temperatuur dan de kern te hebben.Tevens wordt het temperatuurregelende centrum in de hersenen geïnformeerd door het circulerende bloed.

De temperatuur van de lichaamskern is 37 graden Celcius. De lichaamsschiel is dik bij lage temperaturen. De belangrijkste taak van de bloedsomloop is het vervoer van warmte van de kern naar de schil (maar dan wel als de schil lager van temperatuur is dan de kern).

Bij 0 graden Celcius bevriest water (H2O). Bij 45 graden Celcius krijg je denaturatie van eiwitten. Als je warmbloedig bent dan ligt de temperatuur dichtbij het denaturatiepunt.

Homoiotherm is dat de lichaamstemperatuur op een relatief constant niveau en grotendeels onafhankelijk is van de omgevingstemperatuur. Endotherm is de belangrijkste warmtebron in het lichaam gelegen. Er is ook variatie in de tijd. ’s Ochtends hebt je een lagere kerntemperatuur dan ’s avonds. Ook is de kerntemperatuur tussen de ovulatie en de menstruatie hoger dan tijdens de rest van de cyclus. Je kan warmteproductie (thermogenese) onderscheiden uit twee soorten thermogenese.

• Shivering thermogenese: dat is rillen en klappertanden. Het rendement van de spiercontractie is laag, meeste energie komt vrij in de vorm van warme. Je gebruikt doelgerichte bewegingen om het rillen te onderdrukken, bijvoorbeeld springen of in de handen klappen.

• Non-shivering thermogenese: kou zorgt voor dat de sympatische activiteit omhoog gaat. Hierdoor gaat ook het katabolisme omhoog en ook de glycogenolyse. Dit zorgt voor afbraak van bruinvetvweefsel (geen ATP productie maar wel warmte).

• Neonaten zullen niet zo gauw rillen.
   

Warmteafgifte

De warmte van het lichaam kan op vele manieren worden afgegeven aan de omgeving:

• straling; hierbij wordt warmte afgegeven aan voorwerpen op een afstand van het lichaam

dmv elektromagnetische golven.

• geleiding; dit wordt ook wel conductie genoemd, hierbij wordt warmte afgegeven doordat het lichaam contact heeft met een stilstaand voorwerp

Dit is afhankelijk van: de grootte van het huid oppervlak dat in contact staat met de stof; de verschillen in temperatuur; de warmte geleidingsvermogen van de stof (H2O is een goede warrmtegeleider, dus een slechte isolator); de specifieke warmte. (De hoeveelheid warmte die nodig is om 1 kg materiaal 1 graden Celcius in temperatuur te laten stijgen)

• stroming; hierbij vindt warmteafgifte plaats doordat er contact is met een bewegend medium, denk hierbij bijvoorbeeld aan bewegende lucht.

Dit is afhankelijk van de snelheid van het medium; de warmtegeleidingsvermogen van het medium; de temperatuurverschil tussen het huidoppervlak en het medium; de viscositeit en dichtheid van het medium.

• verdamping; hierbij wordt er verdampingswarmte aan de huid en aan de slijmvliezen van de luchtwegen onttrokken

De verdamping kan worden verdeeld in een actief en een passief proces. Bij het passieve proces vindt verdamping plaats via de slijmvliezen (zodra de omgevingstemperatuur lager is dan 37⁰C) en ook via de huid.

Dit laatste komt omdat de huid voortdurend vocht ‘lekt’, dit is ongeveer 350ml per dag. De hoeveelheid water dat via de ademhaling verdampt is ook ongeveer 350ml.

De verdamping kan ook actief geregeld worden via de zweetsecretie.

De warmteafgifte via verdamping wordt ook beïnvloed door de stroming. In bewegende lucht verlies je namelijk sneller de warmte via verdamping dan in stilstaande lucht. Dit is omdat bij beweging van de lucht er telkens nieuwe nog droge lucht wordt aangevoerd, waardoor het lichaam veel vocht kwijt kan.

Koelen door verdamping van vocht is zeer effectief en de enige manier om warmte kwijt te raken indien de omgevingstemperatuur hoger is dan de huidtemperatuur.
 

Huid

De doorbloeding van de huid kan geregeld worden door vaatvernauwing of verwijding, afhankelijk van de omgevingstemperatuur en de stowisselingsactiviteit.

De regeling hiervan gebeurt vanuit het thermoregulatoire centrum via orthosympatische zenuwvezels die aan hun uiteinde noradrenaline afscheiden. Dit veroorzaakt vaatvernauwing (vasoconstrictie). Dus bij hoge orthosympatische prikkeling vindt vaatvernauwing plaats.

Het centrum voor de temperatuurregulatie bevindt zich in de hypothalamus. De hypothalamus ontvangt informatie vanuit het arteriële bloed. Vanuit de hypothalamus worden via het orthosympatische systeem huidvaten en zweetklieren bestuurd.

In de extremiteiten, zoals oren en neus, bevinden zich arterioveneuze anastomosen (AVA’s), die bij vasoconstrictie worden opengehouden, zodat deze niet teveel afkoelen.

Eccriene zweetklieren zijn over het hele lichaam te vinden en bestaan uit een klierlichaam en een afvoerende klierbuis. Het secretieproduct is in het klierlichaam isotoon met het bloedplasma. Tijdens de passage door de klierbuis wordt er echter weer NaCl aan onttrokken, zodat er uiteindelijk ongeveer 0,1% NaCl overblijft.

Apocriene zweetklieren bevinden zich in de oksels, rond de tepels, de anus en de vulva. Deze klieren staan niet onder neuronale controle, maar worden gestimuleerd door adrenaline dat zich in de bloedbaan bevindt. Melkachtig secreet. Als je stress hebt gaat de secretie omhoog. Haar speelt bij zoogdieren nog een belangrijke rol in de warmtehuishouding. Er bevindt zich namelijk veel lucht tussen de haren dat een isolerende werking heeft. Bij mensen is deze functie slechts nog rudimentair aanwezig.

De haren zijn schuin ingeplant en op het punt waar de haarzak de grootste hoek maakt met het huidoppervlak bevindt zich een glad spiertje: m. arrector pilorum. Deze veroorzaakt de pilo-erectie welke bij mensen te zien is als kippenvel.

Temperatuurregulatie

De normale kerntemperatuur ligt rond de 37^oC, maar deze kan in de loop van de tijd veranderen door biologische schommelingen. Dit kan onder andere door de volgende factoren gebeuren:

• dag- en nachtritme

• menstruele cyclus

• lichamelijke inspanning

• koorts

De lichaamstemperatuur wordt bepaald door de warmte-inhoud van het lichaam. Deze is afhankelijk van de warmtebalans, welke in twee richtingen kan worden verstoord.

• lichaamstemperatuur wordt te hoog

• indien de warmteproductie stijgt en de warmteafgifte niet meteen gelijkmatig toeneemt (begin lichamelijke inspanning)

• indien warmteafgifte is bemoeilijkt door uitwendige omstandigheden (bij voorbeeld zware arbeid in vochtige omgeving)

• bij koorts wordt de warmteproductie opgevoerd en de warmteafgifte expres geremd

• lichaamstemperatuur wordt te laag, doordat in een koude omgeving het warmteverlies zo hoog is dat dit niet gecompenseerd kan worden door de warmteproductie
   

Stijging van de kerntemperatuur wordt zoveel mogelijk verhindert door de fysische warmteregulatie, door middel van vasodilatatie in de huid en het aanzetten van de zweetsecretie.

Daling van de kerntemperatuur wordt verhinderd door de chemische warmteregulatie. Hierbij wordt de stofwisseling verhoogd, dit kan op de volgende manieren:

• verhoging spiertonus

• rillen en klappertanden

• bij een pasgeborene door de verbranding van bruin vetweefsel

• willekeurig bewegen
   

Het temperatuurregulerende centrum bevindt zich in de hypothalamus. Dit centrum bestaat uit een rostraal gelegen deel in de hypothalamus anterior, waaraan een thermosensorische functie wordt toegedacht, en een caudaal deel in de hypothalamus posterior, dat fungeert als een schakelstation naar de hersenstam en ruggenmerg voor de efferente verbinding met de effectoren. Via het bloed ontvangt het centrum de nodige informatie over de lichaamstemperatuur. Tevens kan het informatie ontvangen over de temperatuur in de omgeving via de perifere thermosensoren die zich in de huid bevinden.

In de huid bevinden zich koudesensoren en warmtesensoren. Bij een overgang van koud naar warm worden de warmtesensoren actief, bij een overgang van warm naar koud de koudesensoren. Boven de 45^oC zijn de koudesensoren ook actief, waardoor er een paradoxale koudereactie op kan treden. Hierbij treedt vasoconstrictie en pilo-erectie op, waardoor het warmtetransport van buiten naar binnen wordt tegen gegaan.

Bij een zeer sterke prikkeling van de perifere thermosensoren heeft dit een onmiddellijke terugtrekreflex tot gevolg.

De behaaglijkheidstemperatuur ligt voor de ongeklede mens tussen de 28^oC en de 29^oC. Bij daling van de temperatuur onder deze waarde neemt de warmteproductie toe, bij een stijging boven deze waarde neemt de warmteafgifte toe.

Koude kan, als een fysische bedreiging, het lichaam in stress toestand brengen. Hierdoor wordt de orthosympatische activiteit verhoogd, waardoor katabole functies worden aangezet en anabole functies worden geremd. Tevens neemt, door de afscheiding van adrenaline, de activiteit van de glycogenolyse en de gluconeogenese toe.

Vanuit de hypothalamus worden ook centra in de formatio reticularis gefaciliteerd, waardoor de waakzaamheid toeneemt en het slapen wordt bemoeilijkt.
 

Lichamelijke inspanning

Bij lichamelijke inspanning breidt de warmte zich uit naar de periferie van het lichaam en dan voornamelijk in de spieren die arbeid leveren.

Bij lichamelijke inspanning wordt tevens het setpoint van het regelsysteem bijgesteld naar een hogere waarde. Hierdoor kunnen stofwisselingsprocessen sneller verlopen, zodat er meer energie per tijdseenheid kan worden vrijgemaakt.

De warmteafgifte van het lichaam vindt tijdens zware inspanning vooral plaats via verdamping ten gevolge van een toenemende zweetsecretie.

Hyperthermie

Dit treedt op wanneer er minder warmte wordt afgegeven dan door het lichaam wordt geproduceerd. Dit wordt vaak gezien bij zware inspanning in een vochtige omgeving. Er is dan echter geen sprake van een pathologisch proces, zoals bij koorts.

Indien de kerntemperatuur boven de 41^oC komt spreekt men van hyperpyrexie. In deze toestand kan er ernstige schade ontstaan aan bloed en weefselstructuren, omdat bepaalde eiwitten niet bestand zijn tegen zulke hoge temperaturen. Tevens bestaat er een gevaar doordat het lichaam gedehydreerd kan raken door extreem vochtverlies, en de zoutbalans kan op deze manier ook verstoord worden.

Hypothermie

Men spreekt van hypothermie als de kerntemperatuur daalt onder de 35^oC. Bij zuigelingen kan deze situatie gemakkelijk ontstaan, omdat zij in verhouding tot de lichaamsmassa een groot lichaamsoppervlak hebben. Ook bij bejaarden kan dit optreden, door enerzijds geringe inspanning bij gereduceerd spiergewicht waardoor er minder warmteproductie is. Anderzijds door een afgenomen effectiviteit van het temperatuurregulerende systeem.

Beneden een temperatuur van 34^oC dreigt verlies van bewustzijn, en onder de 29^oC treden hartritmestoornissen op. Een compleet herstel is wel mogelijk, door zeer langzame opwarming, het liefst van binnenuit.

Koorts

Heel veel, vooral exogene bedreigingen van het organisme kunnen koorts oproepen. Daarbij spelen vooral pyrogenen een rol. Micro-organismen produceren namelijk exogeen pyrogeen, welke het temperatuurregulerende centrum beïnvloedt.

Door vrijkomende cytokinen, met name interleukine-6, scheiden leukocyten endogeen pyrogeen af, welke ook het centrum beïnvloedt. Dit gebeurt doordat het setpoint op een hogere waarde wordt ingesteld. Hierdoor wordt de bestaande lichaamstemperatuur als te laag ervaren, waardoor men kan gaan rillen en men vasoconstrictie krijgt.

Als de koorts eindigt, wordt het setpoint weer naar de normale waarde versteld. Hierdoor wordt de lichaamstemperatuur als te hoog ervaren, waardoor men gaat zweten.
 

J. Bloed
 

Een volwassen man bestaat voor 60% uit vloeistof. Het meeste zit in de cellen (intercellulair 55%) en de rest zit tussen de cellen (extracellulair 45%).

Extracellulaire vloeistof kan voorkomen in het plasma (het snel stromend deel); interstitiële vloeistof (vloeistof tussen de cellen); transcellulaire vloeistof.

Het bloed bestaat uit plasma en cellen. Je hebt rode bloedcellen, witte bloedcellen en bloedplaatjes. Respectievelijk: erytrocyten, leukocyten en trombocyten.

Witte bloedcellen

Witte bloedcellen bestaan uit granulocyten, lymfocyten en monocyten.

• Granulocyten

  • Neutrofiele granulocyten

Deze worden ontwikkeld in het beenmerg. Het verblijf in het bloed is kort, 24uur namelijk, daarna nestelen ze zich in het weefsel.

• • Basofiele granulocyten

Vormen nadat ze de bloedbaan hebben verlaten mestcellen. Ze bevatten de stollingsremmende heparine en cytokine (signaalstof) histamine die een rol spelen bij allergische reacties.

• • Eosinofiele granulocyten

Spelen ook een rol bij allergische reacties

• Lymfocyten: vroegste ontwikkeling gebeurt in het beenmerg. Verdere rijping gebeurt in de thymus, dat zit net boven de borstholte.

  • T-lymfocyten: bestaan uit T-helpercellen/ T-killercellen en T-suppressorcellen

  • B-lymfocyten: eerste ontwikkeling in het beenmerg daarna gaat het naar de perifere lymfoïde weefsels

• Monocyten: na een korte rijping (gestimuleerd door cytokinen) verlaten de cellen het beenmerg en verblijven ze enkele dagen in het bloed. Daarna vestigen ze zich als macrofagen verspreidt over de weefsels door fagocytose (schoonmaken).

Plasma is bloed zonder cellen, onstolbaar, gemaakt bloed.

Serum is bloed zonder cellen, fibrinogeen en grootste deel overige stollingsfactoren. Het stolt niet meer.

In het bloed zitten plasma-eiwitten. Er zijn 2 soorten plasma-eiwitten, namelijk albumine en globuline.

De functie van albumine is het leveren van de nodige colloïd-osmotische druk. Dit is heel erg belangrijk voor de vochtuitwisseling in het weefsel.

Het andere plasma-eiwit is globuline. Α en β worden gebruikt voor transport in de lever. Β wordt gebruikt voor de bloedstolling en de immuniteit.
 

Functies van de plasma-eiwitten:

• Handhaving van de colloïd osmotische druk van het plasma

• Transportfunctie met betrekking tot metalen en lipiden

• Mobiele eiwitvoorraad

• Bufferfunctie

• Stollingsfactoren en antilichamen.
   

De oorsprong van de bloedcellen ligt in het rode beenmerg in de wervelkolom, schedel en de bekken. Alle cellen komen voort uit stamcellen. De stamcel die aan het hoofd van de keten staat heet: pluripotente hemopoëtische stamcel.

Als het rode beenmerg tekort schiet kan het rode beenmerg om worden gezet in geel beenmerg.Interleukocyten stimuleren de vorming van leukocyten. Interferonen wekken immuunrespons op in verschillende cellen. Etropoëtine (EPO) stimuleert afgifte en vorming van erytrocyten. De verouderde erytrocyten worden uit het bloed gehaald door macrofagen in de milt, lever en het beenmerg.De levensduur van een erytrocyt is 80-120 dagen.

De bloedcellen krijgen de rode kleur omdat in het beenmerg opstapeling van hemoglobine plaatsvindt.

Rode bloedcellen

Rode bloedcellen bevatten biconcave schijfjes (platte schijfjes). Het voordeel hiervan is dat er redelijk veel vocht opgenomen kan worden voordat hij eventueel zou knappen, er zit in normale toestand weinig spanning op het membraan en kan dus redelijk veel diffusie hebben. Ook is het gunstig voor de gaswisseling. De diffusieafstand naar het binnenste van de cel is korter en het membraanoppervlak is groter.

Rode bloedcellen bevatten geen kern. Het voordeel hiervan is dat de cel zich makkelijk kan vervormen en door de kleine haarvaten heen kan. Een nadeel hiervan is dat als de cel kapot gaat er geen reparaties uitgevoerd kunnen worden omdat er geen DNA beschikbaar is. Want DNA zit altijd in de kern. Rode bloedcellen bevatten Hb (hemoglobine).

Er is een evenwicht tussen de aanmaak en de afbraak van rode bloedcellen.

De aanmaak gebeurt in relatie met EPO. EPO zorgt namelijk voor verhoogde differentiatie. Hierdoor kunnen meer rode bloedcellen aangemaakt worden. Als je meer rode bloedcellen hebt met Hb, dan kan er ook meer O2 gebonden worden. Hierdoor krijgen de cellen meer O3 waardoor de betere inspanning kunnen leveren.

Door de lage O2 spanning wordt EPO door de nierschors afgescheden.

Het nadeel van EPO is dat door teveel rode bloedcellen het bloed stroperig kan worden en dat kan ook ten nadele zijn voor je hart. De afbraak van de rode bloedcellen gebeurt voornamelijk in de milt. Maar bij mensen met een slechte milt kunnen ze ook afgebroken worden in de lever.

Functies van het bloed

Het bloed heeft verschillende functies. Die zullen we hieronder bespreken:

1. Transportfunctie

Het transport van verschillende gassen en voedingsstoffen vindt via het bloed plaats.

Bijvoorbeeld O2 van de longen naar hef weefsel en CO2 van het weefsel naar de longen. Ook de voedingsstoffen gaan van het maag darm kanaal naar de weefsels.

En de stofwisselingsproducten gaan van de weefsels naar de uitscheidingsorganen.

De hormonen worden ook via het bloed vervoert en gaan via de productieplaats naar de werkingsplaats.

Ook warmte speelt een rol en gaan via het bloed van inwendig naar de huid.

2. Functie in homeostase

Door de transportfunctie wordt de samenstelling van het bloed voortdurend beïnvloed. Door de gereguleerde uitwisseling tussen bloed en de buitenwereld, het externe milieu is er toch weinig variatie in de samenstelling van het bloed.

3. Herstel bij bloedvatbeschadiging

Door een vaatwandbeschadiging krijg je bloedverlies. Maar dit kan worden tegengegaan door bloedstelping met trombocyten en plasmacomponenten

4. Afweerfunctie

Bloed speelt een belangrijke rol in de immuniteit. Er vindt namelijk een reactie plaats van cellen of antistoffen van de gastheer met de lichaamsvreemde stoffen in het bloed.

Een bijzonderheid is de samenklontering van erytrocyten als bloed van verschillende bloedgroepen worden gemengd.
 

Samenstelling

Plasma (55%) bestaat uit water, eiwitten, zouten, substanties die worden vervoerd.

Cellulaire elementen (45%) bestaan uit: rode bloedcellen, witte bloedcellen en bloedplaatjes.

De samenstelling van het bloed is heel erg belangrijk. Bij de dokter kan je ook bloedprikken om te zien of alles in je bloed klopt.

Tot het bloedonderzoek behoren de bepaling van de bezinkingssnelheid van de erytrocyten (BSE) en van de hematocriet (relatieve rode celvolume).
 

BSE

Als je bloed in een buisje stopt en je kijkt na een uur wat er naar de bodem is gezakt (hoeveel), dat is de bezinkingssnelheid, BSE.

Normale BSE:

1-10 mm in het eerste uur.

Verkoudenheid BSE:

30 mm in het eerste uur

Kanker:

100 mm in het eerste uur.

Laag erytrocyten gehalte: weinig vertakt dus valt het netwerk snel uit een, dus bij anemie is ook een hogere bezinking
 

Anemie = bloedarmoede

Hematocriet (H) = relatieve rode celvolume, het volume % van de samengepakte cellen.

Je kan dat makkelijk bepalen door een buisje te vullen met onstolbaar gemaakt bloed en dat centrifugeren,w aardoor de cellen naar de bodem worden gegooid.

De hematocriet voor mannen ligt tussen de 0,41 – 0, 50

De hematocriet voor de vrouwen ligt tussen de 0,36 – 0, 47

1 liter bloed bevat 0,45 l erytrocyten.

Capillaire bloeding = schade beperkt tot kleine bloedvaten. Bloedingstijd < 5min.

Veneuze bloeding = ook venen geopend. Donker van kleur is het bloed. Moet gewacht worden op de stolling.

Arteriele bloeding = slagaders zijn ook open. de kleur van het bloed is helderrood. Ingrijpen van buitenaf!
 

Anemie

= bloedarmoede. Het is geen ziekte maar een symptoom.

Concentratie Hb < normale concentratie Hb.

Bloedarmoede wordt vaak veroorzaakt door ijzertekort. Maar er zijn ook andere oorzaken, namelijk gestoorde aanmaak, verhoogde afbraak of tekort aan materiaal dat nodig is voor de opbouw van de cellen. Voor het uitrekenen van de Hb concentratie zijn een aantal valkuilen, soms heb je niet door dat je Hb concentratie minder wordt. Bijvoorbeeld bij:

Bij acuut bloedverlies: door het verlies is de hoeveelheid van Hb en ery’s gedaald, maar doordat er ook vocht is verloren blijft de concentratie van Hb en erytrocyten gelijk. Dat meet je, daardoor weet je niets van bloedverlies. Bij gebruik van diuretica: ook nu is er vochtverlies (sterke), waardoor er evenveel Hb en erytrocyten zitten in minder volume. De totale hoeveelheid Hb en erytrocyten zijn gelijk maar de concentraties zijn verhoogd.

Vaak wordt anemie veroorzaakt door ijzer tekort.

De oorzaken van Fe-deficiëntie zijn:

• Te weinig opname, in voeding of je hebt last van een verstoorde resorptie van de darm

• Chronische bloedverlies: tijdens de menstruatie, of bij een trauma of wanneer je maag/darm bloedingen hebt.

• Verhoogde behoefte: tijdens zwangerschap of borstvoeding.

Ook is Vitamine B12 nodig voor een goede Hb concentratie. Dit zit in vlees en zuivel.

De oorzaken van te weinig vit. B12 zijn:

• Te weinig opname (veganisten die eten dus geen vlees waar vit. B12 in zit)

• Afwezigheid IF (IF zorgt ervoor dat eten in de maag wordt omgezet)

• Aandoening ileum

• Gastroctomie, resectie terminale ileum

Ook heb je foliumzuur nodig voor goede Hb concentratie. Dit zit ook in zuivel/ bladgroenten/ orgaanvlees. De voorraad van ons lichaam is maar voldoende voor 1 maand.

Oorzaken van te weinig foliumzuur:

• Zwangerschapsbraken

• Junkfood

• Alcoholisme

Door de deficiëntie van vitamine B12 en foliumzuur krijg je een verlaagde synthese van DNA in het beenmerg. De circulerende erytrocyten zijn dan hoger dan normaal.
 

Oorzaken anemie

Anemie wordt niet alleen veroorzaakt door ijzer tekort maar kan ook worden veroorzaakt door verminderde bloedaanmaak, vermeerderde bloedafbraak en bloedverlies.

We bespreken deze oorzaken hieronder.
 

Anemie - Verminderde bloedaanmaak

Dit kan komen door het 1. ontbreken van productiefactoren. (bijvoorbeeld Fe, vit B12, foliumzuur). Of door 2. te weinig erytropoëtine (in de nieren, dit is vaak het geval bij een nierziekte). En door 3. vermindering van de stamcellen (aplastische anemie).
 

Anemie – Vermeerderde bloedafbraak

Dit kan komen door intrinsieke en extrinsieke bepaalde afwijkingen.

Extrinsieke bepaalde afwijkingen:

Dit zijn niet genetische bepaalde afwijkingen. Bijvoorbeeld door een hartklepprothesen of door bepaald medicijn gebruikt.

Intrinsieke bepaalde afwijkingen:

• Productie van abnormale vormen van Hb

Door een mutatie in het DNA kunnen abnormale vormen van Hb ontstaan.

• Afwijkingen in de celmembraan

Erfelijke bepaalde afwijkingen van het celmembraan: vormverandering van de erytrocyt: versnelde afbraak in de milt.

• Enzymdeficiënties

Tekort aan of ontbreken van enzymen in de erytrocyt.

Dus de erytrocyten verliezen hun vermogen om in zijn eigen energiebehoefte te worden voorzien  gaat vroegtijdig ten gronde.

Hemostase

Hemostase = voorkomen van bloedverlies.

1. Vasoconstrictie

Kleine vaatjes kunnen volledig afgesloten. Oorzaken: depolarisatie van de beschadigde gladde spiercellen, dan komen neurotransmitters vrij en dat veroorzaakt afgifte van vasoconstrictoire stoffen.

2. Propvorming

Als bloedplaatjes in contact komen met de beschadigde vaatwand, dan krijg je een aantal reacties:

Zwelling en vormverandering – bloedplaatjes worden kleverig en hechten zich aan collageen en aan plasma eiwit (van Willebrandfactor) – je krijgt secretie van ADP en Tromboxaan A2. Deze stoffen werken in op naburige bloedplaatjes om ze te activeren. – steeds meer verkleving van bloedplaatjes en propvorming. – vorming van fibrine draden: stabiliseren van de prop.

3. Bloedstolling

Dit is de eindfase.

Procoagulantie bevorderen de stolling.

Anticoagulantie onderdrukken de stolling. (normaal dominant)

Bloedstolling gebeurt door fibrine: vorming van fibrinenetwerk door omzetting en polymerisatie van fibrinogeenmoleculen. Door samentrekken van de fibrinedraden zal bloedserum worden uitgeperst en ontstaat een vast stolsel  droogt uit = korst.

Fibrinenetwerk

Hoofdcomponenten: protrombine, protrombineactivator en Ca++ ionen, trombine, fibrinestabiliserende factor (komt vrij uit de plaatjes die gevangen zijn in het stolsel).

Figuur 1

Er zijn 2 cascade systemen:

Extrinsiek:

Wordt actief door een beschadiging van endotheel of ander weefsel (bij trauma vaatwand bijv).

Daardoor komt lipoproteïne vrij, het weefsel tromboplastine. Trombine wordt gevormd uit protrombine. Trombine katalyseert de omzetting van fibrinogeen in fibrine en met plasmafactor de vorming van de fibrinedraden.

Intrinsiek:

Geen weefsel beschadiging nodig, verloopt indien plasma in contact komt bijvoorbeeld met collageen of vreemde voorwerpen. Contractivatie wordt het intrinsieke systeem in werking gezet. Binnen 10 min vorming van trombine. Eindfase is hetzelfde als bij extrinsiek.

Bij een verwonding wordt vaak extrinsiek in werking gezet en komt intrinsiek niet tepas.

Belangrijke antistollingsfactoren in bloed die trombine verwijderen:

• Fibrinevezels, deze vezels absorberen het trombine

• Antitrombine III, dit bindt aan trombine

• Combinatie heparine / antitrombine III, dit complex werkt vele malen sterker dan antitrombine III alleen.
   

Cellulaire immuniteit = direct aanpak van schadelijke stoffen door leukocyten.

Humorale immuniteit: het schadelijke micro-organisme wordt onwerkzaam gemaakt door afweer stoffen. Mestcellen: bevatten heparine.

Weefsels rond capillairen van longen en lever bevatten veel mestcellen.

Trombose = alleen bij kleine beschadigingen in het bloedvat, wordt gelijk helemaal afgesloten. Acute ischemie = combinatie van tekort aan O2 en ophoping van stofwisselingsproducten. Leidt tot afsterven van een gebied.

Embolie = als stukjes stolsel losbreken en meestromen naar rechterdeel van het hart, rechtstreeks naar longen en daar verstopt raken.
 

K. Het Hart
 

De bouw van het hart

Het hart is de motor van de bloedsomloop. Het hart werkt op deze manier door het bloed stootsgewijs in het vaatstelsel te persen. Omdat het hart ook een geringe zuigkracht op het bloed uitoefent, beschouwt men het ook wel als een zuig-perspomp.

De contractiefase van het hart noemt men de systole. De daaropvolgende rustfase noemt men de diastole en hierin wordt het hart weer bijgevuld.

De instroomvaten van het hart zijn de venen, die het bloed uit de organen terugvoeren naar het hart. De uitstroomvaten zijn de arteriën, die het bloed naar de organen vervoeren. De rechterhelft van het hart ontvangt het bloed dat terugkomt uit het lichaam en pompt dit door naar de longen. Deze staan in serie met het hart. Na de longen komt het bloed in de linker harthelft die het doorpompt naar de aorta. Van hieruit gaat het naar de organen. Deze lichaamsdoorstroming heet de grote circulatie. De weg door de longen noemt men de kleine circulatie omdat de weg korter en het stroombed kleiner is dan dat van de grote circulatie. De wanden van het hart bestaan uit spier- en bindweefsel (elastisch en collageen), het myocard. Aan de binnenzijde is het bedekt met één laag platte cellen, met daaronder een dun laagje bindweefsel, het endocard. De holten worden van elkaar gescheiden door de atrioventriculaire (AV-) kleppen. De wand tussen de beide atria is het interatriële septum en de wand tussen de ventrikels is het interventriculaire septum. Waar atrium en ventrikel aan elkaar grenzen, bevindt zich in de hartwand een strook vezelig bindweefsel, de anulus fibrosus. Hierin bevinden zich vier openingen: twee tussen de atria en ventrikels, de AV-ostia, en twee voor de uitstroomvaten, de a. pulmonalis rechts en de aorta links. Het hart ligt een beetje schuin in de borstkas, met de punt van de ventrikels links onder en de top van de atria, de hartbasis, rechts boven. Er bevinden zich kleppen tussen atria en ventrikels (atrioventriculaire (AV-) kleppen) en in de uitstroomvaten. Deze laatste worden doordat de samenstellende klepbladen de vorm van een halve maan hebben, semilunaire (SL-) kleppen genoemd.
 

De kleppen

De AV-kleppen: rechts zit de valva tricuspidalis = tricuspidalisklep en links de valva bicuspidalis ofwel mitralisklep. De vrije randen van de slippen zijn via peesdraadjes, de chordae tendineae, verbonden aan uitsteeksels van de ventrikelspier, de papillaire spieren, die de klepslippen tijdens de contractiefase op hun plaats kunnen houden. De AV-kleppen zorgen voor een stroomrichting van atria naar ventrikels. Als de stroomrichting omkeert, slaan deze kleppen dicht; de papillaire spieren voorkomen dat de kleppen doorslaan. De SL-kleppen bestaan aan weerszijden uit drie vliezige zakjes die zich als zwaluwnestjes aan de wand van de uitstroomvaten hechten. Ze richten de stroom vanuit het ventrikel naar het uitstroomvat en slaan dicht als de druk in het ventrikel onder die in het uitstroomvat komt, waardoor de stroom omkeert.

Eigenschappen van het hart

Hartspierweefsel bestaat uit twee soorten weefsel: arbeidsmyocard en gespecialiseerd weefsel. Arbeidsmyocard vormt de grootste massa van de spierlaag van het hart en het gespecialiseerde weefsel zorgt voor de impulsvorming en impulsverspreiding over het hart en wordt daarom ook wel het geleidingssysteem genoemd. Het gespecialiseerde weefsel bestaat uit de sinoatriale (SA-) knoop, de atrioventriculaire (AV-) knoop, bundel van His met zijn twee bundeltakken en het netwerk van Purkinje.

De SA-knoop ligt bovenin het rechteratrium naast de uitmonding van de v. cave superior. De AV-knoop ligt onderin het rechter atrium naast de uitmonding van de sinus coronarius en heeft bij benadering dezelfde structuur als de SA-knoop. Vanuit de AV-knoop vertrekt een kleine bundel, de bundel van His, die door de anulus fibrosus heen gaat en daardoor de enige geleidende verbinding vormt met de ventrikelspier.

De nodale cellen in de SA-knoop vertonen automomatie ofwel pacemakereigenschappen. Dit wil zeggen dat ze in staat zijn tot een actiepotentiaal te komen zonder prikkel van buitenaf. Hoe verder je van de SA-knoop af zit, des te lager is de spontane ontladingsfrequentie. Het vermogen om spontaan tot ontlading te kunnen komen, berust op een geleidelijke vermindering van de membraanpotentiaal in de periode tussen de hartslagen in, de diastolische depolarisatie, die het snelst verloopt in de primaire pacemakercellen van de SA-knoop. De impuls zal voorgeleiden door het weefsel, totdat het doodloopt op de anulus fibrosus. De knoop heeft een relatief lange refractaire periode, waardoor de knoop ook een limiet stelt aan de frequentie van door te geven impulsen.

Heeft de impuls eenmaal de bundel van His bereikt, dan treedt een versnelling van de impulsgeleiding op in de bundeltakken en in het Purkinje-netwerk. Dit laatste bestaat uit grote cellen met weinig organellen; de grote intercalaire schijven bevatten vele, uitzonderlijk grote gab junctions, waardoor de elektrische weerstand tussen de cellen laag is.

De impuls verspreidt zich snel gelijkmatig over de beide ventrikels, zodat die als één geheel contraheren. De excitatie van hartcellen berust op het openen van snelle natriumkanalen en, in mindere mate, ook van calciumkanalen. Voor het openen van deze kanalen moet de activatiedrempel worden overschreden, dat wil zeggen dat de membraanpotentiaal door een depolariserende stroom een bepaalde kritische waarde passeert.

Teruggeleiding naar een reeds geactiveerd gebied wordt voorkomen doordat, als gevolg van de lange duur van de actiepotentiaal, de duur van de refractaire periode 200-300 ms bedraagt. Bij een plaatselijke verkorting van de duur van de actiepotentiaal, zoals bij hartziekte kan voorkomen, kan wel teruggeleiding optreden en tot stoornissen in het hartritme leiden.

Het electrocardiogram (ECG)

P-top: normale duur hoogstens 0,11 s, de amplitude bedraagt ongeveer 0,25 mV. Deze top wordt veroorzaakt door de depolarisatie van de atria.

QRS-complex: normale duur 0,06-0,10 s, de hoogte is zeer afhankelijk van de plaats van de elektrode, maar kan enkele millivolts bedragen. Het QRS-complex wordt veroorzaakt door de depolarisatie van de ventrikels.

Q-top: initiële negatieve deflectie, die echter niet in alle afleidingen aanwezig is. Deze top berust op de activatie van de van het septum tussen de ventrikels via de bundel van His en een klein gedeelte van het rechter ventrikel.

R-top: de eerste positieve top in het QRS-complex. Deze top wordt veroorzaakt door de depolarisatie van de beide ventrikels ter plaatse van het hartpunt.

S-top: de negatieve deflectie waaraan een R-top is voorafgegaan; wordt veroorzaakt door de depolarisatie van de laatste delen van het ventrikel, voornamelijk gebieden rond de anulus fibrosus (ventrikelbasis).

T-top: repolarisatie van de ventrikels.

R-top en T-top zijn doorgaans gelijk van teken. Dit is de enige overeenkomst, want de R-top is veruit de hoogste van de twee en de T-top is de langste in duur.

PQ-segment (of PR-segment als de Q-top ontbreekt): gedurende deze tijd passeert de impuls het geleidingssysteem tussen atrium en ventrikelmyocard. De tijdsduur van deze fase in het ECG bedraagt ongeveer 0,05 s.

ST-segment: gedurende deze fase zijn alle ventrikelvezels gedepolariseerd (plateaufase van de actiepotentiaal).

De pompfunctie

De pompwerking van het hart komt tot stand doordat het hart door de contractie van de spiervezels in de wand druk kan opbouwen. Als deze druk de tegendruk overschrijdt, kunnen de vezels korter worden doordat het hart bloed uitpompt.

Als de intracellulaire concentratie calciumionen de drempelwaarde overschrijdt, wordt calcium gebonden aan troponine, dat via een vormverandering in het tropomyosine de actine activeert. De crossbridge cycle wordt ingezet, waarbij met verbruik van ATP door de myosinekoppen kracht en verplaatsing tot stand wordt gebracht. De aansturing van de contractie verloopt in het hart wel totaal anders dan in de skeletspier. In de eerste plaats ontstaan hartcontracties op geleide van één actiepotentiaal, het zijn dus enkelvoudige contracties. Deze duren aanzienlijk langer omdat de vezel in contractie blijft zolang de actiepotentiaal voortduurt. Net als in skeletspierweefsel heeft het sarcoplasmatisch reticulum (SR) het vermogen Ca²⁺ los te laten en weer op te nemen. In skeletspierweefsel is voor de loslating depolarisatie van de T-tubuli door de langskomende actiepotentiaal voldoende; in hartspier is de instroom van calciumionen tijdens de plateaufase van de repolarisatie daarbij onmisbaar. Naarmate meer calcium binnenkomt, laat het SR ook meer los (“calcium-induced calcium release”) doordat de calciumkanalen in het SR vaker opengaan. Als de vezel repolariseert, stopt de calciuminstroom, sluiten ook de SR-kanalen zich en is actief transport in staat het calcium weer terug in het SR of naar de extracellulaire ruimte te pompen. Hoe langer de actiepotentiaal voortduurt, des te langer zal dus ook de contractie aanhouden. Er is in de diastole enige weerstand tegen vervorming. Het in de wand aanwezige bindweefsel beperkt de rekking van het hart. De grotere massa van het linker ventrikel zorgt ervoor dat het zich meer verzet tegen vulling dan het rechter. Het is minder rekbaar (= lagere compliantie). Daardoor is de druk in de linker harthelft aan het einde van de diastole wat hoger dan in de rechter harthelft. In deze fase vormen atrium en ventrikel één holte omdat de AV-kleppen geopend zijn; de SL-kleppen zijn dicht. Het bloed stroomt het hart binnen doordat de druk in het aderlijke stelsel op dat moment hoger is dan in het hart zelf. De mate van vulling aan het einde van de diastole (einddiastolisch volume, EDV) is dus afhankelijk van de sterkte van de veneuze terugstroom en de duur van de diastole. In de thorax heerst door de trekkracht van de longen (“retractiekracht”) normaliter een onderdruk ten opzicht van de atmosferische druk, die van invloed is op het hart omdat de longen via het pericard aan de hartwand trekken. Als het hart verslapt is, wordt de onderdruk vrijwel volledig doorgegeven naar de holte van het hart, waardoor het veneuze bloed uit de aders wordt aangezogen.

Transmurale druk = het drukverschil over de hartwand. Deze is altijd positief omdat het hart zich in geringe mate verzet tegen uitrekking.

Hoe lager de intrathoracale druk, hoe lager ook de druk in het hart, met als gevolg een sterkere veneuze terugstroom. Dit noemt men ook wel de adempomp. Wanneer door veroudering of door ziekte van de longen de intrathoracale druk minder subatmosferisch is, belemmert dit de vulling van het hart. Aan het begin van het veneuze stelsel, waar het bloed uit de capillairen komt, heerst de perifere veneuze druk; hoe hoog die precies is, hangt af van een aantal omstandigheden. Door het verschil tussen perifere veneuze druk en de onderdruk in het hart stroomt het bloed tijdens de diastole het hart in. Hoe langer de diastole duurt, des te langer kan de drukstijging zich voortzetten, zodat de vulling aan het einde van de diastole het product is van de snelheid van de veneuze terugstroom en de duur van de diastole. Op geleide van de impuls die zich vanuit de SA-knoop over de atria verspreidt, trekken de atria samen. De stijfheid van hun wand neemt daardoor toe en als gevolg daarvan stijgt de druk en kan de inhoud bij die in de ventrikels worden gevoegd.

Flebogram = atriumdrukcurve

Bij jonge mensen is de bijdrage door de atriumcontractie slechts 10% van het einddiastolisch volume (EDV). Bij ouderen is die echter beduidend groter. Door een leeftijdsafhankelijke verstijving van het bindweefsel in de hartwand wordt de diastolische stijfheid van de ventrikels groter en komt er tijdens de diastole minder bloed in de ventrikels. De atriumcontractie kan nu tot 30% van het EDV leveren.

De snelle instroom van het bloed veroorzaakt in het reeds gevulde ventrikel een sterke werveling waardoor de kleppen van de wand worden afgehouden.

Hoewel er geen kleppen zijn tussen de uitmondingen van de venen in de atria, loopt er tijdens de atriumcontractie niet veel bloed terug in de aders doordat de druk in de atria slechts weinig toeneemt. Bovendien wordt de terugstroom belemmert doordat de atriumspier rond de uitmonding van de venen in lussen is gerangschikt die tijdens de contractie als sfincters gaan werken. Zodra de druk in de ventrikels de druk van de atria overschrijdt en het bloed begint terug te stromen, worden de AV-kleppen daardoor gesloten.

Doordat de ventrikelcontractie zo lang aanhoudt, heeft het ventrikel de kans een deel van zijn inhoud in zijn uitstroomvat te spuiten: de ejectiefase. Zodra de druk in de ventrikels onder die in de uitstroomvaten daalt, neigt de stroomrichting ertoe om te keren. Dit wordt echter voorkomen doordat de zakvormige SL-kleppen naar elkaar toe uitklappen en het vat volledig afsluiten. Het ventrikel is dan weer één gesloten ruimte geworden en relaxeert: de isovolumetrische relaxatiefase. Het begin van de diastole noemt men wel de “rapid filling phase”. Tijdens de diastole is het vooral de lage intrathoracale druk die het hart opentrekt en daardoor in het hart een onderdruk creëert. Systolisch is die door verstijving van de hartwand niet meer effectief. Men spreekt van het raketprincipe omdat het om een reactiekracht gaat door het uitstoten van bloed in de omhooggerichte uitstroomvaten. Wanneer het bloed met kracht wordt opgestoten, drukt dit de ventrikels naar voren en naar beneden. Door deze beweging wordt aan de atria getrokken die, doordat ze via instroomvaten aan het mediastinum vastzitten, zich echter niet veel zullen verplaatsen maar vooral worden opgerekt.

De drukdaling die hiervan het gevolg is, zuigt bloed uit de venen aan: de systolische aanzuiging.

De harttonen

Het hart produceert kenmerkende geluiden: de harttonen. De belangrijkste oorzaken van deze geluiden zijn de sluiting van de kleppen, het aanspannen van het myocard en het optreden van werveling van bloed. Er zijn vier verschillende harttonen. Ze kunnen geregistreerd worden in het fonocardiogram:

Eerste harttoon: valt samen met de isovolumetrische aanspanningsfase en duurt vaak zelfs nog iets langer. Naast de sluiting van de AV-kleppen dragen ook de trilling van het aanspannende myocard en de werveling van bloed aan het begin van de ejectie bij aan de productie van geluid.

Tweede harttoon: valt samen met de sluiting van de SL-kleppen en markeert daardoor het einde van de ventrikelsystole. De toon duurt korter dan de eerste. Doordat de kleppen in de aorta eerder dichtslaan dan in de a. pulmonalis is deze tweede harttoon vaak gespleten, vooral tijdens de inademing.

Derde harttoon: valt samen met de opening van de AV-kleppen en de snelle instroom van bloed uit de atria. Deze toon, die ontstaat door werveling van het instromende bloed, is normaliter niet sterk en bij jonge mensen beter hoorbaar dan bij ouderen. In het laatste geval duidt de aanwezigheid van een derde harttoon op een verminderde hartfunctie.

Vierde harttoon: valt samen met de atriumcontractie en wordt veroorzaakt door werveling van bloed tijdens de instroom in het ventrikel. Deze toon is bij gezonde personen vrijwel nooit hoorbaar.

Het hartminuutvolume (HMV) is het volume bloed dat één ventrikel in het verloop van één minuut uitpompt. Dit is het product van het slagvolume (SV) (het volume bloed dat één ventrikel in één slag uitpompt) en de hartfrequentie (HF):

HMV (l/min) = SV (l) x HF (slagen/min)

Een gedeelte van het einddiastolisch volume dat tijdens de systole wordt uitgestoten, de ejectiefractie (EF), is ook al in rust verlaagd.

EF (%) = Slagvolume (I) / einddiastolisch volume (I) * 100%

De rustwaarde van het HMV bedraagt 4-5 liter, afhankelijk van lichaamslengte en lichaamsgewicht. Tijdens verhoogde activiteit van het lichaam, zoals tijdens inspanning of na een maaltijd, neemt het HMV toe.

Maximale HF = 220 – leeftijd in jaren

Zoals elke spier verbruikt ook het hart energie voor zijn arbeid, die geleverd wordt door brandstof, in dit geval meer door vetzuren dan door glucose of melkzuur. De brandstof wordt oxidatief gesplitst en daardoor is het hart niet in staat langdurig arbeid te verrichten zonder een voldoende toevoer van zuurstof, zodat een tekort aan bloed (ischemie) al snel tot verlies van pompfunctie en tot verstoring van het hartritme leidt.

Regeling van de hartprestatie

Er bestaat een nauwkeurig werkend regelsysteem dat de hartprestatie voortdurend afremt op de behoefte. Er is een sturing van de hartfrequentie (chonotropie) en de contractiekracht (inotropie). De sturing van de hartfrequentie gebeurt overwegend door een voortdurend wisselende invloed van het autonome zenuwstelsel op de SA-knoop, waardoor de ontladingsfrequentie ervan varieert. De sturing van de hartcontractie is veel complexer omdat die op verschillende niveaus plaatsvindt:

• Op celniveau: ionenkanalen in de plasmamembraan, uitwisseling van het SR met het cytoplasma en de werking van het contractiele apparaat. Deze eigenschappen liggen verankerd in de hartspier zelf. Regeling van de hartprestatie door deze mechanismen noemt men de intrinsieke regulatie;

• Op systeemniveau: hierbij spelen buiten het hart werkzame factoren via het vegetatieve zenuwstelsel een overheersende rol. De regeling van de hartprestatie langs deze weg noemt met de extrinsieke regulatie.

Een overwegende drukbelasting (bijvoorbeeld hypertensie) veroorzaakt vooral een hypertrofie en een overwegende volumebelasting (bijvoorbeeld als gevolg van een onvoldoende sluitende SL-klep) leidt vooral tot een dilatatie.

In het normaal werkende hart heeft de intrinsieke hartfrequentie (IHF) geen functionele betekenis omdat een voortdurende wisseling van ortho- en parasympathische invloed de impulsvorming in de SA-knoop zal versnellen of vertragen. Men verkrijgt de IHF indien het autonome zenuwstelsel langs farmacologische weg volledig is geblokkeerd.

De lengte-krachtrelatie wordt meestal het Frank-Starling-mechanisme genoemd.

Skeletspier: wanneer een gehele spier of een spiervezel voorafgaande aan een contractie wordt opgerekt, zal de ontwikkelde contractiekracht bij matige rekking toenemen. Bij voortgaande rekking wordt hij weer minder, zodat de spier een optimale rustlengte kent waarbij de contractiekracht maximaal is. De verklaring van deze lengte-krachtrelatie wordt gevonden in een lengteafhankelijke overlap van dikke en dunne filamenten in het sarcomeer, waardoor de mate van interactie en de daardoor geleverde kracht wordt bepaald. Hartspier: hierbij bepaalt de uitgangslengte van de spiervezels, naast het aantal kruisbruggen dat zich momentaan tussen actine en myosine kan vormen, ook de daarbij geleverde kracht per kruisbrug. Op nog onbegrepen wijze hangt de calciumgevoeligheid van het troponine C van de rustlengte af, een eigenschap die een hartspiervezel verliest als experimenteel het cardiale troponine C door dat uit skeletspieren wordt vervangen.

Het hart compenseert de toegenomen vulling momentaan door een groter slagvolume. Dit mechanisme werkt, anders dan de extrinsieke regeling, per ventrikel.Extrinsieke regeling. Onder de extrinsieke regeling worden alle factoren verstaan die van buiten het hart afkomstig zijn en de hartfrequentie en/of de pompwerking beïnvloeden. Normaliter is van alle regelfactoren de invloed van het vegetatieve zenuwstelsel dan ook het belangrijkst.De parasympathische invloed op het hart wordt uitgeoefend door de via takken van de nn. vagi vrijgekomen acetylcholine. De rechter tak beïnvloedt vooral de SA-knoop, waarvan het ritme wordt vertraagd (negatieve chonotropie).

De linkertak levert de innervatie voor de AV-knoop, waarvan de geleiding wordt vertraagd (negatieve dromotropie).

De orthosympathische invloed op het hart wordt uitgeoefend door noradrenaline die geleverd wordt door de uit de grensstreng afkomstige nn. accelerantes, verspreid in het mediastinum verlopende bundeltjes van ongemyeliniseerde postganglionaire neuronen.

De hartprestatie wordt in belangrijke mate bepaald door de vulling van het hart aan het einde van de diastole: het einddiastolisch volume, EDV. Dit noemt men ook wel de vóórbelasting (preload). De voorbelasting is afhankelijk van de druk in het aderlijke stelsel, waardoor de snelheid van terugstroming wordt bepaald, en van de duur van de diastole.

Voor- en nabelasting (afterload) zijn voor het hart uitwendige omstandigheden die worden bepaald door de situatie in het vaatstelsel. De contractiliteit van het hart duidt men ook wel aan met de inotrope toestand, de werking van een moleculair mechanisme om actief kracht uit te kunnen oefenen.

SV = C * ^B_Voor / ^B_Na

SV = slagvolume

C = contractiliteit

B_voor = voorbelasting

B_na = nabelasting

In het druk-volume- (P/V-) diagram wordt één van de complete hartcyclus het verloop van de druk uitgezet tegen het volume bloed dat zich op elk moment in een ventrikel bevindt. Omdat het volume tijdens de diastole toeneemt en tijdens de ejectie weer afneemt, beschrijft de kromme een gesloten lus. Druk-volumelus van het linker ventrikel: de curve toont de relatie tussen de ventrikeldruk en het intraventriculaire volume tijdens één complete hartcyclus.

Centrale sturing van de hartprestatie

De extrinsieke regeling van het hart gebeurt zowel via neurale als via humorale weg. De neurale weg verloopt via het vegetatieve zenuwstelsel; de orthosympathische weg wordt gevormd door de nn. accelerantes afkomstig uit het bovenste deel van de grensstreng, de parasympathische weg door de rami cardiaci van de nn. vagi. De humorale weg wordt gevormd door het bloed, waarmee de cardiotrope (= op het hart werkzame) hormonen worden vervoerd. Dat zijn er niet zo veel. Naast adrenaline, die onderdeel vormt van de orthosympathische invloed, zijn er effecten bekend van VIP (vasoactive intestinal peptide), glucagon, schildklierhormoon en bijnierschorshormonen.

De belangrijkste centra voor de sturing van het hart liggen in de medulla oblongata van de hersenstam. Van daaruit kan de hartfrequentie worden versneld via de grensstreng en de nn. accelerantes, of worden vertraagd via de nn. vagi. De belangrijkste signalen zijn druksignalen uit het arteriële bloedvatenstelsel en uit het hart.

In beide gevallen gaat het om rekkingsgevoelige zintuigjes, vermoedelijk in een spiraal gewonden vrije zenuwuiteinden, waarvan de impulsfrequentie toeneemt als de spanning in de wand waarin ze liggen groter wordt.

De ontladingsfrequentie van de afferente zenuwen wordt dus in belangrijke mate bepaald door de rekbaarheid van de vaatwand.

In de wand van de a. carotis communis, daar waas de arterie wijder wordt (sinus caroticus) om zich daarna in de a. carotis externa en interna te splitsen, liggen rekkingsgevoelige zenuwdraadjes, de baro- of tensio- of pressensoren. Gelijksoortige zintuigjes worden gevonden in de wand van de aortaboog. Dit zijn twee belangrijke groepen zintuigen om de bloeddruk te bewaken. De eerste groep bevindt zich aan de poort van de hersencirculatie, de tweede groep aan de toevoerweg van de lichaamscirculatie.

Als de druk in het vat lager is dan ca. 6,5 kP (ca. 50 mmHg), zijn de sensoren ontspannen en geven ze een lage basisfrequentie aan impulsen af. Komt de druk daarboven, dan neemt de ontladingsfrequentie toe met de druk, tot een waarde van 24 kP (180 mmHg). De maximale ontladingsfrequentie is dan bereikt en ze neemt bij verdere drukstijging niet toe.

Stijging van de arteriële bloeddruk veroorzaakt een hartvertraging. Deze baroreflex verloopt bijzonder snel: de totale reflextijd voor het vaguseffect bedraagt ongeveer 0,6 s, zodat een plotselinge drukstijging nog tijdens dezelfde hartcyclus kan worden tegengegaan door een hartvertraging. De orthosympathische werking heeft meer tijd nodig: die wordt na ongeveer 3 s actief.

De lagedruksensoren liggen in de wand van de atria op de grens met de inkomende grote aders. Door de grote rekbaarheid van deze wand in diastole wordt door een geringe rekking al een versterkte impulsstroom uit deze sensoren opgeroepen. Deze impulsen worden via afferente vagusvezels naar het depressorgebied in de medulla oblongata gevoerd, zodat het hart wordt vertraagd door een versterkte impulsstroom in de nn. vagi. Eenzelfde respons treedt op bij rekking van mechanosensoren in de wand van de a. pulmonalis; samen met de atriale sensoren noemt men deze de cardiopulmonale sensoren. De vertragingsreflex kan men opvatten als onderdeel van de extracardiale regeling van het HMV. Als het veneuze aanbod stijgt, wordt door de reflexmatige hartvertraging een snelle stijging van het HMV voorkomen. Als door een bloedtransfusie onder druk de veneuze instroom snel sterk wordt verhoogd, treedt een omgekeerde respons op en wordt de hartfrequentie juist verhoogd. Dit verschijnsel noemt men de reflex van Bainbridge.

Om het hartminuutvolume te laten stijgen, moet de hartfrequentie of het slagvolume toenemen, of beide. Kleine veranderingen komen uitsluitend tot stand door variatie in de vagusinvloed, grotere veranderingen vereisen ook een effect via de nn. accelerantes.

Door de diverse dwarsverbanden die er tussen de verschillende invloeden bestaan, gaan de intrinsieke en extrinsieke regulatie daarna door elkaar verlopen. De versterkte contractiliteit vermindert de preload doordat het ventrikel meer bloed uitpompt, terwijl door de gestegen output de afterload stijgt. Tijdens inspanning neemt het hartminuutvolume evenredig toe met het uitwendig geleverde vermogen. De vergroting van het HMV komt tot stand door de combinatie van een verhoging van de HF en een toename van het slagvolume (SV). De HF blijft continu stijgen tot aan de maximale HF. Dan is ook de maximale aërobe capaciteit bereikt en zal een verdere stijging van de belasting snel tot uitputting voeren.

Hoe groot het uitwendig vermogen is dat bij de maximale HF kan worden geleverd, hangt af van de individuele eigenschappen (constitutie) van de proefpersoon en van de mate van getraindheid (conditie). Het SV volgt een geheel andere lijn. Tot ongeveer 40% van het maximale vermogen stijgt dit eveneens lineair met de uitwendige belasting, maar daarboven blijft het vrijwel constant. Dit omslagpunt ligt niet bij een absolute waarde van de uitwendige belasting en ook het absolute maximum van het SV is niet bij alle proefpersonen gelijk. Ook hier geldt dat aanleg en mate van getraindheid gezamenlijk het maximum zullen bepalen; bij ongetrainden ongeveer 100 ml, bij topatleten tot 160 ml.

Een verhoging van de hartfrequentie ontstaat al aan het begin van de inspanning of zelfs daarvoor. Deze anticipatie is het gevolg van een verhoogde activiteit van de hersenen. Men veronderstelt dat impulsen voor de spiercontracties (= motorcommando) uitgaan van de motorische hersenschors en tegelijk zowel de motorische neuronen in het ruggenmerg als de cardiovasculaire centra in de hersenstam bereiken. Door de toenemende spanning in de spieren worden mogelijk ook mechanosensoren in de spier geprikkeld, die het effect van het motorcommando versterken; men noemt dit de spier-hartreflex. Hoewel er nog geen uitwendige arbeid van betekenis wordt geleverd, gaat de HF toch al flink omhoog (= vooruitregeling).

Tijdens voortgaande inspanning nemen andere sensoren de aansturing van de regelcentra over. Het effect van de arteriële chemosensoren op de hartfrequentie is niet groot, maar secundair aan een stimulering van de ademhaling zou een versterking van de orthosympathische invloed tot stand kunnen komen.

L. Het vaatstelsel

Het bouwplan van het vaatstelsel en de hoofdfuncties

Zowel voor de grote als de kleine bloedsomloop geldt dat een deel daarvan uit vaatjes bestaat met een doorsnede van minder dan 0,1 mm, die daardoor niet met het blote oog zichtbaar zijn. Dit deel vormt de microcirculatie; het deel dat wel zichtbaar is, noemt men de macrocirculatie. De aorta heeft een diameter van ongeveer 25 mm en een wanddikte van 2 mm. De binnenbekleding wordt gevormd door aaneengesloten zeer platte cellen, het endotheel, dat met een daaromheen liggend laagje bindweefsel de binnenste laag van de vaatwand, de intima, vormt. Daaromheen ligt een stevige laag die is opgebouwd uit gladde spiercellen, en in concentrische lagen gerangschikte elastische fibrillen. Door de aanwezigheid van de spiercellen kan de diameter van het vat veranderen. De elastine maakt het vat rekbaar. Deze laag is de media; de verhouding tussen de hoeveelheid spier- en bindweefsel verschilt in verschillende arteriën, reden waarom ze worden onderverdeeld in het elastische en musculeuze type. De derde en buitenste laag, de adventitia, bestaat hoofdzakelijk uit collageen bindweefsel, met daarin zenuwcellen die de spier cellen van de media innerveren. De adventitia van de grotere arteriën en venen bevat ook zeer kleine bloedvaatjes, de vasa vasorum, die zorgen dat de vaatwand zelf van bloed wordt voorzien. Bij kleinere vaatjes ontbreken deze vasa; de vaatwand is daar zo dun dat de aan- en afvoer van noodzakelijke stoffen in voldoende mate door diffusie van en naar het doorstromende bloed kan plaatsvinden. In de verdere generaties vertakkingen neemt het aandeel van de gladde spier in de media toe en gaan de arteriën over in het musculeuze type, waarvan de diameter geleidelijk afneemt. De wand van deze arteriën is stijver dan die van het elastische type. Bovendien kan het vat door het aanspannen van de circulair gerangschikte gladde spiercellen zijn stijfheid vergroten en zich vernauwen (vasocontrictie) en door het ontspannen hiervan verslappen en zich verwijden (vasodilatatie). Het arteriële deel van de macrocirculatie eindigt daar waar de uitwendige diameter van de vaatjes minder dan 0,1 mm bedraagt. Vaatjes met een kleiner kaliber zijn de arteriolen, die dus het begin vormen van de microcirculatie. In de arteriolen is de dikte van de wand zelfs groter dan de wijdte van het lumen. Door deze relatieve toename van de media, die hier uitsluitend uit spierweefsel bestaat, kan in dit deel van het vaatstelsel een sterke actieve verwijding of vernauwing (vasomotoriek) optreden. Na de arteriolen verdwijnen de media en adventitia volledig; ze worden over zeer korte afstand dunner, er vallen gaten in en uit deze terminale arteriolen ontspringt een netwerk van vaatjes, de capillairen of haarvaten, waarvan de wand uitsluitend nog uit endotheel bestaat met daaromheen enkele, mogelijk contractiele, steuncellen (pericyten). In sommige weefsels, zoals in het mesenterium, gaan de arteriolen geleidelijk over in een wijd capillair, het voorkeurskanaal dat een korte verbinding tussen arteriole en venule vormt. Van het arteriële begin van dit kanaal, dat de naam metarteriole heeft gekregen, takken de gewone capillairen af, waarbij de gladde spierlaag een lusje vormt rond de aftakkingsplaats.

Deze gladde spiercellen rond het begin van de capillairen fungeren als sluitspiertjes, de precapillaire sfincters die de haarvaten gedeeltelijk kunnen afsluiten, zodat de bloedcellen het capillair niet meer in kunnen.

Voorbij de capillairen komt het bloed in vaatjes waarvan de wand geleidelijk weer in dikte toeneemt doordat de verschillende lagen terugkeren. Binnen het bereik van de microcirculatie zijn dit in de eerste plaats de postcapillaire venulen, relatief wijde (10-25 μm) capillairen met wat meer pericyten. Deze kunnen samen in grotere (20-50 μm) verzamelvenulen, die al een continue laag van pericyten en collageen bindweefsel om zich heen hebben. De microcirculatie gaat over in het aderlijke deel van de macrocirculatie via de musculeuze venulen, waarvan de wand een dunne media van gladde spiercellen en een adventitia bezit. Het begin van het veneuze stelsel wordt gevormd door de kleine venen, die een diameter hebben tot circa 1 mm. Vergeleken met de kleine arteriën hebben de venen wel dezelfde wandopbouw, maar de afgrenzing tussen intima, media en adventitia is minder scherp. De vaten zijn opgebouwd om bij een lage druk veel bloed te kunnen bevatten en daarom noemt men de venen ook wel capaciteitsvaten. De nauwere arteriën, die weerstand kunnen bieden tegen het onder een veel hogere druk stromende bloed, noemt men in contrast daarmee weerstandsvaten. De grote venen bevatten gezamenlijk ongeveer 3 liter bloed, meer dan de helft van de totale hoeveelheid.

De kleine venen komen samen in middelmatige venen, met een diameter van 1-10 mm en met een dunne wand die voornamelijk uit collageen en elastisch bindweefsel bestaat. Een belangrijk verschil met overeenkomstige arteriën is dat deze venen op regelmatige afstanden kleppen hebben, die op een wijze gelijk aan die van de semilunaire kleppen in de uitstroomvaten van het hart, terugstroming van bloed moeten voorkomen. De kleppen bestaan uit vrij in het lumen hangende stukjes intima die bij een normale stroming tegen de wand worden gedrukt, maar uitklappen als de stroomrichting omkeert. Deze kleppen komen voornamelijk voor in aders waarin het bloed tegen de zwaartekracht in moet stromen, in het bijzonder in de vaten van de extremiteiten. Hun functie is het onderhouden van een omhoog gerichte bloedstroom. De middelgrote venen komen samen in de grote venen die uiteindelijk uitmonden in de v. cava inferior voor de onderste lichaamshelft en in de v. cava superior voor de bovenste lichaamshelft.

Verschillen tussen de arteriële en veneuze vaatstelsels

De aorta is nauwer dan de holle aders, er zijn meer aders (twee) dan overeenkomstige slagaders (één), de wand van de venen is dunner en slapper dan die van de arteriën en heeft een markante lamina elastica interna, en een deel van de venen bevat kleppen.

De arteriële bloeddruk: tijdens de systole stijgt de arteriële druk; de hoogste druk is de systolische druk (SD) die bij jongvolwassenen ongeveer 120 mmHg (16 kPa) bedraagt. Tijdens de diastole van het hart lekt het bloed in de periferie weg, zodat de druk in de arteriën geleidelijk daalt. De laagste waarde is de diastolische druk die ongeveer 80 mmHg (10 kPa) is. Het drukverschil, bij de aangegeven waarden 40 mmHg (6 kPa), noemt men de polsdruk. Als het hart met een hogere frequentie pompt, zal zowel de systolische als de diastolische druk stijgen; trager pompen brengt het omgekeerde teweeg. Vernauwing van de arteriolen (vasoconstrictie) vermindert het weglekken van bloed, waardoor de druk op een hoger peil komt. Vergroting van het lek door vasodilatatie veroorzaakt het omgekeerde.

Gemiddelde druk is de druk die in het vat zou heersen als het hart continu zou pompen en die tussen systolische en diastolische druk in ligt.

De elastische arteriën vangen de drukstoot op: windketelfunctie. Bij het inpompen van bloed kan het arteriële stelsel uitzetten, maar het biedt daarbij een toenemende tegendruk: de drukstijging tijdens de systole. Hoe rekbaarder (= complianter) de arteriën zijn, des te minder zal de druk bij het inpompen van een bepaald slagvolume stijgen. Tijdens de diastole veert het vat terug, waardoor ook een diastolische druk wordt onderhouden.

Algemene werkingsprincipes van de macrocirculatie

Bloed wordt ook wel de Newtonse vloeistof genoemd.

Vóór en achter een vernauwing kan de druk in de buis worden gemeten met een als manometer dienende stijgbuis. De druk voor in de buis is P1, de druk achter de vernauwing P2. De hoeveelheid water die per minuut door de buis stroomt, heeft vele namen, waarvan minuutvolume of volumestroom de meest gangbare zijn. Het symbool ervan is Q en wordt uitgedrukt in ml/s of l/min. De gemiddelde stroomsnelheid, symbool v, is de gemiddelde afstand die de vloeistof per seconde aflegt en die wordt uitgedrukt in afstand/tijd, bijvoorbeeld cm/s of km/uur. Weerstand, symbool R, is de mate van wrijving die de vloeistof in de buis ondergaat. R wordt uitgedrukt in eenheden die afgeleid zijn van de eerder genoemde grootheden: mmHg∙min./l (R units), moderner Pa∙s/ml. Voor de viscositeit, de stroperigheid van de vloeistof, heeft met de poise ingevoerd, waarbij 1 poise gelijk is aan 0,1 N∙s/m².

De relatie tussen druk en weerstand wordt uitgedrukt in de algemene stromingsformule, die identiek is aan de bekende wet van Ohm voor stromende elektriciteit:

P1 - P2 = Q ∙ R

Dit verband houdt in dat als het minuutvolume Q constant wordt gehouden, het drukverschil recht evenredig is met de hoogte van de weerstand. Dit biedt de mogelijkheid factoren vast te stellen die de hoogte van de weerstand bepalen. Dit zijn:

• De wijdte van de buis: als de buis nauwer wordt gemaakt, neemt de weerstand toe. Als het verband nauwkeurig wordt gemeten, blijkt dat de weerstand afneemt met de vierde macht van de straal van het vat.

• De lengte van de buis: als de vernauwing langer wordt, neemt de weerstand recht evenredig toe.

• De stroperigheid (viscositeit) van de vloeistof: als de adhesie van de deeltjes onderling groter is, zullen ze elkaar meer hinderen in hun voortbeweging.

De formule die de relaties goed weergeeft, is de wet van Poiseuille.

De drukschommelingen in het arteriële deel zijn afhankelijk van cardiale en vasculaire factoren. In de grote arteriën is de beste benadering voor de gemiddelde druk ½, in de periferie is dat 1/3. In het algemeen geldt:

Gemiddelde druk = diastolische druk + (systolische druk – diastolische druk) / 2 of 3

De cardiale factoren zijn hartfrequentie (HF), slagvolume (SV) en ejectiesnelheid (E), de belangrijkste vasculaire factoren zijn de perifere weerstand (R) en de rekbaarheid van het vaatstelsel (C). De hoogte van de diastolische druk wordt vooral bepaald door HF, R en de vulling van het vaatstelsel. De hoogte van de systolische druk wordt vooral bepaald door de hoogte van de diastolische druk, de grootte van SV en C; A beïnvloedt vooral de snelheid van de drukstijging. De polsdruk wordt vooral bepaald door de grootte van SV, E en C.

De beweging van de vaatwand die onder invloed van de drukstijging ontstaat – men spreekt ook wel van vaatwandexcursie – kan worden geregistreerd en als een curve worden beschreven. Deze curve heet een sfygmogram. De polsgolf wordt tijdens de voortgeleiding groter; dat geldt ook voor de systolische druk en de polsdruk.

De polsgolf verdwijnt na de arteriolen, maar komt weer terug in de grote aders; de venenpols.

Veneuze sfygmogram

a-top: drukverhoging in de aders dicht bij het hart tijdens de atriumcontractie;

c-top: drukverhoging tijdens de isovolumetrische aanspanningsfase, door het opbollen van de AV-kleppen in het atrium tijdens de drukstijging in het ventrikel;

x-dal: drukdaling tijdens de ejectiefase. Men schrijft dit dal over het algemeen toe aan een verplaatsing van het hart naar beneden door de reactiekracht van het omhoog schietende bloed, waardoor het hart als een raket naar het middenrif wordt gedrukt;

v-top: drukstijging door het terugveren van het ventrikel na afloop van de ejectie en stapeling van bloed in de atria;

y-dal: drukdaling als gevolg van de heropening van de ventrikels; deze initiële vulling van de ventrikels wordt aangeduid als snelle vullingsfase (rapid filling phase).

De factoren die de veneuze terugstroming onderhouden, zijn van perifeer naar centraal:

• Vis a tergo (= kracht in de rug). Hieronder verstaat men het overblijfsel van de arteriële bloeddruk.

• Vis a latere (= kracht van opzij). Dit is een bundeling van krachten die in het verloop van het aderlijke stelsel op de vaten worden uitgeoefend, waardoor ze worden samengedrukt. Dat dit tot een voortstuwing van bloed naar het hart leidt, is het gevolg van de aanwezigheid van kleppen in de middelgrote en grote venen.

• Vis a fronte (= kracht van voren). Dit is een bundeling van bloedaanzuigende krachten.

De belangrijkste bronnen van de vis a latere zijn:

• Arteriële pulsaties: dit is de betrekkelijk geringe kracht die de arteriën door hun expansie tijdens de systole op de naastgelegen venen uitoefenen;

• Aanspanning van skeletspieren, de spierpomp: deze tijdens inspanning onmisbare factor voor de versterking van de veneuze terugstroom is een gevolg van het feit dat door de verdikking van de spiervezels de vaten in en om de spieren worden samengedrukt.
   

De microcirculatie Pericyten kunnen de oorsprong van nieuwe capillairen worden. De vorming wordt gestimuleerd door de recent in de belangstelling gekomen vasculaire endotheliale groeifactor (VEGF). Er zijn in de huid arterioveneuze anastomosen (ava) aanwezig, die een rechtstreekse vormen tussen de kleine arteriën en venen en bij opening de microcirculatie kortsluiten. Ze staan vooral ten dienste van de temperatuurregeling: bij een sterk warmteverlies in een koude omgeving, wordt ter voorkoming van afkoeling het bloed meteen teruggestuurd, zonder de capillairen te passeren.

Een metarteriole gaat over in de postcapillaire venulen. Van de metarteriolen takken capillairen af die een netwerk vormen dat eveneens in de postcapillaire venulen uitmondt.

Op de aftakkingsplaatsen bevinden zich enkele gladde spiercellen rondom het capillair, de precapillaire sfincters. Wanneer deze sfincters contraheren, verhinderen ze de doorstroming van de rode bloedcellen, hoewel een geringe plasmastroom wel mogelijk blijft.

De basale doorstroming treedt op indien het weefsel in rust is; men duidt die aan als non-nutritieve ofwel shuntstroom. Wanneer de activiteit van het weefsel en daarmee de behoefte aan bloed toeneemt, verwijden de terminale arteriolen zich als gevolg van metabole prikkels en openen de precapillaire sfincters zich – indien aanwezig – zodat nu ook de gewone capillairen met bloedcellen worden doorstroomd. De versterking die de bloedstroom nu ondergaat, is de nutritieve stroom, die in sterkte zal toenemen naarmate het metabolisme van de cellen stijgt. De toevoer naar het weefsel zal groter worden naarmate de toevoerende arteriolen zich verder verwijden. De belangrijkste functie van de capillairen is uitwisseling tussen bloed en weefselvloeistof; de bouw van de capillairen is daarop gericht. De eerste voorwaarde voor handhaving van de homeostase van de weefselvloeistof is een voldoende sterke bloedstroom. De tweede voorwaarde is een voldoende permeabiliteit van het endotheel voor de passage van verschillende stoffen. De uitwisseling tussen bloedplasma en weefselvocht verloopt voor meer dan 99% passief, door middel van diffusie, onder invloed van een concentratieverschil tussen bloed en weefselvloeistof. Daarnaast vindt filtratie plaats, dat wil zeggen deeltjestransport door een drukverschil tussen bloed en weefselvocht. Het continue endotheel komt het meest voor. Het is onder andere te vinden in het zenuwstelsel, in de huid, in spieren en in vele inwendige organen. De wand van een capillair met continu endotheel heeft een aantal mogelijke wegen voor het transport van hydrofiele deeltjes:

• via intercellulaire poriën

• via blaasjestransport (transcytose)

• tijdelijke kanalen voor grote deeltjes
   

Het gefenestreerde endotheel vertoont een aanmerkelijk grotere permeabiliteit. Dit endotheel is te vinden op plaatsen waar transport voor grotere deeltjes zoals klierproducten moet plaatsvinden, of waar op grote schaal opname of afgifte van deeltjes moet plaatsvinden. Naast het concentratieverschil en de permeabiliteit is de dikte van de capillairwand bepalend voor de transportsnelheid. Diffusie is het gevolg van thermische (= Brownse) beweging van deeltjes in een oplossing. Het bloed dat vanuit de arteriolen het capillaire netwerk binnenstroomt, is rijk aan zuurstof, die is gewonnen in de longen, en aan voedingsstoffen, die zijn verkregen bij een vorige passage van het spijsverteringskanaal. Het is arm aan kooldioxide en andere stofwisselingsproducten (= metabolieten), die verwijderd zijn in longen en nieren. Dit arteriële bloed komt aan het begin van het capillair via de endotheelcel in aanraking met het minuscule laagje weefselvocht dat het capillair scheidt van de plasmamembraan van de omliggende cellen. Het weefselvocht bevat weinig zuurstof en voedingsstoffen omdat de cellen dit voor hun stofwisseling eraan onttrekken. Zo ontstaat een concentratiegradiënt tussen bloedplasma en weefselvocht die de diffusiestroom in gang zet.

Filtratie wordt gedefinieerd als een beweging van deeltjes door een scheidend filter, onder invloed van een drukverschil. Doordat vanuit de arteriolen het bloed onder druk het capillair binnenstroomt, zal door de poriën, die werken als lekjes in een tuinslang, vloeistof naar het interstitium worden geperst.

De bloeddruk die na passage van de arteriolen is overgebleven, bedraagt ca. 30 mmHg (4 kPa). Deze druk wordt tegengewerkt door de druk in het interstitium, die zowel licht positief als licht negatief kan zijn door de werking van de lymfevaten, maar als regel op 0 wordt gesteld, en door de osmotische werking van de niet-permeërende eiwitten in het bloedplasma. Deze laatste factor, die het vocht in het capillair vasthoudt, noemt men colloïd-osmotische ofwel oncotische druk, die ongeveer 25 mmHg (3,3 kPa) bedraagt. Wanneer de uitwaarts gerichte bloeddruk de som van de oncotische en een mogelijk positieve interstitiële druk overtreft, is er een positieve nettofiltratiedruk, zodat vocht door de poriën naar het interstitium wordt geperst. Als de bloeddruk echter lager is dan de som van oncotische en interstitiële druk, is er een negatieve nettofiltratiedruk, zodat het capillair vocht aanzuigt; wij spreken van resorptie. In de lever en in de milt treedt geen resorptie op; het sinusoïdale endotheel in deze organen vertoont tussen de cellen grote openingen, waar ook de grotere eiwitmoleculen doorheen kunnen. Het eiwitgehalte in het interstitium is dan ook vrijwel gelijk aan dat van het plasma. Ophoping van vocht in deze organen wordt voorkomen doordat ze beide van een stevig kapsel zijn voorzien.De lymfevaten vormen een nooduitgang voor eiwit en weefselvocht uit het interstitium. Resorptie van vocht door het bloed in de capillairen is alleen mogelijk indien het eiwitgehalte van de weefselvloeistof voldoende laag is om een effectieve oncotische druk te handhaven. De lymfecapillairen die in het weefsel blind beginnen, monden uit in grotere, venenachtige vaatjes die uiteindelijk na passage van een of meer filterstations, de lymfeklieren, uitkomen in twee verzamelbuizen die het vocht terugbrengen naar het veneuze stelsel. De grootste verzamelbuis is de ductus thoracicus, die links langs de wervelkolom omhoog loopt en de lymfe vervoert uit de gehele linker lichaamshelft en uit de rechter lichaamshelft van het deel onder het middenrif. De ductus thoracicus eindigt in de linker v. subclavia, dicht bij de uitmonding in de v. cava superior. De lymfe uit de rechterarm, het rechterdeel van hoofd en hals en van delen van enkele ingewanden wordt teruggevoerd via de ductus lymphaticus, die uitmondt in de rechter v. subclavia.
 

De regeling van de bloedsomloop

De mogelijkheden voor de regeling van de eigenschappen van het vaatbed zijn vasoconstrictie en vasodilatatie door respectievelijk aanspanning en verslapping van de circulair verlopende gladde spiercellen in de wand van de kleinere arteriën en venen en, voor zover aanwezig, van de precapillaire sfincters. In het arteriële deel zijn vooral de arteriolen effectief in deze regeling; hun wijdte bepaalt in belangrijke mate de hoogte van de perifere weerstand en daarmee de hoogte van de druk zowel in de arteriën als in de microcirculatie. Een matige vasoconstrictie van alle arteriolen, met een navenante verhoging van de weerstand als gevolg, zal effectief zijn op het gehele arteriële systeem waardoor de arteriële bloeddruk wordt verhoogd. Anderzijds zal een flinke constrictie van slechts enkele arteriolen ergens in een weefsel vooral effect hebben op het beperken van de bloedstroom door de stroomafwaarts liggende capillairen, zonder dat de bloeddruk noemenswaard verandert.
 

De bloeddruk wordt centraal geregeld via het vegetatieve zenuwstelsel, terwijl de weefseldoorstroming op lokaal niveau wordt aangepast aan de behoefte van het lichaam. Deze aanpassing komt tot stand langs paracriene weg op geleide van stofwisselingsproducten en transmitters. De beweeglijkheid van de venen, meestal aangeduid als venenconstrictie en venendilatatie, heeft een geheel andere functie omdat het effect op de totale perifere weerstand door de relatief grote diameter van de venen gering is. De betekenis ligt in de verandering van de inhoud (= capaciteit) van het veneuze stelsel, waardoor meer of minder bloed naar het hart en het arteriële deel van de circulatie wordt gebracht. Zo dien we dat na een fors bloedverlies de venen door sterke contractie zoveel bloed naar het arteriële deel kunnen verplaatsen dat de bloeddruk op peil kan worden gehouden. De lokale regeling speelt zich af op het niveau van de terminale arteriolen en, voorzover aanwezig, metarteriolen en precapillaire sfincters. Indien de spiercellen in de wand van deze laatstgenoemde structuren zich aanspannen, kunnen ze het vat volledig afsluiten voor bloedcellen, zodat het achterliggende capillaire netwerk alleen nog wat bloedplasma kan ontvangen. Verslapping van de gladde spiercellen zet letterlijk de kraan naar het capillairbed open. Deze terminale structuren worden niet via het vegetatieve zenuwstelsel geïnnerveerd; regelfactoren kunnen de vaatjes dan ook alleen via het weefselvocht of via het bloed, dus humoraal, bereiken. Er is toch variatie in de contractietoestand van de wand, doordat de gladde spiercellen door eigen pacemakers in een traag ritme tot contractie worden gebracht. Het gevolg van deze vasomotiliteit is dat de bloedstroom door de capillairen cyclisch tot stilstand komt of zelfs van richting verandert. Voor een deel zijn de fluctuaties het gevolg van autoregulatie op dit niveau, waardoor over een groot traject variaties in bloeddruk geen gevolg hebben voor de weefseldoorstroming (= weefselperfusie). Als de druk in de arteriolen stijgt, contraheren de gladde spiertjes; de verhoogde weerstand vergroot het drukverval zodat de drukstijging wordt gecompenseerd. Een daling van de arteriële bloeddruk heeft het omgekeerde effect. De vasomotiliteit wordt zowel myogeen als metabool gestuurd. Wanneer de stofwisseling in een weefsel toeneemt, komt de lokale regeling in actie. Deze regeling zorgt ervoor dat de bloedtoevoer aan de verhoogde behoefte van het weefsel in het verzorgingsgebied voldoet. Deze lokale regeling komt uitsluitend paracrien tot stand door stoffen die in het weefsel zelf worden gevormd, door stofwisselingsproducten (metabolieten) en door in het omliggende weefsel geproduceerde transmitters (weefselhormonen). De centrale regeling is een combinatie van neurale en hormonale invloeden, gericht op het handhaven van de arteriële bloeddruk. Bij de neurale component van de centrale regeling ligt het accent op vaatvernauwing, met als doel handhaving van de bloeddruk op zodanig peil dat ook de boven het hart gelegen organen, in het bijzonder de hersenen van voldoende bloed worden voorzien. Het effect van orthosympathische stimulatie is contractie van de vasculaire gladde spier, gemedieerd door de transmitter noradrenaline (NA). Vaatverwijding treedt op als door vermindering van de orthosympathische invloed de contractie van de gladde spier afneemt. Door de druk in de vaatjes worden ze vanzelf wijder. De vasoactieve neuronen in de medulla oblongata onderhouden de kortetermijnregeling van de bloeddruk. Voor het constant houden van de bloeddruk op langere termijn is de neurale sturing van ondergeschikt belang; in dat geval wordt de bloeddruk primair vanuit de nier geregeld door variaties van het totale vochtvolume in het lichaam. Een primaire rol in de regeling spelen impulsen die vanuit de cortex cerebri via de hypothalamus afdalen; de corticohypothalamische banen.
 

De hypothalamus is daarbij de bron van een exciterende invloed die de bloeddruk verhoogt, terwijl de hersenschors die juist onderdrukt. Zo komt de bloeddrukstijging bij angst of woede tot stand doordat de corticale rem op de hypothalamus vermindert.

De belangrijkste ascenderende invloed is afkomstig uit het vaatstelsel, uit de arteriële baro- of tensiosensoren in de sinus caroticus en in de arcus aortae via respectievelijk de n. glossopharyngeus en de n. vagus.
 

Specifieke eigenschappen van de bloedtoevoer naar verschillende organen

Tijdens de longpassage wordt het bloed ontdaan van gasvormige afvalproducten, in het bijzonder van CO₂, en neemt het O₂ op. Het bloed dat het rechter ventrikel in de a. pulmonalis pompt, is dus veneus van samenstelling. Via een sterk vertakkend systeem van korte en relatief wijde, dunwandige arteriën komt het bloed in arteriolen die eveneens relatief wijd zijn. Het gevolg is dat de weerstand van het vaatbed van de long, ondanks het kleinere aantal vaatjes, toch slechts 10% is van de weerstand van de grote circulatie.

Vanuit de arteriolen komt het bloed in de capillairen, die in de wand van de longblaasjes (= alveoli) een zo sterk samenhangend netwerk vormen dat het oppervlak van de alveoli vrijwel volledig met een dunne bloedfilm bedekt is. Omdat ook de eencellige wand van de alveoli niet veel dikker is, is de membraan die bloed van lucht scheidt, de alveolocapillaire membraan, minder dan 0,5 μm dik. Tijdens inspanning neemt door een verdiepte ademhaling en een versterkte doorstroming de inhoud van het capillairbed toe tot maximaal 200 ml. Het grootste verschil met de grote bloedsomloop is de lage druk in de kleine bloedsomloop, die het gevolg is van de lage perifere weerstand. De druk in de a. pulmonalis is systolisch slechts ongeveer 3,3 kPa (25 mmHg) en diastolisch 1,8 kPa (10 mmHg); gemiddeld is dat slechts 15% van de druk in de aorta. Dit verklaart hoe het veel dunnere en zwakkere rechter ventrikel toch in staat is hetzelfde hartminuutvolume uit te pompen als het linker. Bij de zittende of staande mens bevindt de longtop zich zover boven het niveau van het hart dat de bloedstroom daar tot stilstand komt; de alveoli aldaar worden dan niet doorstroomd. Gaat men liggen, of neemt de arteriële druk iets toe zoals bij inspanning, dan wordt dit deel van het vaatbed wel doorstroomd. Het omgekeerde geldt voor de longbasis. Door haar lagere ligging is de druk in de aanvoerende arteriën daar hoger, zodat meer bloed naar de longbasis wordt vervoerd. De luchtwegen tot aan de kleinste vertakkingen, de terminale bronchioli, de pleurae en de bindweefselschotten in de long worden gevasculariseerd door de bronchiale arteriën die uit de aorta aftakken en dus tot de grote bloedsomloop behoren. Deze arteriën voorzien de weefsels van zuurstof en voedingsstoffen, daarna keert het veneuze bloed voor ongeveer de helft via de venen terug naar het rechter atrium. De andere helft van het bloed vloeit via nauwe bronchopulmonale anastomosen in de longvenen zodat zuurstofarm bloed uit de bronchiale circulatie zich nu mengt met zuurstofrijk bloed in de longvenen. Zo’n menging is een shunt; een bijmenging van een weinig veneus bloed met de arteriële hoofdstroom noemt men een rechts-links-shunt.

De hartwand wordt van bloed voorzien door twee coronaire arteriën, de kransvaten, die ontspringen achter de linker en rechter aortaklep, met talrijke vertakkingen die zich over het epicardiale oppervlak verspreiden. Bij ongeveer de helft van de mensen voorziet de rechter arterie behalve het myocard van het rechter ventrikel ook een deel van het linker ventrikel van bloed (rechtsdominantie), bij 20% is de verhouding omgekeerd (linksdominantie).

De bloedstroom wordt, zoals overal, bepaald door het arterioveneuze drukverschil en de hoogte van de perifere weerstand.

Geen van beide is hier constant en ze hangen nauw samen met de hartwerking. Het drukverschil is het verschil tussen de druk aan het begin van de aorta en die in het rechter atrium; dat is het grootst tijdens de ejectiefase. Dan is echter ook de perifere weerstand het hoogst doordat de wijdte van de vaatjes in de coronaire circulatie zeer afhankelijk is van de contractietoestand van de hartspier. Wanneer het hartminuutvolume stijgt, zal ook de coronaire stroomsterkte moeten toenemen om aan de toegenomen O₂-behoefte te kunnen voldoen. Dit is links een groter probleem dan rechts omdat door de gestegen hartfrequentie de duur van de diastole, en daardoor de duur van de maximale instroming, wordt beperkt. Dit effect zal des te sterker zijn naarmate de hartfrequentie verder stijgt, met andere woorden: het hart maakt het bij een toenemende prestatie steeds moeilijker aan zijn eigen toegenomen O₂-behoefte te voldoen. Door een sterke vasodilatatie in het coronaire systeem zal de perifere weerstand zoveel omlaag moeten, dat in de korte diastolische tijd voldoende bloed kan toestromen. Deze dilatatie komt uitsluitend tot stand door lokale, vooral metabole factoren. De orthosympathische zenuwvezels hebben door stimulatie van α-receptoren de gebruikelijke vasoconstrictoire werking, maar door de gelijktijdige stimulatie van de hartstofwisseling verhogen ze ook de productie van lokale vasodilaterende metabolieten. Naast de lokale stijging van het lactaatgehalte, de extracellulaire K⁺-concentratie, de osmolariteit en mogelijk ook de CO₂-spanning, en de daling van de pH en de O₂-spanning heeft de productie van de metaboliet adenosine een grote betekenis. Via specifieke adenosinereceptoren in de vaatwand is deze stof in staat een sterke verslapping van de vaatwand op te roepen. Via stimulatie van β-receptoren kan circulerende adrenaline aan de vasodilatatie bijdragen.

Cerebrale circulatie

De hersenen beschikken over een dubbele aanvoer van arterieel bloed, via de twee interne carotiden en via de binnen de wervelbogen opklimmende a. vertebralis.

Er zijn drie belangrijke verschillen met de rest van de grote bloedsomloop:

1. De hersencirculatie speelt zich af in een afgesloten ruimte waarin zich geen samendrukbaar materiaal bevindt. Er is een kleine variatie in druk mogelijk doordat venen kunnen worden gecomprimeerd en liquor via het wervelkanaal naar lymfevaten kan worden gedrukt. Daardoor kunnen de arteriën pulseren en bijdragen aan het onderhouden van een geringe liquorstroom.

2. Op het niveau van capillairen, waar de uitwisseling van hydrofiele stoffen sterk wordt beperkt door zeer hechte tight junctions tussen de endotheelcellen en de astrocyten die een afschermende huls rond de vaten vormen. Dit leidt ertoe dat bijvoorbeeld CO2 wel naar het weefselvocht van de hersencellen kan diffunderen maar H⁺-ionen niet. Deze barrière noemt men de bloed-hersenbarrière of bloed-liquorbarrière.

3. Het derde verschil zit aan de veneuze kant, waar de grote venen tegen samenvallen door de lage veneuze druk in staande houding worden beschermd doordat ze in de dura mater zijn gefixeerd en uitgespannen. Deze venen bevatten geen kleppen.

Het bloed wordt over de verschillende hersendelen verdeeld door lokale regulatie. Wanneer een hersengebied verhoogd actief wordt, nemen de ontladingsfrequentie en de stofwisseling van de neuronen in dat gebied toe.

De daarbij gevormde metabolieten, in het bijzonder CO₂, adenosine en H⁺-ionen, alsmede de ophoping van K⁺-ionen, werken vanuit de extracellulaire vloeistof dilaterend op de arteriolen.

Darm- en levercirculatie

Voor de darmcirculatie bestaat een sterke centrale regeling en een zwakkere lokale regeling. De centrale regeling komt tot stand via het orthosympathische zenuwstelsel. Doordat de α-receptoren in aantal en werking overheersen, leidt orthosympathische prikkeling tot een vasoconstrictie en een sluiting van de in dit vaatgebied veel voorkomende precapillaire sfincters.

De lokale regeling bestaat uit een door metabolieten veroorzaakte vasodilatatie en opening van precapillaire sfincters tijdens verteringsarbeid. De chemische arbeid van de darm veroorzaakt een verhoging van de stofwisseling. Een stijging van de adenosineconcentratie in de extracellulaire vloeistof, hyperosmolariteit en ophoping van K⁺-ionen zijn de factoren die deze vasodilatatie tot stand brengen. De lever ontvangt naast het veneuze “portale” bloed dat afkomstig is uit het maag-darmkanaal en uit de milt, arterieel bloed uit de aorta via de a. hepatica. De stroomverhouding is 3:1; de totale stroomsterkte is ongeveer 25% van het hartminuutvolume. Het arteriële en portale bloed mengt zich in de wijde levercapillairen, die sinussen worden genoemd wegens de zeer grote poriën in de endotheelcellen. Eiwitten kunnen daar makkelijk passeren, zodat de oncotische druk niet effectief is. De lymfestroom uit de lever bevat bijna net zoveel eiwit als het bloedplasma. De regeling van de bloedstroom vindt overwegend centraal plaats. Orthosympathische prikkeling veroorzaakt een constrictie van de vaten vóór de sinussen, zodat de bloedstroom beperkt wordt. Belangrijker is echter een vernauwing van het veneuze deel in geval van een bloedtekort. Doordat de helft van het totale bloedvolume in de lever, dat 15% van de totale hoeveelheid bloed omvat, dan in de circulatie kan worden gebracht, is de lever een belangrijk bloeddepot.

Spiercirculatie

Wanneer de spier in actie komt, treedt vooral door lokale stimulatie een sterke toename van de spierdoorbloeding op doordat de arteriolen sterk verwijden en alle capillairen worden doorstroomd. Bij ongetrainde personen kan deze nutritieve stroom meer dan twintig keer groter dan de shuntstroom zijn, bij atleten veel meer. In de eerste plaats zal daartoe het hartminuutvolume voldoende moeten stijgen, maar in de tweede plaats moet een herverdeling van het hartminuutvolume plaatsvinden, zodat veruit het grootste deel naar de arbeidende spieren vloeit.

Huidcirculatie

Tussen arteriolen en venulen van de oppervlakkige dermis bestaan talrijke arterioveneuze anastomosen (AVA). Bij opening vormen ze een shunt buiten het capillaire netwerk om. Wanneer er geen behoefte aan extra warmteafgifte bestaat, zijn onder orthosympathische invloed de arteriolen nauw en de AVA’s gesloten. De orthosympathische invloed wordt vanuit de hypothalamus versterkt bij koude; dit is een van de maatregelen om warmteverlies tegen te gaan. Omgekeerd zal de orthosympathische tonus bij een warmteoverschot afnemen, hetgeen leidt tot dilatatie van de arteriolen en opening van de AVA’s leidt, waardoor veel meer bloed naar de huid gevoerd kan worden. Het bloed stroomt rechtstreeks door naar de veneuze plexus dieper in de huid, maar ook daar kan door geleiding naar het omliggende weefsel warmte worden afgegeven. Naast de vermindering van de orthosympathische invloed is het vrijkomen van bradykinine een belangrijke oorzaak van vasodilatatie. Deze stof wordt gevormd uit een plasmacomponent door een enzym in het zweet. Door de sterke vasodilatatie neemt de in de huid verblijvende hoeveelheid bloed sterk toe, tot eventueel 1,5 liter.

Bloeddrukregeling onder specifieke omstandigheden

Er zijn verschillende mechanismen die voorkomen dat bij het opstaan de arteriële bloeddruk sterk daalt (orthostatische hypotensie), met duizeligheid en mogelijk flauwvallen tot gevolg:

• Kortetermijnregeling (binnen 5 s). De verminderde veneuze terugstroming wordt waargenomen door de lagedruksensoren in het rechter atrium. De door de afgenomen veneuze stroom veroorzaakte daling in hartminuutvolume en de vermindering van arteriële bloeddruk reduceren de prikkeling van de arteriële barosensoren. Beide effecten leiden tot een verhoogde orthosympathische invloed op hart en bloedvaten. Alle venen vernauwen zich, het sterkst in de huid en het maag-darmkanaal, en er treedt een arteriolenconstrictie op in skeletspieren, huid, nieren en maag-darmkanaal.

• Langetermijnregeling. De hierboven genoemde reflexen zijn niet voldoende om bij langdurig stilstaan de druk te handhaven, want zonder compressie van de venen door aan- en ontspannende skeletspieren zal er toch geleidelijk een ophoping van bloed in de beenvenen ontstaan en zal men mogelijk flauwvallen. Een tweede langetermijneffect wordt verkregen door de productie van hormonen die de nier aanzetten tot resorptie van water en zout. Het betreft de productie van vasopressine als gevolg van de verminderde prikkeling van de lagedruksensoren, en angiotensine II en aldosteron als gevolg van de verminderde nierdoorbloeding, waardoor tevens renine wordt gevormd.

Inspanning vereist een integrale regeling van hart en bloedsomloop. Hier volgen in volgorde de belangrijkste aanpassingsmechanismen:

• Vergroting van de O₂-utilisatie, het percentage zuurstof dat aan het arteriële bloed wordt onttrokken.

• Vergroting van het diffusieoppervlak en verkleining van de diffusieafstand door het openen en verwijden van capillairen.

• Verlies van vocht uit het plasma, waardoor het bloed wordt ingedikt (hemoconcentratie) en het meer zuurstof kan vervoeren.

• Vergroting van het hartminuutvolume.

• Herverdeling van de bloedstroom door verwijding van spiervaten en vernauwing van vaten elders in het lichaam.

Doorgaans zal – althans bij dynamische arbeid – de systolische druk licht stijgen en de diastolische druk licht dalen, zodat de gemiddelde druk, die onder deze omstandigheden wordt berekend door de diastolische druk te vermeerderen met de helft van de polsdruk, vrijwel ongewijzigd blijft. Bij statische arbeid is dat anders, want dan kan de bloeddruk zeer hoge waarden bereiken. Dit is gedeeltelijk een gevolg van de hoge weerstand van de in de spier samengeknepen vaten, maar er bestaat ook een centrale component doordat de orthosympathische activatie veel sterker is.

M. Gasuitwisseling
 

Het begrip ademhaling

Zuurstof (O₂) en kooldioxide (CO₂) zijn gasvormige stoffen die nergens in het lichaam worden opgeslagen: O₂ moet voortdurend naar behoefte uit de buitenlucht worden opgenomen en de vrijkomende CO₂ moet continu naar de buitenwereld worden uitgescheiden.

Ademhaling = de opname van zuurstof, de biologische oxidatie van voedingsstoffen onder vrijmaking van energie en het verwijderen van het daarbij vrijkomende kooldioxide.

Bij het gastransport van cel naar buitenlucht hebben wij te maken met de functionele trias: diffusie – circulatie – ventilatie, dat wil zeggen:

1. de diffusie van O₂ en CO₂ tussen lucht in de long en bloed, en tussen bloed en interstitium;

2. het transport van O₂ en CO₂ met het circulerende bloed;

3. de ventilatie van de alveolaire ruimte ter verversing van de lucht in de longen.

Bij gassen in contact met een vloeistof, zoals de longenlucht met het bloed in de longcapillairen, is bij het bereiken van een evenwicht tussen beide de partiële gasspanning in de vloeistof gelijk aan die in de gasfase.

Wet van Boyle zegt dat voor een gas in een afgesloten ruimte het product van druk en volume constant is, mits de temperatuur gelijk blijft (PV = C, waarin P de druk in kPa en V het volume in liters voorstelt).

Wet van Gay-Lussac zegt dat bij temperatuurverhoging van een gas met een constant volume de druk evenredig stijgt met de temperatuur, of, als de druk gelijk wordt gehouden, het volume evenredig met de temperatuur toeneemt.

Wet van Henry zegt dat de concentratie van gasmoleculen in een vloeistof recht evenredig is met de druk van dat gas boven de vloeistof (C = αP, waarbij C de concentratie van de gasmoleculen in de vloeistof, P de (partiële) gasdruk in kPa en α de oplosbaarheidscoëfficiënt van het betreffende gas in de vloeistof voorstelt.

In een gasmengsel zoals lucht, waarin verschillende gassen in een bepaald percentage van het totale volume voorkomen, neemt ook elk van deze gassen datzelfde percentage van de totale druk (partiële spanning) voor zijn rekening.

De oplosbaarheidscoëfficiënt α is van zuurstof tweemaal zo groot als die van stikstof. Het is van belang hier op te maken dat de α van CO₂ ongeveer 25 keer zo groot is als van O₂.

Gassen diffunderen – eventueel door een membraan – van de gasfase naar de vloeistoffase, of omgekeerd, zolang er verschillen in partiële spanningen tussen de beide fasen bestaan. De hoeveelheid van een gas die per tijdseenheid door een membraan wordt verplaatst, is afhankelijk van het druk- of concentratieverschil, de grootte van het uitwisselingsoppervlak, de doorgankelijkheid van de membraan en de afstand waarover het moleculentransport plaatsvindt. Dit is uitgedrukt in de Wet van Fick.

Gasuitwisseling tussen alveolaire lucht en bloed en tussen bloed en weefselvloeistof

De uitwisseling van zuurstof en kooldioxide tussen enerzijds de alveolaire lucht – de lucht in de longblaasjes, meestal kortweg longenlucht genoemd – en bloed, tussen bloed en weefselvloeistof, is een passief proces en berust op partiële spanningsverschillen tussen de compartimenten. Er is een drukgradiënt. Door het gebruik van zuurstof door de cellen zal er ook een drukgradiënt tussen bloed en weefselvloeistof optreden, waarvan de grootte afhankelijk is van de mate van zuurstofconsumptie door het betreffende weefsel.

Omgekeerd zal er door het vrijkomen van CO₂ in de weefsels een drukgradiënt voor kooldioxide bestaan tussen weefselvloeistof en het aangevoerde bloed. CO₂ zal dus naar het bloed diffunderen. Tussen het bloed dat de longen bereikt en de alveolaire lucht bestaat eenzelfde drukverschil, waardoor CO₂ van het bloed naar de alveolaire ruimte diffundeert. Hier beweegt ondanks een veel kleiner drukverschil kooldioxide zelfs sneller dan zuurstof, zodat voor CO₂ eerder een evenwicht zal zijn bereikt tussen bloed en alveolair gas dan voor zuurstof.

Op de bekledende cellen van de alveolus liggen hier en daar macrofagen. Ze kunnen zich vrijelijk tussen de alveolus en het interstitium bewegen en beschermen door fagocytose de longen tegen stofdeeltjes en bacteriën. Voorts zorgen ze voor de afbraak van een teveel aan surfactans.

Een voldoende groot transport van zuurstof naar de weefsels is mogelijk dankzij hemoglobine. De aanwezigheid van Hb zorgt ervoor dat het arteriële bloed ongeveer 200 ml O₂ per liter kan bevatten.

Het zuurstofgehalte van bloed wordt aangegeven in volumeprocenten (vol.%); dit is het aantal ml O₂ per 100 ml bloed. Arterieel bloed bevat dus circa 20 vol.% O₂. Zonder Hb zou zeer snel een evenwicht tussen de zuurstofspanning in de alveolaire ruimte (Pao2) en die in de longcapillairen zijn bereikt, waardoor de diffusie zou stagneren. Doordat de in het bloed opgenomen zuurstof onmiddellijk door Hb wordt gebonden, zal de PO₂ slechts weinig stijgen en blijft er een drukgradiënt bestaan totdat de Hb met zuurstof is verzadigd.

Naast veneuze bijmenging draagt ook de afvoer van bloed uit de kransaders van het hart via kleine, zogenoemde Thebesiaanse venen, bij aan het alveolair-arteriële zuurstofspanningsverschil P(A-a)o2.

Zodra de PO₂ in het capillaire bloed daalt, laat de Hb onmiddellijk zuurstof los die dan van de gebonden in de opgeloste toestand overgaat. Daardoor blijft er een spanningsgradiënt voor zuurstof bestaan en kan de diffusie voortgaan totdat het bloed het capillair heeft verlaten.

In het verloop van een weefselcapillair daalt de PO₂ in het bloedplasma door de zuurstofafgifte aan de cellen. Aan het einde van het capillair wordt de PO₂ van het bloedplasma bepaald door de hoeveelheid O₂ die aan het bloed is onttrokken, dat wil zeggen door de O₂-consumptie van het betreffende weefsel. De PO₂ buiten het capillair is lager dan binnen het capillair, terwijl zowel binnen als buiten het capillair de PO₂ in de richting van de bloedstroom afneemt.

Het verloop van de drukgradiënt voor CO₂ over het capillair: ondanks een veel kleinere drukgradiënt is er een snelle uitwisseling tussen weefselvloeistof en bloed, evenals tussen bloed en longenlucht. Dat is het gevolg van de grote permeabiliteit van de wanden van de alveolen en de capillairen voor CO₂, van de grote oplosbaarheid van CO₂ in water en van de binding aan H₂O tot HCO₃ . Hierdoor komt de CO₂-uitscheiding onder normale omstandigheden nooit in gevaar.

De diffusiecapaciteit van de longen voor CO is het volume koolmonoxide in ml dat per minuut en per mm Hg partiële spanning van de alveoli naar het bloed diffundeert. De referentiewaarde in rust bedraagt 25 ml CO/min/mmHg. Bij lichamelijke inspanning kan deze waarde twee à driemaal zo groot worden, voornamelijk als gevolg van een versterkte doorbloeding van de longen.

Een diffusiestoornis ontstaat meestal door een afname van het gasuitwisselingsoppervlak als gevolg van verval van longweefsel (longemfyseem), door een verminderd O₂-spanningsverschil over de membraan, en/of door een verminderde equilibratietijd als gevolg van een versnelde bloedstroom in de longcapillairen. In deze gevallen is het effect op de uitwisseling van de slecht diffunderende O₂ ernstiger dan op die van de CO₂, zodat wel een daling van de arteriële PO₂ optreedt, maar geen stijging van de arteriële PCO₂. Integendeel, de verlaagde arteriële PO₂ zal tot een compensatoire toename leiden, waardoor meer CO₂ wordt uitgewassen en de PaCO₂ lager kan zijn dan normaal.

Hypoxemie veroorzaakt door alleen een diffusiestoornis is zeldzaam (bijvoorbeeld interstitieel oedeem, uitgebreide pneumonie) en zal dan vooral ontstaan tijdens de lichamelijke inspanning. De lage PaCO₂ kan gemakkelijk worden gecorrigeerd door toediening van zuurstof.

Transport van zuurstof door het bloed

Binding van zuurstof aan Hb is afhankelijk van de PO₂ in het bloedplasma. Bij de in de longen heersende PO₂, waarmee de PO₂ van het bloedplasma in evenwicht komt, kan hemoglobine zo snel en zoveel zuurstof binden dat het bloed dat de longcapillairen verlaat circa 97% van de maximaal mogelijke hoeveelheid bevat.

Wij noemen dit de O₂-verzadiging (SO₂). Een SO₂ van 100% wordt pas bereikt bij een PO₂ van 40 kPa (300 mmHg). Bij de lage PO₂ die in de weefsels heerst, laat de hemoglobine de zuurstof weer makkelijk los.

Hemoglobine (Hb) is een betrekkelijk klein eiwitmolecuul dat is opgeborgen in de rode bloedlichaampjes, de erythrocyten. Het bestaat uit vier subeenheden en elke eenheid bestaat uit een globinedeel waaraan een niet-eiwitdeel is gebonden, het haem, dat is ingevouwen in het globinedeel. Het haem geeft de rode kleur aan het Hb. Het bestaat uit een complex van protoporfyrine met een tweewaardig ijzeratoom in het centrum. Zuurstof kan zich losjes binden aan dit ijzeratoom, waardoor een complexe verbinding (Hb-O₂) ontstaat. Dit is geen gewone oxidatie in chemische zin, omdat er geen elektronenoverdracht plaatsvindt; men spreekt daarom van oxygenatie. Hemoglobine (Hb) gaat hierbij over in oxyhemoglobine (HbO₂). Elk van de vier subeenheden kan zo één molecuul O₂ binden. De affiniteit voor O₂ van de vier haemgroepen is afhankelijk van de ruimtelijke configuratie van het Hb-molecuul. Men onderscheidt een gespannen en een ontspannen molecuulvorm van Hb. Zonder zuurstof is de meeste Hb in de gespannen toestand. Door aankoppeling van het eerste O₂-molecuul gaat de structuur massaal over naar de ontspannen vorm, waardoor de binding van de volgende twee moleculen aanzienlijk gemakkelijker plaatsvindt. Het laatste O₂-molecuul bindt zich weer minder makkelijk. Dit verklaart de S-vorm van de O₂-bindingskromme van het bloed.

De bijzondere bindingseigenschappen van hemoglobine komen tot uiting in de S-vormige O₂-bindingskromme, ook aangeduid als HbO₂-dissociatiecurve. Hierin is de O₂-verzadiging (SO₂) in procenten uitgezet tegen de O₂-spanning (PO₂) in kPa (mmHg). Bij de druk die in de longen heerst (meestal boven de 10 kPa), is de hemoglobine voor meer dan 90% aan zuurstof verzadigd.

In het arteriële bloed is een ruime reserve aan gebonden zuurstof aanwezig. Bij lichamelijke inspanning kan deze reserve worden aangesproken als de zuurstofspanning in het spierweefsel sterk daalt.

De loslating van O₂ door hemoglobine wordt versneld en versterkt door veranderingen in het interne milieu als gevolg van een toegenomen stofwisseling in actieve weefsels, in het bijzonder door:

• een stijging van de PSO₂;

• een daling van de pH;

• een stijging van de temperatuur.

Alle drie factoren hebben een verschuiving van de dissociatiecurve naar rechts tot gevolg. Dit betekent dat bij eenzelfde PO₂ minder zuurstof gebonden kan zijn.

Bohr-effect: als de affiniteit van Hb voor O₂ afneemt;

Omgekeerd Bohr-effect: bij een daling van de H⁺ concentratie door afgifte van CO₂ neemt de affiniteit van Hb voor O₂ weer toe.

Er is een statische factor die de affiniteit van Hb voor O₂ bepaalt, namelijk het in de erythrocyt aanwezige 2,3-difosfoglyceraat (2,3-DPG), een bijproduct van de glycolyse in de erythrocyt. Het bevordert de O₂-loslating uit Hb.

Hemoglobine van foetaal bloed blijkt minder affiniteit te hebben voor 2,3-DPG. Het foetale bloed kan daardoor bij dezelfde PO₂ meer zuurstof binden.

Myoglobine schept een zuurstofreservoir in de spier. Bij contractie neemt het zuurstofverbruik van de spieren sterk toe. Zijn spieren echter langdurig in contractie, zoals dat vooral bij huodingsmusculatuur voorkomt, dan wordt de doorbloeding van de capillairen daardoor gehinderd en komt de zuurstofaanvoer naar de spiervezels in gevaar. De PO₂ in de spiervezels kan dan tot zeer lage waarden dalen. De spiervezels bevatten echter de aan hemoglobine verwante myoglobine, die net als hemoglobine zuurstof kan binden. Myoglobine bestaat uit slechts één eiwitketen met één haemgroep, waardoor één molecuul Mb slechts één molecuul O₂ kan binden.

Oxymyoglobine, dat vooral in rode spiercellen aanwezig is, laat, wanneer de doorbloeding van de spier stagneert, de zuurstof pas bij een zeer lage intracellulaire PO₂ los.

Transport van kooldioxide door het bloed

Kooldioxide, dat bij de verbrandingsprocessen in de cellen vrijkomt, diffundeert gemakkelijk door biologische membranen en kan zich dus snel naar het bloed verplaatsen. De oplosbaarheid van CO₂ in water, dus ook in bloedplasma, is twintigmaal groter dan van O₂. CO₂ is een zuurvormend oxide en gaat met H₂O over in H₂CO3 (koolzuur); dit is echter instabiel en valt onmiddellijk uiteen in H⁺ en HCO₃ . Dit gebeurt zowel in het bloedplasma als in de erythrocyt. In het plasma is deze omzetting zeer traag; in de erythrocyt wordt de reactie ongeveer duizend maal versneld onder invloed van het enzym koolzuuranhydrase.

Het bloedplasma vertoont een vrij constante zuurgraad, met een pH dicht rond de 7,4.

Doordat het bloed over verschillende buffersystemen beschikt, kan een sterke verandering van de pH worden voorkomen door meer of minder H⁺ ionen te binden. Falen deze systemen, dan ontstaan er wel afwijkingen in bloed-pH. Men spreekt van een acidose als de pH lager wordt dan 7,36 en van een alkalose als zuurgraad boven 7,45 uitkomt.

Voor het handhaven van de bloed-pH speelt kooldioxide een belangrijke rol; een verandering van de PCO₂ brengt onmiddellijk een verandering van de pH met zich mee. Daalt de pH van het bloedplasma door een ophoping van CO₂, dan noemt men dit een respiratoire acidose.

Is de pH-daling het gevolg van opgenomen of in de stofwisseling gevormde zuren, dan spreekt men van een metabole acidose. Zo bestaat er ook een respiratoire alkalose, wanneer teveel CO₂ (bijvoorbeeld door hyperventilatie) wordt afgegeven, en een metabole alkalose bij een sterk verlies van zuur, bijvoorbeeld door braken van maagsap.

De bufferwerking van CO₂:

CO₂ + H₂O H₂CO3 H⁺ + HCO₃ 

H⁺ ionen binden zich aan bepaalde aminozuren van de globine. Daardoor verandert de configuratie van het eiwitmolecuul, waardoor de affiniteit voor O₂ afneemt. Dit heeft de verschuiving van de O₂-bindingskromme naar rechts tot gevolg. De uitdrijving van zuurstof uit haar binding aan Hb door CO₂ – het Bohr-effect – gebeurt dus in feite door deze H⁺ buffering. In de longen, waar de CO₂ het bloed weer verlaat, verlopen alle bovengenoemde reacties omgekeerd, waardoor de CO₂-afgifte aan de alveoli de O₂-opname door de hemoglobine bevordert: omgekeerd Bohr-effect.

De Hb kan meer H⁺ binden naarmate HbO₂ meer dissocieert. De lage PO₂ in de weefsels werkt deze dissociatie in de hand. Het uittreden van O₂ uit het bloed bevordert de opname van CO₂ in het bloed door deze vergroting van de affiniteit voor H⁺ ionen. Dit is het omgekeerde van wat zich in de longen afspeelt. Daar wordt door de hoge zuurstofspanning HbO₂ gevormd en via het vrijkomen van H⁺ ionen wordt CO₂ uit zijn binding vrijgemaakt. In de longen drijft zuurstof het kooldioxide dus uit het bloed. Dit is het Haldane-effect.

Omgekeerd Haldane-effect: doordat de H⁺ ionen, die uit de binding van CO₂ aan water vrijkomen, binnen de erythrocyt worden gebufferd, wordt een verzuring van het bloedplasma als gevolg van de CO₂-belasting voorkomen. Hemoglobine is daardoor de sterkste pH-buffer in het bloed.

CO₂ bindt zich aan eiwitten onder vorming van plasmacarbaminaten en carbaminohemoglobine. CO₂ wordt voor 8% vrij opgelost, voor 70% als HCO₃  en voor 22% als carbaminohemoglobine door het bloed vervoerd.

Na langere tijd in een omgeving met hoge druk te hebben verbleven (duikers), kan het problemen opleveren wanneer men plotseling in een omgeving met normale atmosferische druk terechtkomt. De stikstof, die onder hoge druk in bloed en weefsels is opgelost, komt door de plotselinge drukdaling vrij uit zijn oplossing, waardoor gasbelletjes ontstaan. In het bloed kunnen deze de capillaire bloedvaatjes verstoppen (microaëro-embolie), in cellen en weefsels kunnen ze kleine beschadigingen en functiestoornissen veroorzaken, zoals verlammingen ten gevolge van stoornissen in de functie van zenuwcellen (caisson- of decompressieziekte). De enige therapie is de patiënt weer snel onder hoge druk te brengen en daarna de druk geleidelijk te laten dalen, zodat de stikstof via het bloed en de longen gelegenheid krijgt het lichaam te verlaten.

De verversing van de longenlucht: de longventilatie

De alveolaire lucht moet steeds worden ververst; dit heet longventilatie. Dit vindt in feite plaats doordat bij elke inademing het volume van de long wordt vergroot, zodat een hoeveelheid buitenlucht aan de longenlucht kan worden toegevoegd. De buitenlucht wordt gemengd met de lucht die al in de longen aanwezig was. Tijdens de uitademing wordt door verkleining van de long een vrijwel gelijke hoeveelheid lucht uitgeademd. Men noemt dit de uitwendige ademhaling, die staat tegenover de inwendige ademhaling in de weefsels. Bij rustige ademhaling is de inspiratie een actief en de expiratie een passief proces.

De inspiratie komt als volgt tot stand: door contractie van de inademingsspieren wordt de thoraxholte actief vergroot. De longen volgen deze bewegingen passief, waardoor de inhoud van de longen toeneemt, en de druk in de longen daalt. Als gevolg daarvan stroomt buitenlucht naar binnen, die zich vervolgens vermengt met de lucht in de alveolaire ruimte.

De relaxatie van de inspiratiespieren leidt tot een passieve verkleining van de thoraxholte als gevolg van elastische krachten die tijdens de inspiratie in de buikwand en het longweefsel zijn opgebouwd. Door de borstholteverkleining neemt de druk in de longen toe, waardoor de longenlucht naar buiten stroomt. Dit is de expiratie.

De luchtwegen vormen de verbinding tussen de alveolaire ruimte en de buitenlucht. Men onderscheidt de bovenste luchtwegen, bestaande uit neusholte en keelholte tot en met het strottenhoofd, en de onderste luchtwegen, die de trachea en zijn vertakkingen, de bronchiën, bronchioli en bronchioli respiratorii omvatten, dikwijls kortweg de bronchiale boom genoemd.

De neusschelpen (conchae nasales) vergroten het oppervlak en veroorzaken turbulenties in de luchtstroom, hetgeen een intensief contact van de inademingslucht met het slijmvliesepitheel mogelijk maakt. Grove stofdeeltjes worden gedeeltelijk door de neusharen tegengehouden. Kleinere stofdeeltjes en ook bacteriën blijven aan het slijm kleven dat door kliercellen in het epitheel wordt gevormd.

De relatief droge en koude inademingslucht wordt tijdens de passage door de conchae door het rijkelijk doorbloede slijmvlies bevochtigd en verwarmd.

Bij een normale ademhaling in rust is de mond dicht en is de toegang tot de slokdarm afgesloten door de bovenste slokdarmsfincter, terwijl de epiglottis in zijn ruststand de ingang van de larynx open laat. Tijdens het slikken wordt de luchtweg tijdelijk geblokkeerd doordat achtereenvolgens het zachte gehemelte wordt opgetrokken dat daardoor de neusholte afsluit, de stemspleet wordt gesloten en het strottenhoofd omhooggetrokken.

De zuivering van de inademingslucht zet zich voort in de onderste luchtwegen. Verontreiniging van de inademinslucht, bijvoorbeeld sigarettenrook, remt de trilhaarbewegingen, waardoor het transport wordt belemmerd.

Het bronchusslijmvlies raakt daardoor geïrriteerd hetgeen de slijmproductie doet toenemen en de hoestreflex opwekt (rokershoest). De kans op luchtwegontstekingen (bronchitis) neemt daardoor toe.

De luchtstroom ondervindt de grootste weerstand in de middelgrote bronchiën: Naarmate de luchtwegen zich verder vertakken, wordt het stroombed (de oppervlakte van de totale doorsnede) steeds wijder en neemt de stroomsnelheid van de lucht steeds verder af.

Door de sterke vergroting van de totale doorsnede van de bronchiale boom naar de periferie toe, is ter hoogte van de 16^e generatie de luchtstroomsnelheid reeds dermate laag dat de verversing van de alveolaire lucht meer door diffusie, dan door stroming en menging (convectie) plaatsvindt, omdat de eerstgenoemde wijze van luchtverplaatsing sneller is dan de tweede. In volgende generaties neemt de totale doorsnede van de bronchiale boom nog verder toe en neemt de diameter van de buisjes steeds verder af. Daardoor wordt het oppervlak waarmee de lucht in aanraking komt steeds groter.

De gezamenlijke ruimte van de bronchioli respiratorii en de alveoli noemt men de respiartoire zone of het diffusiecompartiment. In rust heeft het gladde spierweefsel van de trachea en bronchiën een zekere tonus, die bij overgang naar lichamelijke inspanning afneemt door orthosympathische prikkeling van β₂-receptoren, waardoor de luchtweg wijder wordt.

De adembewegingen hebben een bepaalde diepte, het ademvolume, Vt, en een bepaalde frequentie, f, het aantal in- en uitademingen per minuut. In rust is de ademfrequentie bij een volwassen mens 12 tot 15 per minuut; het ademvolume, afhankelijk van de lichaamsgrootte en ook van de lichamelijke getraindheid, 450 tot 600 ml per ademteug. Bij een ademfrequentie f = 12 en een ademvolume Vt = 500 ml zal per minuut f x Vt = 6000 ml lucht worden verplaatst. Dit is het ademminuutvolume (V). Bij lichamelijke inspanning neemt eerst de ademdiepte en vervolgens de frequentie toe. Beide hebben een grote reserve.

In de luchtwegen vindt tot aan de bronchioli respiratorii geen gasuitwisseling met het bloed plaats. Men noemt dit traject de anatomische dode ruimte. Na een uitademing zijn de luchtwegen – de dode ruimte – al met lucht gevuld. Bij de hierop volgende inademing keert eerst de (alveolaire) lucht uit de dode ruimte in het diffusiecompartiment terug. Daarna volgt pas de buitenlucht, waarbij aan het einde van de inademing de dode ruimte met buitenlucht gevuld blijft. De werkelijke verversing van de alveolaire lucht, de alveolaire ventilatie, kan men berekenen als de inhoud van de dode ruimte (Vd) bekend is. Normaliter is die bij een man ongeveer 150 ml.

Hoe groter het ademvolume, des te geringer is het percentage alveolaire lucht dat met de inademing mee terugkomt. Omgekeerd zal een oppervlakkige ademhaling voornamelijk de dode ruimte ventileren.

Behalve het meten van ademvolume, ademfrequentie en vitale capaciteit kan met de spirometer bij het longfunctieonderzoek nog meer belangrijke gegevens verkregen worden: het FEV1, maximale vrijwillige ventilatie (MVV30) en met een pneumotachograaf kan de stroomsterkte gedurende in- en expiratie worden vastgesteld.

Tot de chronisch obstructieve longaandoeningen rekent men de aandoeningen waarbij de luchtwegweerstand abnormaal hoog is. Dat kan zowel een inspiratoire als een expiratoire belemmering zijn. Bronchitis en astma behoren tot deze longziekten. Bij astma bestaat er een hyperreactiviteit voor bepaalde stoffen die een vernauwing van de luchtwegen veroorzaken. De ernst van een dergelijke vernauwing kan men vaststellen door meting van de zogenaamde expiratoire éénsecondewaarde, de FEV1. Bij aandoeningen van de trachea zal ook de inspiratie belemmerd zijn. Men stelt dit vast aan de hand van de inspiratoire éénsecondewaarde, de FIV1. Bij flinke lichamelijke inspanning neemt eerst het ademvolume toe, waarna de ademfrequentie tot ongeveer 30/min. stijgt. Bij een luchtwegobstructie heeft het daarom zin na te gaan welk ademminuutvolume bij een dergelijke frequentie nog gehaald kan worden (maximale vrijwillige ventilatie = MVV30).

De procentuele verversing van de alveolaire lucht is mede afhankelijk van de FRC.

In staande of zittende houding is, onder invloed van de zwaartekracht, de doorstroming (perfusie) van de onderste longdelen aanzienlijk groter dan in de longtoppen. De ventilatie is in de longtoppen ook geringer dan in de onderste longgedeelten, maar de verschillen in de perfusie zijn groter dan voor de ventilatie. De regionale verschillen in de ventilatie-perfusieverhouding verdwijnen niet alleen in liggende houding, maar ook bij inspanning. In het laatste geval stijgt de druk in de longcirculatie voldoende om de gehele long te doorstromen, terwijl bovendien de longen sterker worden ontplooid. Er is overventilatie in de longtoppen en onderventilatie in de longbasis.

Wanneer bepaalde longdelen wel worden geventileerd, maar niet worden doorbloed, vergroten de alveoli in dit gebied in feite de dode ruimte. Dit is het geval in de longtoppen wanneer men rustig zit. De anatomische dode ruimte plus de wel geventileerde, maar niet geperfundeerde longdelen vormen samen de fysiologische dode ruimte. Deze ruimte is dus groter dan de anatomische dode ruimte, tenzij alle delen van de longen volledig worden doorstroomd.

Het mechanisme van de longventilatie

Er bestaan twee elkaar tegenwerkende veersystemen, de longveer en de thoraxveer. Beide veersystemen zijn met elkaar verbonden door twee vliezen, de pleura pulmonalis (= visceralis) die de buitencontour van de long precies volgt, en de pleura parietalis, die de binnenkant van de thoraxholte bekleedt. Tussen de beide pleurae is een functionele verbinding aanwezig, die bestaat uit een dun vochtlaagje. Door de Vanderwaalskrachten worden de twee pleurabladen aan elkaar gekoppeld.

Dit gaat echter alleen op wanneer er geen lucht tussen de pleurabladen komt. Laat men lucht toe tussen de longen en borstwand, klapt de long samen en veert de thoraxwand naar buiten, naar zijn eigenlijke ruststand. Gebeurt dit door een trauma van de borstwand, of door een scheurtje in de pleura pulmonalis, dan spreken we van een pneumothorax.

De retractiekracht van de longen bestaat uit twee compartimenten, namelijk de kracht als gevolg van de spanning in het elastische bindweefsel van de longen en de oppervlaktespanning in de longblaasjes.

Surfactans = oppervlaktespanningsverlagende stof. Het betreft voornamelijk lecithinemoleculen die door de type-2-pneumocyten in de alveolenwand worden afgescheiden. Door hun veel geringere aantrekkingskracht ten opzichte van elkaar worden de lecithinemoleculen door de watermoleculen naar het grensvlak water/lucht gedreven. Het gevolg is dat het aantal oppervlakkig gelegen watermoleculen, en daarmee de oppervlaktespanning, afneemt.

In de borstholte heerst een subatmosferische druk. Het verschil van de subatmosferische interpleurale druk, of intrathoracale druk, met de druk in de buitenlucht noemt men de “negatieve thoraxdruk”. Deze druk is ongeveer -0,6 kPa (6 cmH₂O). Hoe dieper men inademt, des te groter wordt het drukverschil tussen buik- en borstholte. Dit speelt een rol bij de veneuze terugvloed van het bloed in de romp.

Bij een pathologisch verhoogd eiwitgehalte van het pleuravocht, of bij een pathologisch verhoogde hydrostatische druk in de longcapillairen kan een ophoping hiervan ontstaan. De meest voorkomende oorzaken zijn:

• een falen van de functie van de linker hartkamer (decompensatio cordis)

• ontstekingen (pleuritis)

• een sterk verlaagd eiwitgehalte van het bloed (hypoalbuminemie)

Een trauma of een vaatruptuur als complicatie bij een pneumothorax met pleuraverklevingen kan aanleiding zijn tot bloedophoping in de pleuraholte (haematothorax).

De statische druk-volumecurve (P/V-curve) beschrijft de elastische eigenschap van het longweefsel.Deze vormt in het bereik van de normale ademhaling een vrijwel rechte lijn. Dat wil zeggen dat de verhouding dP/dV vrijwel constant is. Deze verhouding wordt aangeduid als compliantie van de longen. De compliantie is de omgekeerde waarde van de elasticiteit.

De dynamische P/V curve volgt een lus. De extra tegenkracht die door de lus ontstaat, is uit drie verschillende componenten samengesteld:

1. de stromingsweerstand

2. de visceuze weerstand

3. hysterese

Door de stromingsweerstand treedt een drukverschil op tussen atmosferische druk en alveolaire druk, en hoe groter de weerstand, des te groter dit drukverschil. Zelfs als de transmurale druk niet zou veranderen, zou dit een daling van de interpleurale druk tot gevolg hebben omdat in het algemeen geldt dat de druk in de interpleurale spleet wordt bepaald door de alveolaire druk, verminderd door de retractiedruk van de long.

Hysterese = dit is een tegenkracht die na verloop van tijd verdwijnt doordat weefsel zich aanpast; dit kan zowel een elastische als een niet-elastische weerstandscomponent zijn.

Bij longfibrose is het longweefsel abnormaal stijf en is de kracht die nodig is om een volumeverandering te verkrijgen, abnormaal groot. De statische P/V-curve komt dus zeer vlak te liggen. De compliantie kan dan abnormaal laag zijn. Bij longemfyseem zonder pathologisch verhoogde luchtwegweerstand, waarbij veel longparenchym verloren is gegaan, is de curve zeer steil. De compliantie is nu zeer hoog.

De ademarbeid is het product van druk en volume.

Het punt waar de transmurale druk 0 wordt, noemt men het equal pressure point (EPP). Hoe dichter dit punt bij de alveoli ligt, des te sterker is het belemmerende effect omdat de luchtwegen dan over een groot deel van hun lengte worden samengedrukt en daardoor veel weerstand bieden tegen uitademing.

Naast astma en bronchitis, twee aandoeningen die een alveolaire drukverhoging veroorzaken doordat de weerstand in de kleine luchtwegen is toegenomen, kan ook verlies van longelasticiteit daartoe leiden, zoals bij emfyseem het geval is. Dit gebeurt zeker als deze drukverhoging gecombineerd met bronchitis voorkomt, zoals bij rokers vaak het geval is. Door de verminderde retractiedruk van de longen is de kracht waarmee de bronchiën worden opengehouden veel geringer, zodat een kleine stijging van de alveolaire druk al genoeg is om ergens in het verloop van de luchtweg het equal pressure point te bereiken.

Bij inademing vergroot het diafragma de borstholte in verticale richting. Het middenrif neemt bij een normale ademhaling ongeveer 70% van de inspiratie voor zijn rekening. Als de middenriffunctie duidelijk overweegt, spreekt men van middenrifademhaling of buikademhaling. Bij gevorderde zwangerschap en bij sterke adipositas is de middenrifademhaling bemoeilijkt.

Het heffen van de ribben vergroot de borstholte in zijwaartse en voor-achterwaartse richting. Aan de vergroting van de borstholte door de heffing van de ribben leveren in principe al die spieren een bijdrage die van de halswervelkolom en van de schedel naar de thorax lopen. Bij een intensieve longventilatie, zoals bij zware lichamelijke inspanning, komen ook andere thoraxheffers in actie, waaronder de mm. sternocleidomastoidei en de mm. serrati. Ze worden wel auciliaire of hulpademhalingsspieren genoemd.

Het diafragma heeft geen spierspoeltjes en γ-innervatie. Het bestaat uit kleinere en grotere motoreenheden geïnnerveerd door α-motorische neuronen van de n. phrenicus, afkomstig uit C3-C5. De intercostale spieren worden geïnnerveerd door α-motorische neuronen van de spinale zenuwen Th1-Th12.

Regulering van de ademhaling

De regeling van de ademhaling is een combinatie van intrinsieke neuronale en reflexactiviteit. Voor de innervatie van het diafragma liggen de voorhoorncellen van de α-motorische neuronen op het niveau van C3-5. Hier ontspringt de n. phrenicus die door het mediastinum naar de onderzijde van de thorax afdaalt. Na een dwarslaesie van het ruggenmerg op laag cervicaal niveau valt wel de activiteit van de intercostale musculatuur uit, maar niet die van het middenrif en de vanuit hoog cervicaal geïnnerveerde auxiliaire ademhalingsmusculatuur.

De motorische voorhoorncellen van de ademhalingsspieren ontvangen hun impulsen voornamelijk via de tractus reticulospinalis afkomstig uit de formatio reticularis van de medulla oblongata. Dit netwerk wordt ook wel het ademcentrum genoemd. Door de zeer verspreide ligging in de formatio reticularis is het beter te spreken van respiratoir actieve neuronen.

Er kunnen twee soorten groepen reflexen worden onderscheiden, namelijk reflexen die de ademhaling versterken en reflexen die de inspiratie juist tegengaan en aanzetten tot expiratie.

Er zijn twee groepen sensoren: centrale sensoren die gelokaliseerd zijn aan de ventrale zijde van de medulla oblongata, en perifere sensoren die zich in kleine lichaampjes of glomera bevinden, die vlak naast enkele grote arteriën liggen.

De centrale sensoren tasten de pH en de PCO₂ van de extracellulaire vloeistof in de medulla af, die in rechtstreeks contact staat met de liquor cerebrospinalis. De gasspanningen in de ECF worden voortdurend in evenwicht gehouden met die in het arteriële bloed. De perifere sensoren in de glomera tasten dezelfde parameters af als de centrale sensoren; ze zijn bovendien gevoelig voor de PO₂. De centrale sensoren leveren ongeveer 75% van de chemical drive, de perifere 25%.

De belangrijkste inspiratieremmende reflexen komen tot stand via afferenten die met de n. vagus de medulla oblongata bereiken. Binnen het geregelde systeem speelt zich een belangrijke autoregulatie af op het niveau van de kleine bronchi en de arteriolen, die een ongelijkmatige verdeling van ventilatie en perfusie over verschillende longdelen tegengaat. De alveolaire PCO₂ heeft invloed op de wijdte van de toevoerende middelgrote bronchi. Gaat de PaCO₂ omhoog, zoals bij hypoventilatie het geval is, dan veroorzaakt dit een verwijding van de luchtwegen (bronchodilatatie).

Ook de alveolaire PO₂ heeft een regelende functie, maar nu op het niveau van de longarteriolen. Een daling van de PaO₂ veroorzaakt een vernauwing van het vat (vasoconstrictie), zodat een overperfusie wordt tegengegaan.

Centrale chemosensoren informeren het ademcentrum over de PCO₂ en pH van het arteriële bloed. De centrale chemosensoren hebben een betrekkelijk lange latentietijd.

Blokkeert men namelijk de perifere sensoren en laat men een mengsel van lucht met 3% CO₂ inademen, dan begint de ventilatie pas na 25 à 30 seconden geleidelijk toe te nemen. Deze lange latentietijd hangt samen met de betrekkelijk grote afstand tussen longen en de centrale sensoren en met het bereiken van een evenwichtstoestand in de liquor cerebrospinalis. Belangrijk is op te merken dat de centrale chemosensoren ongevoelig zijn voor veranderingen in de arteriële zuurstofspanning.

Perifere en arteriële chemosensoren geven een vooruitmelding van een op handen zijnde verstoring in de homeostase. De perifere sensoren zijn evenals de centrale sensoren gevoelig voor veranderingen in de PCO₂ en pH. Ze blijken echter ook gevoelig te zijn voor veranderingen in de PO₂. Een stijging van de PCO₂, een daling van de pH en een daling van de PO₂ verhogen de ontladingsfrequentie van de sensoren, hetgeen een toename van de longventilatie tot gevolg heeft. De gevoeligheid voor CO₂ blijkt te berusten op een gevoeligheid voor de H⁺ ionen, waarvan de concentratie afhankelijk is van de PCO₂. De gevoeligheid voor hypoxie berust vermoedelijk op de overgang naar anaërobe stofwisseling van de glomuscellen, waarbij melkzuur vrijkomt.

In lichamelijke rust wordt de longventilatie voornamelijk gestuurd door de PaCO₂. Wanneer de ademhaling achterblijft bij de behoefte van de stofwisseling, spreken we van hypoventilatie. Er treedt dan een stijging op van de kooldioxidespanning in het arteriële bloed en een daling van de zuurstofspanning.

De ventilatie is onderhevig aan verschillende niet-respiratoire reflexen:

• de slikreflex: bij het slikken wordt de ademhaling reflexmatig onderbroken;

• de hoestreflex: prikkeling van het slijmvlies van de trachea en bronchiën veroorzaakt hoesten;

• de niesreflex: bij het niezen doet zich een soortgelijk verschijnsel voor als bij het hoesten, nu echter door prikkeling van het neusslijmvlies.

Naast deze beschermende reflexen kennen wij enkele reflexmatig optredende verschijnselen waarvan de betekenis niet geheel duidelijk is:

• zuchten

• geeuwen of gapen

• koudereflex

Een reflex die een zinvolle betekenis heeft voor de ademhalingsregulatie is de mechanosensorenreflex uit de spieren. Prikkeling van mechanosensoren bij het bewegen blijkt een aantoonbare toename van de ademhaling te veroorzaken, ook wanneer de bewegingen passief worden opgelegd. Dit levert een bijdrage aan de noodzakelijke toename van de longventilatie bij lichamelijke inspanning.

Het hyperventilatiesyndroom

Dit syndroom wordt gekenmerkt door een verdiepte en versnelde ademhaling die zich aan de chemische regeling onttrekt. Meestal zijn er psychogene factoren in het spel, zoals angst, die waarschijnlijk vanuit het limbische systeem via de hypothalamus deze ontregeling veroorzaken. Hyperventilatie moet dan worden gezien als een uit de hand gelopen onderdeel van een algemene verdedigingsactie bij bedreiging van het organisme (hartversnelling, bloeddrukstijging, zweetsecretie etc.).

De sterke hyperventilatie leidt door een overvloedige uitwassing van CO₂ tot een respiratoire alkalose. Deze gaat gepaard met een reeks verschijnselen, zoals:

• tintelingen in handen en voeten;

• een beklemd gevoel en pijn op de borst;

• duizeligheid;

• overmatig transpireren.

Deze verschijnselen vergroten vaak de angst, waardoor de hyperventilatie wordt bevorderd. De hyperventilatie kan zo intensief zijn dat de patiënt in coma raakt.

Slaapapnoe

Het komt regelmatig voor dat tijdens de slaap de ademhaling kortdurend stopt, zodat een periode van apnoe optreedt. Dit kan tot 2 minuten duren, voldoende om de persoon wakker te laten worden, waarna de ademhaling wel weer op gang komt. Zo’n apnoe kan zich vele malen per nacht herhalen, zo vaak dat overdag concentratiestoornissen en andere verschijnselen van chronisch slaapgebrek optreden. Men onderscheidt twee vormen van slaapapnoe:

1. obstructieve slaapapnoe

2. centrale slaapapnoe

De ademhaling kan op elk moment willekeurig worden beïnvloed. Dit is van belang bij het spreken, zingen, blazen etc.

Tijdens lichamelijke inspanning neemt het ademminuutvolume tot 55% van de maximale zuurstofopname lineair met de inspanning toe. Daarboven is de stijging sterker in verband met optredende anaërobe energievrijmaking.

De versterking van de ademhaling tijdens lichamelijke inspanning berust op prikkels uit het temperatuurregulerende centrum, uit de contraherende spieren en uit de motorische schors.

N. Voeding / Spijsvertering

Spijsvertering

Dit is het chemisch en het mechanisch verkleinen van het voedsel, zodat de resterende producten door de darmwand in het lichaam kunnen worden opgenomen.

Eiwitten moeten worden afgebroken tot aminozuren

Koolhydraten moeten verkleind worden tot monosachariden

Vetten tot monoglyceriden en vetzuren.

Speeksel, maagsap, pancreassap, darmsap bevatten fermenten voor de vertering van het voedsel.

De eiwit behoefte hangt slechts weinig af van lichamelijke inspanning.

Het lichaam heeft brandstoffen en bouwstoffen nodig. Brandstoffen zijn koolhydraten en vetten. En de bouwstoffen zijn eiwitten.

Lipiden zijn vetten en hebben verschillende functies:

• Energie opslag (onderhuidsvetweefsel)

• Drager van vitaminen → vetoplosbare vitaminen (A, D, E, K) kunnen slechts door de darmwand worden geresorbeerd als het voedsel vet bevat.

• Bouwstof: linolzuur → opbouw van mitochondrieën en bepaalde hersenstructuren.

• Warmte-isolator → vet: slechte warmtegeleider

• Steunweefsel → steun organen

• Onderdrukking van het hongergevoel → produceren van leptine: onderdrukt het hongergevoel in de hypothalamus.

Disachariden zijn koolhydraten.

• Sacharose → 1 molecuul glucose + 1 molecuul fructose

• Lactose → glucose + galactose

• Maltose → 2 moleculen glucose

Gluconeogenese = glucogeenvoorraad aanvullen met glucose

De functies van koolhydraten zijn:

• Energiebron → daling glucosegehalte dan gaat de functie van het zenuwstelsel omlaag.

• Basis voor vetzuursplitsing → overschot acetylcoA omgezet in ketonlichamen, verzuring kan leiden tot coma

• Eiwit sparing → afbraak eiwitten voorkomen bij voldoende koolhydraten.

Desaminering → de aminozuren afkomstig van eiwitten moeten eerst stokstofvrij worden gemaakt. Dit proces kost tijd en energie.

Cachexie → de extreme vermagering en de totale uitputten waar eiwittekort tot leidt. Als ook de bloedeiwitten noodgedwongen worden verbruikt treedt oedeem op, het hongeroedeem.

Hypothalamuscentra

Hypothalamus bevat een hongercentrum en een verzadigingscentrum.

Het hongercentrum is chronisch actief.

Het verzadigingscentrum is actief na voedselopname.

Er zijn zowel perifere als centrale bronnen van afferente impulsen voor de honger- en verzadigingscentra:

• Centraal gelegen

  • Sensoren voor glucoseconcentratie in het bloed → een te lage concentratie zorgt voor een hongergevoel

• Perifeer gelegen

  • Vetopslag in vetdepots. Door vetopslag wordt leptine afgegeven en dat bereikt de door bloed de hersenen. Leptine remt de voedingsopname

  • Vertering in maag-darmkanaal → naar mate de maag en de darm zich steeds meer vullen met eten neemt de behoefte af. In een lege maag heb je het hormoon ghreline dat zorgt voor een hongergevoel.

Het eiwit leptine remt de voedingsopname door een verminderde afgifte van het eetluststimulerende hormoon neuropeptide Y en het energieverbruik verhoogd door de orthosympatische invloed.

Allereerst komt het voedsel in de mond.

Functies van de mond:

• Gebit: vermalen van het eten

• Tast/smaak: keuren van voedsel

• Speeksel/slijm vermakkelijkt het transport

• Toevoeging koolhyraat- en vetsplitsende enzymen maakt het begin van de vertering mogelijk

• Continue speekselproductie spoelt de mond en houdt hem schoon

• Slikmechanisme

Dan komt het voedsel in het verteringskanaal.

Gastro-intestinale systeem = het uitwendige milieu.

Tractus Digestivus = het spijsverteringskanaal.

Spieren van de tr. Digestivus:

Mengen opgenomen voedsel met verteringssappen en verplaatsen het ene component naar het andere.

Complexe macronutriënten zijn voedingsstoffen die we binnen krijgen. Deze stoffen moeten worden omgezet naar enkelvoudige stoffen. Vervolgens vind er opname plaats vanuit de darm in het bloed.

De bouw van de dunne darm: vertering en resorptie

De bouw van de dikke darm: opvang en voorbereiding van de uitscheiding.

De tractus Digestivus heeft het vermogen om zich te kunnen bewegen, motiliteit → het voedseltransport door de verschillende componenten.

Contractie + relaxatie: Fasisch (sec.) → secondenwerk

Oepshagus, antrum maag, dunne darm

Contractie + relaxatie: Tonische (min/uren)

OES, prox. Maag, interne anala sfincter.

Als je een stuk voedsel inslikt dan start willekeurig, maar eenmaal gestart: een gecoördineerde onwillekeurige reflex.

Oesophagus zorgt voor het transport richting de maag door middel van de primaire peristaltische contracties (ook tegen de zwaartekracht in, want je kan wel gewoon op de kop staan zonder dat al het voedsel omhoog komt).

Nog voordat de peristaltische golf de onderste oesophagus sfincter bereikt, relaxeert deze en komt het stuk voedsel in de maag terecht. Vervolgens sluit de oesophagus weer.

Reflux van de maaginhoud (bijv. ’s nachts als je patat eet en ja gaat dan liggen, gaat het zuur maag inhoud iets terug maar wordt tegen gegaan door de secundaire peristaltische bewegingen). Dat is de rek van de onderste deel van de oesophagus.

Als de proximale deel van de maag relaxeert heb je: receptieve relaxatie.

In de maag kunnen relatief grote volumes worden opgeslagen met minimale stijging in intragastrale druk.

Als er voedsel in de maag zit geeft dat eveneens relaxatie. Dit proces verloopt via een vago-vagale reflex van de maag → hersenstam → maag.

De functies van de maag:

• Opslag van voedsel

• Menging voedsel met maagsappen: chymevorming

• Doorgeven van chyme aan het duodenum

De contracties ter lediging van de maag beginnen meestal in het midden van de maag (corpus) en gaan richting de pylorus.

Als de contractie de pylorus nadert gaat er enige maaginhoud naar het duodenum (= 12 vingerige darm)

Door de peristaltische golf neemt de richting van de pylorus in snelheid en kracht toe, zodanig dat hij op een gegeven moment sneller gaat dan de inhoudsverplaatsing.

Als de peristaltische golf de pylorus nadert, dan krijg je contractie van de pylorusspier en dan komt de meeste inhoud weer terug in de maag: retropulsie.

Hierdoor:

Krijg je goede menging van het maaginhoud met de maagsappen en reductie van de afmeting van vaste voedseldeeltjes.

Slow waves

Het is geen stabiel potentiaal maar wel een spontane ritmische fluctuerende membraanpotentiaal met cyclisch optredende depolarisaties en repolarisaties: slow waves.

Slow waves zijn snelle actiepotentiaals (spikes). Ze kunnen alleen optreden op plateaufase. En bepalen de timing van de contracties.

Slow waves worden mogelijk veroorzaakt door een langzame golfbeweging in de pompactiviteit van de Na/K-pompt.

Generalisatie van de peristaltische maagcontracties door de slow waves gebeuren alleen indien de plateaufase een bepaalde drempel overscheidt.

Slow waves kunnen worden afgeleid van verschillende plaatsen tussen de corpus en pylorus, maar ze hebben overal dezelfde frequentie, maar komen op verschillende plaatsen niet gelijktijdig voor.

Dunne darm

Hier wordt de spijsvertering voortgezet en terugresorptie van de verteringsproducten vindt plaats.

Motiliteit van de dunne darm:

• Goede menging voedsel/verteringssappen

• Contact voedseldeeltjes/darmmucosa

• Netto voortstuwing darminhoud naar caudaal.

De segmentale contracties (die mengen alles goed) zijn contracties op een bepaalde plaats zonder coördinatie van activiteit voor die plaats en achter die plaats → inhoud van zowel naar proximaal als naar distaal.

Relaxatie: inhoud weer ongeveer op de oorspronkelijke plaats maar er heeft menging plaatsgevonden (zie hierboven).

De slow waves veroorzaken zelf geen significante contracties in de dunne darm. Contracties worden veroorzaakt door snelle actie potentiaals gesuperponeerd op de plateaufase van de slow waves.

Voorwaarden voor het optreden van snelle AP’en zijn:

Het minder negatief worden van de plateaupotentiaal van de slow waves.

Excitatie door het ENS (enterale zenuwstelsel, is het stelsel van het maag darm zelf)

Het bewegingspatroon in de maag/dunne darm is na een maaltijd (postprandiaal) anders dan in de nuchtere toestand (interdigestief).

Postprandiaal: verplaatsing van de inhoud van de dunne darm langzaam naar distaal en resorptie. In de dunne darm vrij onregelmatige contracties.

Interdigestief: heb je al na 1 uur. De dunne darm is nagenoeg leeg. Restanten worden iedere 1,5 uur naar distaal vervoerd. Oorzaak IMMC (bezem maag/darm kanaal.

IMMC: bezem van het maag/darm kanaal.

Bewegingspatroon is een voortzetting van een patroon in de maag, 3 fasen:

• Fase 1: motorische stilte (geen activiteit)

• Fase 2: onregelmatige contracties

• Fase 3: regelmatige optredende intensieve contracties (iedere golf van basale ritmische activiteit (slow waves) gaat met een contractie gepaard.

Dikke darm

Colon = Is een opslagplaats waarin de voedselresten worden geprepareerd voor de uitscheiding.

Functies van de dikke darm:

• Wateronttrekking vindt plaats

• Opslag fecaal materiaal

• Productie van vitaminen.

In de dikke darm is de pH 8. Onder invloed van micro-organismen ondergaan de voedselresten allerlei omzettingen waarbij verschillende darmgassen vrijkomen.

Als de dikke darm in rust is is er slechts geringe activiteit.

Continentie is het ophouden van de ontlasting. Defecatie is het uitscheiden van de ontlasting.

De uitgang van de endeldarm wordt bewaakt door 2 sluitspieren:

De interne sfincter (parasympatische vezels)

En de externe sfincter (de alfa motorische vezels)

In rust als de anus gesloten is dan is de interne sfincter in contractie.

Bij de vulling neemt de druk in de rectum nauwelijks toe. Daarna bij toenemende druk gaat de interne sfincter ontspannen en de externe sfincter aanspannen (anus open).

Segmentale contracties: dikke darm lijkt opgedeeld te zijn in segmenten: de Haustra die voortdurend van plaats veranderen.

Dus een goed contact tussen darm inhoud en slijmvlies: goede H2O-resorptie.

Colon: massabewegingen: verantwoordelijk voor de propulsie.

Het colon vangt de niet-verteerbare voedselresten, resten van afgestorven enterocyten, bacteriën en overgebleven spijsverteringssappen op.

Het zijn in wezen peristaltische contracties: op een bepaalde plaats een sterke contractie. Distaal hiervan over zo’n 20cm verdwijnen de haustra en wordt een hoeveelheid darminhoud voortgestuwd.

Door een alkalisch secreet wordt de pH ongeveer op 8 gehouden.

Speekselsecretie

Er zijn 3 paar speekselklieren:

• Oorspeekselklier: glandula parotidea → is sereus (waterrijk), en secreet (afscheidingsproduct van klieren)

• Onderkaakspeekselklier: glandula submandibularis → gemengd, matig viskeus secreet

• Ondertongspeekselklier: glandula sublingilalis → mukeus (slijm)rijk secreet

Door bestraling bij een tumor verwijder je snel delend weefsel, dat is dus onder andere speekselklieren.

Functies van speeksel

• Verdunnen van voedsel + toevoegen slijm

• Oplossen van smaakstoffen

• Alfa-amylase: zetmeelvertering

• Linguale lipase: vetvertering

• Aanwezigheid van antimicrobiële stoffen

• Reinigende werking

PS-prikkeling zorgt voor:

Sterke Activatie van alle speekselklieren (via intercellulaire calcium die omhoog gaat. → groot volume vocht met relatief een laag eiwit (enzym) gehalte

PS-prikkeling zorgt ook voor:

Dat kliercellen het enzym kallikreïne uitcheiden.

Door Kallikreïne scheidt plasma-eiwit bradykinine af en dat zorgt voor sterke vasodilatatie.

Actieve klieren vragen uiteraard een toegenomen bloeddoorstroming, minder weerstand, meer aanvoer.

OS-prikkeling: veroorzaakt constrictie in de kliervaten, waardoor doorbloeding afneemt en speekselinvloed verminderd.

Het slikproces bestaat uit 3 fasen:

• Orale fase → is van mondholte naar keelholte, willekeurig en onbewust.

• Faryngeale fase → is van keelholte naar de ingang van de slokdarm. Dit verloopt reflexmatig. Tijdens de slikreflex wordt de ademcentrum reflextoir geremd, zodat de longventilatie tot stilstand komt.

• Oesofageale fase → van slokdarm naar maag. Dit is reflexmatig en wordt door peristaltische activiteit door de slokdarm gedreven.

Het voedsel blijft even in de maag voordat het naar de dunne darm gaat.

Klieren van de maagwand produceren slijm, zoutzuur en pepsinogeen. Zoutzuur zet pepsinogeen om in pepsine (pH van 1-3) dat zorgt voor eiwitvertering.

Nogmaals de functies van de maag:

• Opslag voedsel

• Vertering verschillende voedselcompenten

• Bescherming tegen schadelijke stoffen.

Maagsap

Maagsap is het mengsel van de secreten van: epitheliale oppervlaktecellen en maagklieren.

De bestanddelen zijn zouten, H2O, HCl, pepsine, IF, mucus.

HCl: bacteriedodende werking, en omzetting van inactieve pepsinogeen naar het enzym pepsine

De plasma pH is ongeveer 7,4.

pH van het secreet is tussen de 2 en 3.

Regulering van de maagssapsecretie verloopt in 3 fasen.

• Cefale fase: activiteit van maagklieren komt al tot gang zonder dat de voedsel de maag heeft bereikt. Door de prikkeling via de nervus vagus

• Gastrische fase: door de voedsel in de maag komt er nog meer secretie. Door de prikkeling van de sensoren in de maagwand. Gastrine productie neemt af als de pH

• Intestinale fase: spijsbij bereikt de dunne darm, dan secretie van hieruit verder geregeld. Als de pH omlaag gaat dan krijg je secrine vorming en gaat de HCl productie omlaag (maagsap neemt af).
  Als de pH omhoog gaat dan krijg je gastrine vorming en gaat de HCl productie omhoog. Als het eten niet goed gezuurd is dan neemt de maagssapsecretie toe.

Het legen van de maag wordt geregeld vanuit het duodenum.

De samenstelling van dit brij is van belang:

- HCO3 neutraliseert de zure brij. Als in het duodeunum te lage pH is, dan wordt de maagmotoriek geremd.

- Overschrijding van een bepaalde drempel voor osmotische druk is hetzelfde effect.

- Producten van vetvertering → hormonen CCk en GIP → sfincter gesloten.

Pancreas

Het exocriene pancreassap bevat veel HCO3- en enzymen.

HCO3- neutraliseert de zure spijsbrij uit de maag. Het wordt gestimuleerd via het hormoon secretine.

Alfa-amylase zorgt voor koolhydraatvertering

Enmylum en glycogeen worden omgezet in disaccariden.

Lipase zet vet om in vetzuur en monoglyceride

Proteasen: breken eiwitten af in peptiden en peptiden in aminozuren.

De kliercellen van de pancreas zorgen dat proteasen als zymogenen gevormd worden en afgescheiden worden.

Darmlumen (kanalen in de damwand) zorgen voor Activatie van trypsinogeen tot trypsine (door enterokinase vanuit het duodenumslijmvlies). Trypsine activeert eveneens trypsinogeen. De enzymen worden dus in inactieve vorm in het pancreas gemaakt  voorkomen aantasting van de klier door eigen producten. Bij reflux (terugstroom) mogelijk acute pancreasnecrose (necrose is ongecontroleerde celdood en apaptose is een gecontroleerde celdood).

Pancreas:

Endocriene deel geeft hormonen aan het bloed.

Het exocriene deel geeft producten af aan de dunne darm.

Endocriene deel: eilandjes van Langerhans. Produceren insuline en glucagon.

Exocriene deel: levert pancreassap, rijk aan HCO3-. Functie: neutraliseren van de zure pH van de spijsbrij uit de maag.

Pancreasproductie door alfa-amylase.

Regulering van de pancreassapsecretie zin 3 fasen:

• Cefale fase: eten in mondholte, secretie sap komt al op gang

• Gastrische fase: door de rekking van de maagwand ontstaat meer secretie.
  Maagwandrek → gastrine productie omhoog → pancreassapproductie omhoog

• Intestinale fase: zure chymus in duodenum stimuleert de secretie van het hormoon secretine → bevordert de secretie.

Secretine bevordert HCO3- en galafscheiding. Peptide en vetzuren in het duodenum→ CCK.

Regeling pancreassecretie

Cefale fase → efferentie via de nervus vagus → Ach → pancreassap

(cefale fase is zien, ruiken, proeven)

HCl in duodenum → secretine → HCO3-

Peptiden en vetzuren in duodenum → CCK → afscheiding pancreassap.

Gal

Belangrijkste functie van de lever: vorming van gal.

Functies gal:

• vertering/resportie van vet.

• Verwijdering van endogene producten als cholesterol en bilirubine

• Verwijdering van exogene producten (zware metalen)

Precursor galzouten: cholesterol.

Cholesterol → cholzuur + chenodesoxicholzuur (conjugatie met glycine en taurine omlaag (beter H2O oplosbaar)

Meeste galzouten komen vanuit de darm via het portale bloed (via diffusie en actief transport) gaan ze naar de lever voor hergebruik.

Dit is de entero-hepatische kringloop.

95% wordt teruggeresorbeerd. En hergebruikt in de lever.

Je verliest per dag 0,5 gram galzouten, is de normale productiesnelheid van lever.

Secretie van gal:

Vet voedsel in de darm → CCK → contractie galblaas

CCK

Cholecystokinine wordt in de darmwand gevormd en regelt de motoriek van de galblaas. Cholesterol is de voorloper van gal. Gal gaat van het ileum via het bloed terug naar de lever.

Bilirubine

Is een afbraakproduct van hemoglobine. Dit zijn giftige stoffen waarvoor de lever als uitscheidingsorgaan werkt. Daarnaast produceren de lever uit cholesterol galzure zouten die een belangrijke rol spelen bij vetresorptie. Doordat ze een sterke oppervlaktespanningverlagende werking hebben, dragen ze bij aan het emulgeren van de vetten die in het duodenum terechtkomen.

Bilirubine circuleert in het bloed gebonden aan albumine: indirect, ongeconjugeerd bilirubine. Kan niet door de nier uitgescheiden worden.

Hepatocyt: opname bilirubine + conjugatie aan glucuronzuur: direct, geconjugeerd bilirubine. H2O oplosbaar, kan wel door de nier worden uitgescheiden.

Uitscheiding geconjugeerd bilirubine met de gal: terminale ileum + colon: geconjugeerd bilirubine wordt door bacteriën → kleurloze urobiliogeen.

Urobilinogeen: deels in darm gemetaboliseerd tot stercobinline (geeft bruine kleur)

Deels geresorbeerd door darmmucosa en opname van urobilinogeen in plasma.

Urobilinogeen in plasma: deels naar lever → bilirubine.

Deels gefiltreerd door de nier, en geoxideerd tot urobiline (weinig).

Urobiline geeft karakteristieke gele kleur aan urine.

Icterus

Is geelzucht: geelverkleuring van de lichaamsweefsels, meest huid en sclera (harde witte omhulling van de oogbol)

Geelverkleuring door ophoping van bilirubine, geconjugeerd of ongecunjugeerd in de ECF.

Normale plasmaconcentratie bilirubine: 0,5mg/dl

Bij geelkleuring: 1,5-3 mg/dl.

Je ziet het beste aan het oogwit dat een patiënt last heeft van icterus. De gele kleurstof die de kleur veroorzaakt is bilirubine, een afbraakproduct van de heem-groep in hemoglobine.

Hemolyse

Hemolyse betekent dat er een verhoogde bloedafbraak is.

Dit is geelzucht zonder bilirubinurie.

Cholestase

Cholestase is galwegobstructie. Als gal niet weg kan verdwijnt het in de volgende stapjes.

Geconjugeerde bilirubine kan niet met de gal worden uitgescheiden. Je krijgt een reflux en veel geconjugeerd bilirubine komt in het plasma. Je hebt uitscheiding van het goed oplosbare geconjugeerde bilirubine met de urine.

Je krijgt met na schudden donkergekleurde urine en resistent met geel gekleurd schuim.

Als er geen bilirubine in de darm zit dan zit daar ook geen urobilinogeen.

Dan krijg je geen resorptie van urobilinogeen door de darmmucosa en urinetesten op urobilinogeen worden negatief.

Je hebt tevens geen stereobiline en andere galpigmenten in faeces, je hebt ontkleurde urine (stopverf).

Qua verteringen heb je koolhydraatvertering, eiwitvertering en vetverteringen.

Bij de koolhydraatvertering wordt de koolhydraat door enzymen in het speeksel, de darmlumen en de borstelzoom omgezet in de volgende monosachariden: glucose, galactose en fructose. Deze zijn wateroplosbaar en worden direct geresorbeerd in het portale bloed.

Fructose wordt vanuit het darmlumen getransporteerd door facilitated difussion. (passief). Voor glucose/galactose bestaat er een Na+ -afhankelijke caririersysteem.

Een carriër bindt Na+ en glucose. Alleen indien de intracellulaire Na+ concentratie laag wordt gehouden. (door de natrium/kalium pomp).

De koolhydraat dat niet wordt omgezet, wordt in de dikke darm bacterieel omgezet in H2 (normaal weinig).

Daarom wordt er aan sportdrank (glucose) zout toegevoegd. De glucose moet namelijk makkelijk worden opgenomen in het lichaam. En via het Na+ -afhankelijke carriersysteem gaat dat sneller.

De eiwitvertering start in de maag, onder invloed van het pepsine. Pepsine heeft een pH optimum van 2 of 3. Ook zijn er proteolytische enzymen van het pancreas en de borstelzoom betrokken bij de eiwitvertering. De splitsingsproducten van de eiwitsynthese zijn: aminozuren, di- en tripeptiden. De opname hiervan gebeurt in de enterocyt.

In de enterocyt zijn peptidasen aanwezig die de di- en tripeptiden weer afbreken tot aminozuren.

Vetten zijn complexe organische verbindingen als triglyceriden, fosfolipiden, sterolen en hebben de neiging tot aangaan van esterbindingen. Vetten zijn niet vet oplosbaar.

Belangrijk in de vetvertering zijn de pancreasenzymen, dit zijn lipase, hydrolase en fosfolipase.

Het lipase verbreekt de 1 en 3 esterverbindingen van TG’s. Deze verbreking levert: FFA’s, 2monoglyceride en glycerol.

Het hydrolase breekt cholesterolesters af in: cholesterol en vetrzuren.

Het fosfolipase haalt van fosfolipiden een vetzuurgroep af (lysofosfatiden).

Galzouten
De functies van galzouten:
 

- Het emulgeren van vetten

Galzouten bevatten een polair deel (die water oplosbaar is) en een vetdeel (die vetoplosbaar is). Het vetdeel mengt zich met een vetbolletje, zodat de polaire delen naar buiten zijn gericht.

Het verlagen van de oppervlaktespanning kan door een grote vetbol splitsen in kleine vetdruppeltjes (bedekt met galzouten).

Dus het vergroten van de aangrijpingspunt voor lipasen (snelheid vetvertering). Lipasen zijn water oplosbaar en grijpen aan op het oppervlak van de vetdruppeltjes.

- Spelen een belangrijke rol in de vetzuurresorptie

De hydrolyse van TG is een reversibel proces. Stapeling van monoglyceride en FFA in de aanwezigheid van een ongesplitst vet remt de verdere vertering van vet. Ook hier is een belangrijke rol weggelegd voor galzouten.

Galzouten vormen namelijk micellen. Micellen zijn bolletjes met een hydrofiele (polaire) kop en hydrofobe (vetoplosbare) staart.

Micellen nemen vetsplitsingsproducten (monoglyceride en FFA) op. Het vetbolletje is met de polaire kop naar de buitenkant (water oplosbaar).

De borstelzoom van de darmepitheel is bedekt met een ongeroerde laag: een niet of nauwelijks bewegend vloeistoflaagje. Dus is het een moeilijke passage voor vetspitsingsproducten (slechts wateroplosbaar).

Echter de micellen zijn voldoende hydrofiel om door de ongeroerde laag te diffunderen. Op deze manier brengen de galzouten voortdurend een hoge concentratie vetzuren in aanraking met de borstelzoom van de darmcellen.

De micellen vallen weer in hun componenten uiteen. De galzouten blijven in het darmlumen achter voor de vorming van nieuwe micellen. De galzouten in het ileum gaan via het enterohepatische kringloop naar de lever.

Vetzuren die minder dan 10 a 12 C-atomen bevatten gaan vanuit de darmwandcellen direct in het portale bloed en binden aan albumine. Dit zijn de FFA’s.

Vetzuren met langere ketens en monoglyceriden worden weer omgevormd tot TG. Ook andere vet wordt gesynthetiseerd. De cellen van de darmwand vormen op deze manier chylomicronen. (door exocytose in het interstitium en afvoer via de lymfe).
 

O. De water- en zouthuishouding

1. De hoeveelheid, functie en route van water in het lichaam

De hoeveelheid water in het lichaam:

Het lichaam bestaat voor ongeveer 60% uit water. Het watergehalte van mannen is gemiddeld 63%, voor vrouwen 52%, maar ook bij mensen van hetzelfde geslacht komen grote verschillen voor. Dit komt doordat er grote verschillen bestaan tussen het watergehalte van verschillende weefsels. Het watergehalte van zenuwweefsel is 90%, spierweefsel 80%, terwijl vetweefsel maar 10% water bevat. Het verschil in het watergehalte van mensen wordt dus verklaard door het feit dat ieder mens een andere hoeveelheid vetweefsel heeft. Wanneer we uitgaan van het vetvrije lichaamsgewicht, vallen de onderlinge verschillen weg. Het vetloze lichaamsgewicht (lean body mass) bestaat voor ongeveer 72% uit water.

Functie van water in het lichaam:

Water in het lichaam is belangrijk als oplosmiddel voor allerlei stoffen en als transportmiddel in het bloed- en lymfevatstelsel. Verder is het belangrijk bij het warmtetransport en bij de temperatuurregulatie.

De route van water in het lichaam:

Het lichaamswater is verdeeld over drie compartimenten: de intracellulaire, de interstitiële en de intravasculaire ruimte. Daarnaast bevindt zich een deel van het water in de verschillende lichaamsholten (hersenholten, oog, buikholten, etc.), dat transcellulair water wordt genoemd.

Het is belangrijk dat de vocht- en waterbalans tussen opname en afgifte in evenwicht blijft.

De toevoer vindt voor twee derde plaats door water of andere dranken te nuttigen, voor één derde door voedsel dat water bevat.

Water kan het lichaam langs verschillende routes verlaten:

• Allereerst via de huid. Als er geen zweetproductie is, verlaat 300-400 ml water via de huid het lichaam in de vorm van waterdamp. Dit heet perspiratio insensibilis.

• Is er een hoge omgevingstemperatuur of verricht de persoon inspanning dan gaat een groot deel verloren via de zweetproductie.

• Het lichaam verliest 300-400ml water via de luchtwegen en

• ongeveer 100 ml per dag met de feces.

Bovengenoemde wegen waarop het water het lichaam verlaat, zijn niet regelbaar. Het handhaven van de vocht- en waterbalans is daarom uitsluitend een taak van de nieren.

2. Functies en opbouw van de nier

Functies van de nier:

De nier heeft een groot aantal functies:

Allereerst is de nier betrokken bij de regeling van:

• het totale watervolume van het lichaam

• de osmolariteit van de lichaamsvloeistoffen

• de zuurgraad van bloedplasma en extracellulair water

• de electrolytenhuishouding (de concentraties van de verschillende ionen)

Verder produceert de nier twee hormonen:

• erytropoëtine (om het erytrocytengehalte in het bloed te regelen)

• renine (voor de bloeddrukregeling)

Als laatste zorgt de nier voor:

• de activatie van vitamine D3.

De nier heeft in feite een bloedzuiverende functie.

Opbouw van de nier:

De nier bestaat uit ruim 1 miljoen niereenheden, nefronen genaamd. Het nefron is de functionele eenheid van de nier. In elk nefron wordt continu door niet-selectieve filtratie een kleine hoeveelheid vocht (voorurine) van het bloedplasma gescheiden. Deze filtratie vindt plaats in de lichaampjes van Malpighi. Deze bevatten een kluwen gekronkelde capillairen, de glomerulus genaamd, waar het bloed onder relatief hoge druk staat, zodat het in de omliggende ruimte wordt geperst: het kapsel van Bowman. Van hieruit wordt de voorurine door het tubulaire apparaat gevoerd (een stelsel van buisjes). Hier vindt terugresorptie plaats: zeer selectief wordt een groot deel van het water plus nuttige opgeloste bestanddelen teruggehaald. Ook vindt er secretie plaats van onnutte of overtollige stoffen náár de voorurine. Een klein volume geconcentreerde urine blijft over dat in het nierbekken wordt verzameld en van daaruit via de ureter naar de blaas wordt afgevoerd.

De filtratie en resorptie verlopen continu, maar niet altijd in dezelfde snelheid. Bij dorsten bedraagt de urineproductie ongeveer 0,3 ml/min, na het drinken van veel water 4 ml/min.

Doorsnede:

Wanneer men een doorsnede van de nier maakt, ziet men een buitenste laag: de nierschors en een binnenste laag: het niermerg. Ze omgeven het nierbekken waarin de urine wordt verzameld dat via de ureter naar de blaas wordt getransporteerd.

De doorbloeding:

De doorbloeding van de nieren vindt plaats via de aa.renales, die rechtstreeks van de aorta aftakken. Aangekomen in de nieren gaan de aa.renales over in de aa.interlobulares, die uitmonden in de tussen merg en schors gelegen aa.arcuatae, waarvanuit de schors en merg worden gevoed. De afvoer van bloed vindt plaats via de vv.renales naar de v. cava inferior. Daarnaast is een lymfedrainage aanwezig.

De glomerulus:

De glomerulus (een kluwen haarvaatjes) wordt aangevoerd door een arteriole, het vas afferens en afgevoerd via een tweede arteriole, het vas efferens. Het vas efferens splitst zich op in een capillair netwerk van waaruit capillairlussen, de vasa recta parallel aan U-vormige lussen van het tubulaire apparaat afdalen in het niermerg (de vasa recta begeleiden alleen de juxtamedullaire nefronen, zie verder).

Het tubulaire apparaat:

Het tubulaire apparaat wordt in vier delen onderverdeeld:

• de proximale tubulus, bestaande uit een sterk gekronkelde buis die vanaf het kapsel van Bowman loopt naar de:

• Lis van Henle, een buis die afdaalt naar het merg, waar het met een haarspeldbocht ombuigt en weer opstijgt naar de schors. Daar gaat de lis over in:

• de distale tubulus, een sterk gekronkeld buisje dat uitmondt in:

• een systeem van verzamelbuisjes (ductuli colligentes), waarvan telkens een aantal samenkomen in een afvoerbuis, de ductus colligens, die uitmondt op de nierpapil.

Twee soorten nefronen:

Er bestaan twee soorten nefronen: corticale nefronen en juxtamedullaire nefronen. De glomeruli van corticale nefronen liggen in het buitenste schorslaag en hun lissen van Henle lopen tot de buitenste laag van het niermerg. Juxtamedullaire nefronen hebben hun glomeruli op de overgang van schors naar merg liggen. Hun lissen van Henle dalen af tot diep in het niermerg, begeleid door de vasa recta (de lissen van corticale nefronen worden niet begeleidt door vasa recta).

Wanneer bovenstaande niet duidelijk is, bekijk dan figuur 22.3, figuur 22.4 en figuur 22.5 op bladzijde 624 en 625 van Medische Fysiologie, Bouman & Bernards, eerste druk.
 

3. De glomerulus

De glomeruluscapillairen bevinden zich tussen twee arteriolen in: het vas afferens en het vas efferens. Door het achterliggende vas efferens is de druk in deze capillairen aanzienlijk hoger (ca. 6 kPa = 45 mmHg) dan elders in het lichaam. Hierdoor wordt in de glomerulaire capillairen veel meer vocht uitgeperst. (Bovendien wordt hier geen zuurstof aan het bloed ontrokken.)

De glomerulusfilter:

De glomerulusfilter bestaat uit 3 lagen: de capillaire endotheelcellen (gefenestreerde type), de basale membraan en de epitheelcellen van het kapsel. Dit zijn podocyten waartussen zich spleten bevinden. De enige complete scheidingswand tussen capillairlumen en kapselholte is dus de basale membraan, die daarom de doorlaatbaarheid van de totale glomerulusmembraan bepaalt. Moleculen met een molecuulmassa van 5,5 kD kunnen de capillairwand makkelijk passeren. Voor grotere moleculen wordt het moeilijker en de absolute bovengrens ligt bij 100 kD. Het kleinste plasma-eiwit (albumine, 69 kD) passeert de filter al vrijwel niet. Dit komt doordat de filter negatief geladen is en daardoor minder toegankelijk is voor negatieve ionen dan voor positieve ionen. Het vocht dat het kapsel van Bowman bereikt heet voorurine en lijkt veel op bloedplasma zonder eiwitten (of weefselvocht).

De nettofiltratiedruk:

De hoeveelheid voorurine die wordt geproduceerd hangt af van de nettofiltratiedruk; dat is het verschil in druk aan weerszijden van de membraan. Uitwaarts gericht is de hoge bloeddruk in de glomeruluscapillairen, de hydrostatische druk (6 kPa). Inwaarts gericht zijn de colloïd-osmotische druk van het bloed (3,3 kPa) en de druk van de voorurine in het kapsel van Bowman (1,3 tot 2 kPa). Voor het begin van het capillair geldt daarom:

Door de nettofiltratiedruk treedt vocht uit naar het kapsel. Hierdoor neemt de hydrostatische druk een klein beetje af en stijgt de colloïd-osmotische druk van het bloed (want alle eiwitten blijven achter). De kapseldruk stijgt. Wanneer de som van de kapseldruk en colloïd-osmotische druk gelijk is aan de hydrostatische druk, stopt de filtratie, omdat de nettofiltratiedruk is opgeheven.

Wanneer bovenstaande niet geheel duidelijk is, bekijk dan figuur 22.7 op p.627 uit Medische Fysiologie van Bouman & Bernards, eerste druk 2002.
 

De bloeddruk in de glomeruluscapillairen:

De bloeddruk in de glomeruluscapillairen bepaald dus in eerste instantie de hoeveelheid voorurine die per minuut wordt gevormd. Deze bloeddruk is, onafhankelijk van de arteriële bloeddruk tussen de 10 en 26 kPa. De bloeddruk in de glomeruluscapillairen is afzonderlijk regelbaar doordat de doorsnede van zowel het vas afferens als het vas efferens door activiteit van de gladde spierwand kan worden aangepast (autoregulatiemechanisme). Wanneer de arteriële druk stijgt, wordt het vas afferens vernauwd, zodat een stijging in de druk van de glomeruluscapillairen wordt voorkomen. Wanneer de arteriële druk daalt, wordt het vas afferens juist wijder en wordt soms zelfs het vas efferens vernauwd, zodat de druk hetzelfde blijft. Wanneer de druk in de glomeruli beneden de 4,8 kPa komt, stopt de filtratie en dus ook de urineproductie geheel (anurie).

De filtratiefractie:

De hoeveelheid plasma die per minuut de nieren passeert (renale plasmastroom) bedraagt normaal ongeveer 650 ml. Onder normale omstandigheden levert dit ongeveer 125 ml ultrafiltraat. De filtratiefractie (verhouding tussen de hoeveelheid filtraat en de totale renale plasmastroom) bedraagt dan circa 20%. Per dag wordt er dan 24 x 60 x 125ml is 180 liter voorurine geproduceerd. (Waarvan 124 ml door de tubuli wordt teruggeresorbeerd.)

De klaring en de glomerulusfiltratie:

Om de glomerulusfiltratie (hoeveelheid voorurine die per tijdseenheid wordt geproduceerd) te kunnen meten, maakt men gebruik van stoffen die wel de glomeruluswand kunnen passeren, maar nier worden teruggeresorbeerd of worden gesecerneerd, zodat de hoeveelheid die in het filtraat terecht komt, ook in de urine te vinden is. Oorspronkelijk gebruikte men hier inuline voor, tegenwoordig creatinine. Hiervoor moet men de klaring van deze stoffen berekenen. Onder klaring verstaat men de hoeveelheid bloedplasma die per minuut volledig van een bepaalde stof wordt gezuiverd.

In formule:

C _x = U _x x V / P _x

C_x is de klaring van stof x

U_x is de concentratie van de stof in de urine (in mg/l)

V is de urineproductie (ml/min)

P_x is de concentratie van stof x in het plasma (mg/l).

Stoffen zoals inuline (die wel worden gefiltreerd, maar niet worden teruggeresorbeerd of gesecerneerd) hebben een glomerulusfitratie gelijk aan de klaring. Een stof die wordt gefiltreerd, maar volledig wordt teruggeresorbeerd heeft een klaring gelijk aan nul. Een stof die wordt gefiltreerd en gedeeltelijk worden teruggeresorbeerd, hebben een klaring die kleiner is dan de glomerulusfiltratie. Terwijl een stof die ook nog wordt gesecerneerd een klaring heeft die groter is dan de glomerulusfiltratie.

De klaring van creatinine wordt bepaald met behulp van het creatininegehalte uit 24-uurs urine en het creatininegehalte van een bloedmonster.

De PAH- klaring:

De klaring van PAH (para-aminohippuurzuur) wordt gebruikt om de bloeddoorstroming van de nier te bepalen. Dit omdat deze stof wordt gefiltreerd en ook zeer sterk wordt gesecerneerd.

De filtratiefractie:

De filtratiefractie kan worden berekend uit de PAH- en creatinineklaring:

Filtratiefractie = creatineklaring ( ml / min) / PAH – klaring ( ml / min) * 100%

Normaal is dit 125/650 = 19% en wordt dus circa eenvijfde van het doorstromende plasma gefiltreerd. Een lagere filtratiefractie wordt gevonden als de bloedstroom wel normaal is, maar nefronen niet of onvoldoende filtreren. Een normale filtratiefractie (want de bloedstroom is dan ook verminderd), maar een verlaagde creatinineklaring wordt gevonden als het aantal nefronen verminderd is.

4. Het tubulaire apparaat

Vanuit het kapsel van Bowman bereikt de voorurine het tubulussysteem, dat achtereenvolgens bestaat uit de proximale tubulus, de Lis van Henle, de distale tubulus en de verzamelbuizen. In het tubulussysteem vindt streng selectieve terugresorptie plaats, dat wil zeggen dat lichaamsvreemde stoffen achterblijven en nuttige stoffen volledig worden teruggeresorbeerd. Stoffen die slechts in een bepaalde concentratie in het lichaam aanwezig mogen zijn, worden slechts teruggeresorbeerd voor zover dat nodig is voor het handhaven van hun concentraties. Hun concentratie in de urine verschilt dus per keer. De nier heeft hier dus een belangrijke taak in het handhaven van de concentraties van deze stoffen. Voor een deel regelt de nier dit zelf op basis van de plasmaconcentraties, voor een deel gebeurt dit op basis van elders gevormde hormonen.

De stroomsterkte in de proximale tubulus neemt door de massale resorptie snel af. De vloeistof wordt daarom stromende gehouden door het hydrostatische drukverschil tussen het begin en het einde van het tubulaire apparaat.

Proximale tubulus:

Hier wordt al ongeveer tweederde deel van het water met daarin opgeloste stoffen teruggeresorbeerd. Men noemt dit de obligatoire terugresorptie, omdat dit niet regelbaar is. Glucose, aminozuren en eventueel meegekomen eiwitten worden in de proximale tubulus geheel teruggeresorbeerd. Hierdoor ontstaan osmotische drukverschillen die het water mee terug trekken. Het watertransport gaat door waterkanalen die ongevoelig zijn voor controle door het antidiuretisch hormoon.

Lis van Henle: deze bestaat uit een dun segment en een dik segment. Over de lis van Henle volgt later meer.

Distale tubulus en de verzamelbuis:

Hier vindt facultatieve terugresorptie plaats. De permeabiliteit en transportactiviteit kunnen worden beïnvloed door hormonen, zodat van het restant van het filtraat een groter of kleiner deel kan worden geresorbeerd. Om deze reden zijn de distale tubulus en de verzamelbuis enorm belangrijk voor de regeling van de water- en zouthuishouding.

Twee routes:

Stoffen kunnen de tubuluswand via twee wegen passeren:

• door de cellen heen, transcellulair transport (bijvoorbeeld het Na⁺ transport in de proximale tubulus)

• tussen de cellen door, het paracellulaire transport (bijvoorbeeld het Ca²⁺ en K⁺ transport in de proximale tubulus).

Het watertransport volgt beide routes.

Na⁺ transport:

In de proximale tubulus wordt ongeveer tweederde van het gefiltreerde Na⁺ teruggeresorbeerd. Dit is enorm belangrijk, omdat het de motor is van verscheidene andere stoffen. Het transport van de positief geladen Natriumionen gaat voor 75% vergezeld van negatief geladen chloorionen en voor 25% van bicarbonaationen. Mechanismen voor het Na⁺ transport zijn de natrium/waterstofuitwisseling, het natrium/glucose-cotransport en het chloorafhankelijk natriumtransport.

K⁺ transport:

In de proximale tubulus wordt ongeveer tweede van gefiltreerde K⁺ teruggeresorbeerd. Dit gebeurd voor het grootste deel paracellulair doordat het met water meegezogen wordt (dat osmotisch met het Na⁺ meegaat).

Ca²⁺ transport:

In de proximale tubulus wordt ongeveer 70% teruggeresorbeerd, later nog eens 20%, zodat in totaal ongeveer 90% van het Ca²⁺ wordt teruggeresorbeerd.

Bicarbonaattransport:

In het eerste deel van de proximale tubulus wordt ongeveer 80-90% van het bicarbonaat teruggeresorbeerd.

Chloridetransport:

Een belangrijk deel van de Cl  ionen gaan paracellulair met water mee. De verder resorptie gaat via enkele specifieke transportwegen: het Cl  transport is bijvoorbeeld gekoppeld aan de Na/H  uitwisseling.

Het transportmaximum (Tm) of de nierdrempel:

Wanneer de concentratie van een stof die actief getransporteerd wordt boven een bepaalde drempel komt, kan deze stof niet meer volledig worden geresorbeerd en wordt deze dus met de urine uitgescheiden. Deze drempel is het transportmaximum (Tm) ook wel nierdrempel genoemd. De hoeveelheid stof die ter resorptie aangeboden wordt, is de plasmaconcentratie maal de glomerulusfiltratie. In principe blijft de glomerulusfiltratie constant, zodat alleen de plasmaconcentratie de concentratie van de stof in de tubulus bepaald.

Wanneer de plasmaconcentratie van glucose boven de 2 g/l (11 mmol/l) komt, verschijnt er glucose in de urine (glucosurie). De glucosedrempel wordt bepaald door het Na⁺-glucose transport.

Het Tm voor aminozuren ligt zo hoog, dat er eigenlijk nooit aminozuren in de urine verschijnen.

Peptiden en eiwitten worden in de proximale tubulus volledig teruggeresorbeerd door pinocytose.

“Foute” stoffen:

De concentratie van organische stofwisselingsproducten en lichaamsvreemde stoffen neemt al in de voorurine toe:

Ureum: De proximale tubuluscellen zijn veel minder doorgankelijk voor ureum dan voor water, zodat meer water dan ureum wordt teruggeresorbeerd en de concentratie van ureum toeneemt.

Creatinine: Dit wordt niet geresorbeerd en zelfs gesecerneerd, zodat de concentratie toeneemt.

Dit geldt ook voor andere organische verbindingen, zoals adrenaline, histamine, peniciline, morfine, salicytaten, etc. Deze kunnen door actief transport via carriers in de voorurine worden uitgescheiden.

Isosmotische terugresorptie in de proximale tubulus:

Het watertransport vindt uitsluiten plaats wanneer er een osmotische kracht is en wanneer de membraan permeabel is of er een paracellulaire route beschikbaar is. Het water volgt passief de actief getransporteerde stoffen. Hierdoor wordt het osmotisch evenwicht niet verstoord: isosmotische terugresorptie. De samenstelling van de voorurine is echter wel drastisch veranderd: de concentratie van ureum en Cl  is aanzienlijk toegenomen, terwijl alle eiwitten, aminozuren en glucose zijn teruggeresorbeerd. Aan het einde van de proximale tubulus is maximaal 70% van het glomerulusfiltraat teruggeresorbeerd.

De lis van Henle:

Vervolgens gaat de voorurine naar de lis van Henle, dat samen met de vasa recta zorgt voor de zout- en waterhuishouding. Na passage door de lis van Henle bereikt nog slechts 15% van de voorurine de distale tubulus.

De distale tubulus:

In het eerste deel van de distale tubulus wordt de toch al hypotone vloeistof nog verder uitgedund. Dit is het gevolg van de facultatieve terugresorptie: de hormonaal geregelde terugresorptie van zouten, terwijl de membraan veel minder doorgankelijk is voor water (zodat de osmolariteit daalt).

De verzamelbuizen:

In de verzamelbuisjes is de osmolariteit daarom nog maar 30-40 mosm/l. De verzamelbuizen spelen een essentiële rol bij de waterhuishouding.

Normaal (bij een overschot aan lichaamswater) zijn de wanden impermeabel voor water, zodat de sterk hypotone urine onveranderd het nierbekken bereikt en er veel, lichtgekleurde urine wordt geproduceerd.

Bij een watertekort migreren onder invloed van ADH (antidiuretisch hormoon) aquaporine type2 moleculen naar de celmembraan om daar als waterkanaal te fungeren, zodat de doorgankelijkheid van de wanden voor water toeneemt. Door de hoge osmolariteit van het niermerg wordt nu water aan de urine ontrokken waardoor een geringe hoeveelheid sterk geel gekleurde urine met een hoge soortelijke dichtheid wordt uitgescheiden.

5. De osmoregulatie

Boven is al beschreven dat de nieren sterk verdunde, hypotone urine kunnen uitscheiden bij een overvloed aan water. De osmolariteit van de urine zakt dan tot circa 30-40 mosm/l. Bij een tekort aan water produceert de nier sterk geconcentreerde, hypertone urine. De osmolariteit van de urine kan dan oplopen tot 1200-1400 mmosm/l. Dat is vier maal de osmolariteit van het bloedplasma.

Men drukt de osmolariteit van de urine vaak uit in de soortelijke dichtheid (SD) van de urine. Deze is makkelijk te meten door de bepaling van de opwaartse druk van de urine. Deze wordt weer vastgesteld door te meten hoe ver een drijver (urometer) in de urine zakt.

Bij een gemiddeld dieet is de urine licht hypertoon (SD van 1,005 tot 1,010). Bij een watertekort geeft de neurohypofyse ADH af, waardoor de nier meer water vasthoudt en de urine hypertoon wordt. Wanneer men een grote hoeveelheid water drinkt, neemt de osmolariteit van het bloedplasma af en stopt de afgifte van ADH. Door de zeer korte halveringstijd van 3 minuten daalt de concentratie van ADH in het bloed snel en kan de nier snel reageren: na 20 minuten neemt de urineproductie al toe en wordt de urine hypotoon.

Ongeveer 25% van de nefronen zijn juxtamedullaire nefronen. Deze hebben veel langere lissen van Henle dan de corticale nefronen. Langs deze lissen lopen bovendien vasa recta mee. Doordat de doorlaatbaarheid van de wand van de lis van Henle van plaats tot plaats verschilt, ontstaat er een osmotische gradiënt vanuit het schors in de richting van het merg. Deze wordt tot stand gehouden door een tegenstroom principe. In de weefselvloeistof van de schors is de osmolariteit net als elders in de weefselvloeistof van het lichaam 300 mosm/l. In het niermerg stijgt deze tot het ombuigpunt van de lissen van Henle waar een waarde van 1200-1400mosm/l kan worden gevonden. Of er vloeistof uit de distale tubulus en de verzamelbuizen treedt hangt dus af van hun permeabiliteit, want de osmotische gradiënt over de wand is aanwezig (dankzij de activiteiten van de lissen van Henle). Hun permeabiliteit hangt weer af van de ADH concentratie van het bloed. Hoe groter het watertekort, hoe hoger de ADH concentratie. Onder invloed van ADH migreren aquaporine type 2 – moleculen naar het membraan, waardoor de wand permeabel voor water wordt en dus water wordt teruggeresorbeerd.

De hoogste waarde die de osmolariteit van de urine kan halen is gelijk aan de osmolariteit van het interstitium bij het ombuigpunt van de lissen van Henle (1200-1400 mosm/l).

Hoe wordt de osmotische gradiënt in het niermerg in stand gehouden?

• Het afdalende been van de lis van Henle van de juxtamedullaire nefronen is uitsluitend permeabel voor water. Doordat de osmotische druk in het interstitium in de richting van de nierpapil geleidelijk toeneemt, wordt water naar het interstitium gezogen en neemt ook de osmotische druk van de voorurine in de richting van het ombuigpunt toe. Het water blijft niet in het interstitium, maar wordt door het opstijgende been van de vasa recta afgevoerd naar naburige venen.

• Het dunwandige opstijgende deel van de lis van Henle is impermeabel voor water (er zijn geen waterkanalen aanwezig), maar permeabel voor NaCl en ureum. Dit deel van de lis kan dus NaCl en ureum opnemen als er een osmotische gradiënt in de richting van het lumen is.

• Het dikwandige opstijgende deel van de lis van Henle vertoont aan de luminale zijde een secundair actief Cl  transport. De apicale membraan (luminale zijde) bevat een carrier voor een cotransport van één Na⁺ ion, één K⁺ ion en twee Cl  ionen. Deze wordt aangedreven door de heersende concentratiegradiënt voor Na⁺ ionen. De basolaterale membraan (interstitiële zijde) beschikt over een sterke Na/K pomp, die Na⁺ ionen uit de cel pompt en K⁺ ionen erin. De helft van de Cl  ionen verlaat de cel door vrije diffusie (richting interstitium), de andere helft wordt geholpen door een cotransport met K⁺.

• De distale tubulus wordt “opgesplitst” in een eerste en een tweede deel. Het eerste deel van de distale tubulus is in feite een voortzetting van het opstijgende been van de lis van Henle en voltooit daarmee de verdunning van het resterende deel van de voorurine. Het tweede deel heeft echter de eigenschappen van de verzamelbuisjes en vormt daar dus eigenlijk het eerste deel van. Hun belangrijkste eigenschap is, zoals je weet, een door ADH regelbare permeabiliteit voor water.

• De verzamelbuisjes krijgen gedurende hun afdaling in het merg verschillende eigenschappen: De corticale verzamelbuisjes (deel dat in de schors ligt) hebben qua transport dezelfde eigenschappen als het tweede deel van de distale tubulus (lage permeabiliteit voor ureum die onafhankelijk van de ADH concentratie is en variabele permeabiliteit voor water die wel afhankelijk van de ADH concentratie is). De eigenschappen veranderen echter geleidelijk in het medullaire deel van de verzamelbuisjes: naast de door ADH regelbare doorgankelijkheid voor water, neemt ook de permeabiliteit van ureum onder invloed van ADH toe.

Niet alleen tussen de lissen van Henle en de vasa recta vindt een tegenstroomprincipe plaats, ook tussen het afdalende been en het opstijgende been van de vasa recta: Het afdalende been begint met een osmolariteit van 290 mosm/l en het opstijgende been eindigt met een osmolariteit van 315 mosm/l. Hierdoor gaat water van het afdalende been naar het opstijgende been en zout van het opstijgende naar het dalende. Eiwitten blijven in het bloed achter. Door deze gebeurtenissen stijgt de osmotische druk in de vasa recta in de richting van het ombuigpunt en wordt water uit het interstitium ontrokken (wat zorgt voor de hoge osmolariteit van het interstitium op die plek).

Na zeer veel drinken is de osmolariteit van het bloed en de lichaamsvloeistoffen verlaagt en zal er geen ADH worden afgegeven, waardoor de wanden van de verzamelbuizen impermeabel voor water blijven. Veel sterk verdunde urine bereikt nu het nierbekken. Er wordt namelijk geen water ontrokken in het dikwandige opstijgende been van de lis van Henle en in het eerste deel van de distale tubulus, terwijl er in datzelfde traject zelfs actief NaCl uit de urine wordt gehaald. Hierdoor wordt de urine nog verder verdund.

6. Regulering van het extracellulaire vochtvolume

Osmoregulatie:

Een verstoring van de osmolariteit wordt onder invloed van ADH door de nier snel gecorrigeerd door het meer of minder uitscheiden van water. Bij een te lage osmolariteit neemt al na 20 minuten de urineproductie toe en binnen 3 uur is het overtollige water uitgescheiden.

Volumeregulatie:

Neemt wel het extracellulaire vochtvolume toe, maar verandert de osmolariteit niet, dan wordt dit door de nier gecorrigeerd, maar veel langzamer en op een geheel andere manier dan de osmoregulatie.

Normale situatie:

Het ICV (intracellulaire vochtvolume) is ongeveer twee keer zo groot als het ECV (extracellulaire vochtvolume). Hoewel de samenstelling van het ECV en ICV sterk afwijkt, hebben beiden wel dezelfde osmolariteit. Bij een normale osmolariteit van het bloedplasma wordt voortdurend een geringe hoeveelheid ADH afgegeven.

Het drinken van zuiver water:

Het water gaat via de darmen eerst naar de ECV en wordt vervolgens in de cellen opgenomen. Het eindresultaat is een vergroting van zowel het ICV als het ECV en een daling van de osmotische druk in beide compartimenten. Zoals gezegd kunnen de nieren zeer snel reageren op een verstoring van de osmolariteit (osmoregulatie): osmosensoren in de hypothalamus nemen de verlaagde druk weer, waardoor de afgifte van ADH enorm afneemt. Als gevolg wordt veel hypotone urine geproduceerd.

Overmatig zweten:

Zweet bevat slechts weinig zouten en wordt voor het gemak even vergeleken met zuiver water. Water wordt aan het bloedplasma en de extracellulaire vloeistof onttrokken, waardoor het ECV daalt en de Posm toeneemt. De osmosensoren meten dit, waardoor de afgifte van ADH toeneemt en als gevolg weinig, hypertone urine wordt gevormd. Deze osmosensoren of gelijksoortige (die gevoelig zijn voor de kristalloïd-osmotische druk) geven ook een dorstprikkel af aan de hersenen, waardoor de wateropname gestimuleerd wordt.

In lage concentraties werkt ADH alleen op de nier, in hoge concentraties heeft het óók een vernauwende werking op de kleine vaatjes van de gehele arteriële circulatie. Om deze reden wordt ADH ook wel vasopressine genoemd.

Inname van water en zout in een fysiologische verhouding (9 g NaCl/l):

Het ECV en ICV nemen nu wel toe, terwijl de osmolariteit gelijk blijft. De osmosensoren worden daarom niet geprikkeld, waardoor de ADH afgifte gelijk blijft. De uitscheiding van dit overtollige vocht kost daarom veel meer tijd, omdat de regelende processen pas veel later op gang komen. De signalen voor de regeling zijn afkomstig uit de bloedsomloop. Een overvulling van de ECV gaat gepaard met een overvulling van zowel het artiële als veneuze vaatstelstel. Daarom zullen de arteriële bloeddruk en de druk in het veneuze stelsel enigszins verhoogd zijn.

De nieren spelen een belangrijke rol bij de regeling van de bloeddruk op lange termijn: Het gaat hierbij om de regeling van de vulling van het vaatstelsel, dat in de eerste plaats geregeld wordt door het uitscheiden of vasthouden van NaCl. Als NaCl versterkt wordt uitgescheiden, daalt de kristalloïd-osmotische druk en gaat het water er snel achteraan. Omgekeerd volgt waterretentie. De volumeregulatie komt in feite dus neer op uitscheiding van NaCl op geleide van de vulling van het stelsel.

De renale functiecurve:

Het verband tussen de arteriële bloeddruk en de water- en zoutuitscheiding komt tot uiting in de renale functiecurve die de diurese weergeeft als functie van de gemiddelde arteriële bloeddruk. Aangezien dit ook bij een geïsoleerde nier gebeurd (wordt de druk in de a.renalis verhoogd, dan neemt de diurese toe), betreft dit een intrinsieke regulering. Er is echter ook een extrinsieke regulering bij betrokken, aangezien de respons op een bloeddrukverandering veel sterker is als de nier zich in het lichaam bevindt.

Zie figuur 22.28 op p.646 van Medische Fysiologie, Bouman en Bernards, eerste druk 2002 voor de renale functiecurve.

De extrinsieke regulering van de NaCl-terugresorptie:

De extrinsieke regulering van de NaCl-terugresorptie berust op verscheidene factoren, die uiteraard van buiten de nier komen:

• orthosympatische zenuwstelsel

• het hormoon aldosteron

• de atriale natriuretische factor (ANF)

• het ADH.

Het orthosympatische zenuwstelsel:

Het vas afferens (en in mindere mate het vas efferens) staat onder invloed van het orthosympatische zenuwstelsel. Neemt de activiteit van het orthosympatische zenuwstelsel af, dan veroorzaakt dat een dilatatie van het vas afferens, waardoor de druk in de glomerulus stijgt en de filtratie toeneemt en de urineproductie wordt verhoogd. Dit geldt ook andersom: bij zeer sterke prikkeling van het orthosympatisch zenuwstelsel kan de urineproductie zelfs tijdelijk tot stilstand komen (anurie).

Aldosteron:

Het RAAS (renine- angiotensine- aldosteronsysteem): De niet geeft renine af, dat als enzym in het bloedplasma angiotensinogeen omzet in angiotensine-I. ACE (angiotensin-converting enzyme) zet dit om in angiotensine-II. Dit stimuleert de bijnierschors tot de afgifte van aldosteron, wekt het dorstgevoel op en veroorzaakt een algemene vasoconstrictie. Bij een te lage bloeddruk neemt de afgifte van renine door de juxtaglomerulaire cellen van het vas afferens en vas efferens toe. Via het RAAS wordt de aldosteronproductie verhoogd, waardoor het voor de distale tubuluscellen mogelijk wordt meer Na⁺ uit de voorurine te resorberen. Dit gaat samen met een passieve opname van Cl  en water, waardor het volume van de uit te scheiden urine isotoon afneemt. Een tweede belangrijke stimulus voor de productie van aldosteron is een daling van de [Na⁺]/[K⁺].

Aldosteron versterkt op verschillende plaatsen in het lichaam de opname van Na⁺ ionen en de afgifte van K⁺ ionen en soms ook H⁺ ionen.

De atriale natiuretische factor (NAP of ANF):

ANF ligt in de myocardcellen van de atria opgeslagen in de vorm van grove korrels, de atriale granula. Als de atriumwand meer dan normaal gerekt wordt, komt het hormoon vrij. Dat kan het geval zijn bij een versterkte vulling van het vaatstelsel door een toename van het ECV. ANF werkt zeer snel, al na enkele minuten na rekking van de atria is het effect op de diurese merkbaar. ANF werkt rechtstreeks in op de nier, waar al in de proximale tubulus de Na+ resorptie wordt geremd. Daarnaast remt het hormoon de verschillende componenten van het RAAS, waardoor de Na resorptie verder wordt tegengegaan.

Het anti-diuretisch hormoon (ADH):

Arteriële barosensoren en atriale volumesensoren zullen de afgifte van ADH remmen als de atria meer dan normaal gevuld raken. Dit leidt tot een sterke waterdiurese en staat bekend als de diuresereflex van Henry en Gauer. Deze reflex loopt dus parallel met de vooral op de natriumuitscheiding gerichte afgifte van ANF.

De nier en verhoogde bloeddruk:

Op de korte termijn wordt de bloeddruk vooral gehandhaafd door het hart en de perifere vaten. Op de lange termijn vooral door de nier. Uit de renale functiecurve is af te leiden dat de in- en extrinsieke regulatie van de nier voorziet in een effectieve handhaving van de bloeddruk. Dit betekent dat hypertensie alleen mogelijk is als de renale functiecurve van ligging of vorm veranderd is zodat de balans tussen opname en afgifte van water en zout bij een hogere druk komt te liggen.

Men onderscheidt naar oorzaak verschillende vormen van hypertensie. Bij essentiële hypertensie is de oorzaak niet goed te achterhalen. Bij renale hypertensie ligt de oorzaak in de nier.

7. Regulering van het zuur- base evenwicht

Door de buffersystemen wordt de pH van de lichaamsvloeistoffen gehandhaafd op een waarde van 7,4. Waarden beneden de 6,8 en boven de 7,8 zijn niet met het leven verenigbaar.

Bedreigingen van de pH:

De pH van de lichaamsvloeistoffen wordt voortdurend bedreigd:

• bij de verbranding van koolwaterstoffen komt voortdurend CO₂ vrij, dat als zuur oxide met H₂O overgaat in H₂CO₃, hetgeen weer uiteen valt in H⁺ en HCO ;

• bij de anaërobe energiewinning uit koolhydraten ontstaat melkzuur;

• uit de vetstofwisseling kunnen acetoazijnzuur en B-hydroxy-boterzuur vrijkomen;

• uit de eiwitstofwisseling kan zwavelzuur ontstaan.

Buffersystemen:

In eerste instantie komen al deze stoffen in het bloed terecht en bedreigen daar de pH van het bloedplasma. Het bloed bevat echter een aantal bufferstoffen, waardoor de pH van het veneuze en arteriële bloed slechts weinig van elkaar afwijken:

• De bicarbonaatbuffer: CO₂ verdwijnt in de erytrocyten en wordt snel omgezet in H⁺ en HCO₃ . De H⁺ ionen worden gebonden door hemoglobine en de HCO₃  ionen worden uitgewisseld tegen Cl-ionen uit het bloedplasma. In de longen gebeurd het omgekeerde en verlaat de CO₂ het lichaam via de longventilatie. Dit proces kan op de korte termijn ook voorzien in de handhaving van de pH bij metabole zuurvorming: de hoeveelheid NaHCO₃  die voor dit doel in het bloed aanwezig is, wordt de alkalireserve genoemd. Door de buffering van het metabole zuur wordt deze dus kleiner, zodat deze op de lange termijn geen oplossing biedt, waardoor er een overschot aan H⁺ ionen ontstaat, waardoor de pH daalt en er een metabole acidose ontstaat. Het overschot aan H⁺ ionen en de zuurrest moet daarom door de nieren worden uitgescheiden. Een tweede mogelijkheid van de nier is uitwisseling van Cl  tegen HCO₃  ionen waardoor de alkalireserve wordt hersteld. De grote betekenis van de koolzuur-bicarbonaatbuffer in het bloed is dat de concentraties van beide buffercomponenten vrijwel onafhankelijk van elkaar kunnen worden verwijderd: CO₂ door de ademhaling en HCO₃  door de nieren.

• De fosfaatbuffers: De belangrijkste hiervan is Na₂HPO₄, dat een H⁺ ion kan binden waarbij NaH₂PO₄ en Na⁺ ontstaat. NaH₂PO₄ wordt met de urine uitgescheiden, terwijl het vrijkomende Na⁺-ion wordt opgenomen in de tubuluscel.

• De plasma-eiwitbuffers: Eiwitten zijn amfoteer, dat wil zeggen dat ze in een zure oplossing een H⁺ kunnen binden (werken als een base) en in een basische oplossing een H⁺ kunnen afstaan (werken als een zuur). Het karakter gaat over van een zuur in een base (en v.v.) op de pH van het zogenoemde iso-elektrische punt, dat per eiwit verschilt. Het iso-elektrische punt van de plasma eiwitten ligt rond de 7,4, zodat elke afwijking zorgt voor een verschuiving van H⁺ ionen in de omgekeerde richting.

• Hemoglobine: Wanneer oxyhemoglobine (HbO₂) zijn zuurstof loslaat, verschuift het iso-elektrische punt van het eiwitdeel van de hemoglobine zodanig dat de nu ontstane gereduceerde Hb veel meer H⁺ kan binden en overgaat in HHb. Daardoor is hemoglobine in het bloed de sterkste aanwezige bufferstof.

De buffercapaciteit van het bloedplasma is als volgt over de verschillende buffers verdeeld:

• hemoglobine 35%

• plasmabicarbonaat 35%

• erytrocytbicarbonaat 18%

• plasma- eiwitten 7%

• fosfaat (organisch + anorganisch) 5%

De H⁺ -homeostase:

Een overschot aan H⁺ ionen wordt door de nieren op verschillende manieren uitgescheiden: De verschillende transportprocessen in het nefron, die samen de H⁺ -homeostase verzorgen, zullen nu kort besproken worden:

• Proximale tubulus: Hier vindt de sterkste H⁺ -uitscheiding plaats. Vooral de Na⁺/H⁺ -uitwisseling is hierbij betrokken. Ondanks de sterke toevoer van H⁺ ionen naar de voorurine, daalt de pH hiervan niet extreem (6,7 = zwak zuur). Dit komt doordat de H⁺ -ionen weer worden gebonden aan andere componenten van de voorurine. Zo wordt voorkomen dat de H⁺ -ionen terugdiffunderen naar de cellen van de tubulus en de peritubulaire vloeistof. De stoffen die H⁺ -ionen binden zijn: HCO₃  -ionen (bicarbonaatbuffer), Na₂HPO₄ –ionen (fosfaatbuffer) en de NH₃ (ammoniakbuffer).

• Opstijgende deel van de lis van Henle: Hier ondergaat de urine een verder verzuring, omdat de Na⁺/H⁺ -uitwisseling doorgaat. Toch verandert de pH niet enorm, omdat het in de proximale tubulus gevormde NH₄Cl, dat de volledige lis doorloopt, voor een deel in het opstijgende been wordt teruggeresorbeerd.

• Distale tubulus en verzamelbuisjes: Hoewel er hier minder H⁺ -ionen worden uitgescheiden, ondergaat de pH hier een sterke daling, omdat nu minder buffering van H⁺ -ionen kan plaatsvinden. De pH van de vloeistof in de verzamelbuisjes kan dalen tot 4,5 (de H⁺ -concentratie is dan tot 900 maal zo hoog als in het bloedplasma), omdat het alleen om actief transport gaat. De transportsystemen voor de H⁺ - ionen zijn: een elektrogene H⁺ -ionenpomp (= protonpomp) en een niet-elektrogene uitwisseling met K⁺ -ionen.

De handhaving van de H⁺ -homeostase verloopt in drie stappen:

1. De opvang van H⁺ en CO₂ in de intra- en extracellulaire buffersystemen.

2. Aanpassing van de ademhaling, waardoor CO₂ het lichaam kan verlaten (duurt iets langer).

3. Aanpassing van de nierfunctie waardoor H⁺ kan worden uitgescheiden en HCO₃  kan worden teruggevormd (heeft de langste tijdsconstante).

Een flinke verstoring van de extracellulaire pH kan in 10 tot 20 uur door de nier worden genormaliseerd.

8. De urinelozing

Met een frequentie van 1 per 10 seconden tot 1 per 3 minuten loopt er een peristaltische golf over de ureter, die de urine naar de blaas duwt. Deze golf wordt geïnitieerd vanuit een pacemakergebied in het nierbekken. Parasympathische invloed laten de frequentie en kracht van de golven toenemen, orthosympathische invloed werkt remmend.

De ureters monden aan de achterzijde van de blaas, onderin uit in het zogeheten trigonum vesicae. Aan het einde van een peristaltische golf wordt de uitmonding van de ureter geopend en wordt een klein volume urine de blaas in gestuwd. Vanuit het trigonum vesicae ontspringt de urethra, die de urine naar buiten afvoert.

De druk in de blaas neemt tijdens de eerste vulling nauwelijks toe totdat een inhoud van circa 400 ml is bereikt. Dit komt doordat de gladde spieren van de blaaswand met de rekking door het toenemende volume hun spanning verminderen (dit heet plasticiteit of stress-relaxatie, een algemene eigenschap van gladde spieren).

De wand van de blaas bestaat uit:

• een binnenbekleding van gespecialiseerd epitheel (het urotheel)

• een submucosa

• de m.detrusor: drie spiraalsgewijs verlopende spierlagen, waarvan de binnenste en buitenste laag vrijwel longitudinaal verlopen en de middelste circulair. Samen vormen ze de m. detrusor.

In de wand van de blaas bevinden zich mechanosensoren die bij voldoende rekking het gevoel van aandrang kunnen opwekken doordat deze prikkels via het ruggenmerg de hersenschors bereiken.

Er zijn twee sfincters die de blaasuitgang afsluiten en ervoor zorgen dat geen urine naar buiten lekt tijdens de blaasvulling (continentie): een inwendige sfincter en een uitwendige sfincter. De eerste is uitsluitend onwillekeurig, de tweede staat onder willekeurige controle zodat deze ook nog gesloten kan worden als de drempel voor de blaaslediging is bereikt. Deze drempel, de mictiedrempel, ligt bij een inhoud van circa 400 ml.

Wanneer deze drempel is bereikt, zal door een reflexmatige contractie van de blaaswand de druk plotseling sterk stijgen, zodat bij verslapte sfincters een krachtige straal urine door de urethra naar buiten komt.

Innervatie van de blaas:

De innervatie van de blaas heeft drie bronnen:

• het sacrale deel van het parasympathische zenuwstelsel (n. pelvicus)

• het lumbale deel van het orthosympatische zenuwstelsel (n. hypogastricus)

• het sacrale deel van het somatische zenuwstelsel (de n. pudendus innerveert de externe sfincter).

De mictie (urinelozing) kan volledig reflectoir optreden indien de vulling van de blaas de mictiedrempel overschrijdt. Dit gebeurt bij kleine kinderen, bij wie de reflexweg nog uitsluitend spinaal is. Later komt de blaasactiviteit onder invloed te staan van een hoger mictiecentrum in de pons van de hersenstam, waardoor de reflexmatig geïnduceerde mictie onder willekeurige controle komt te staan vanuit de hersenschors. Deze controle beheerst ook de contractiestand van de uitwendige sfincter, waardoor de mictie kan worden uitgesteld.

Door een beschadiging van het ruggenmerg verliest men de controle op de blaaslediging (incontinentie). De spinale reflexen keren wel geleidelijk terug. De ontlediging wordt dan niet meer door het mictiecentrum gestuurd, maar door de spinale reflexen, waardoor de blaas zich slechts gedeeltelijk ledigt en makkelijk urineweginfecties kunnen ontstaan.

Men kan de blaas ook willekeurig ledigen als de mictiedrempel nog niet bereikt is. Men onderdrukt dan het vegetatieve zenuwstelsel. Door met de buik te persen wordt de druk dan zo hoog dat de blaas grotendeels geledigd kan worden. De mictiereflex is hier echter effectiever in.

P. Veroudering

Wanneer je ouder wordt ontstaan er veranderingen in gedrag en uiterlijk.

Het gaat namelijk om tijdsafhankelijke processen die leiden tot een geleidelijke afname van de omvang van de organen en weefsels en een vermindering in de snelheid van de reacties die daarin plaatsvinden (vermindering van de reactiesnelheden).

Het kan zijn dat deze afname weinig consequenties heeft, omdat vrijwel alle organen bij volwassenen een grote reservecapaciteit hebben. De aantallen van cellen zijn namelijk veel groter dan er vraag naar is.

Dit betekend dat het lichaam onder stress of zware omstandigheden of onder ziekte een vergrote activiteit kan opbrengen.

Echter het directe gevolg is dat bij ouderen bij normale eisen nog heel wat jaren geen problemen zullen ondervinden door de reservecapaciteit. Maar mochten er zwaardere omstandigheden voordoen, bijvoorbeeld ziekte of stress dan kunnen ze minder weerstand bieden door het ontbreken van de nodige reserves.

De verouderingsprocessen kan je ondervedelen in systematische processen en stochastischse processen. Systematische processen zijn geprogrammeerde vertragingen die bij iedereen min of meer in gelijke mate voorkomt. Bijv. een kans op een afwijking in de eiwitstructuur met mogelijk functieverlies. Een stochmatisch proces wordt bepaald door toeval.

Zonder onvermijdelijke verval kan een mens tussen de 110 en 120 worden. De gemiddelde leeftijd ligt lager. Dit komt door vroegtijdende optreden van ziekten of ongevallen.

Ouderen hebben minder weerstand tegen ziekten. Dit komt door de verminderende snelheid en sterkte van de reacties in het vitale organenstelsels bij de ouderen.

Je kan van ouderdomsziekten spreken, maar die kunnen ook bij jongeren voorkomen. Zoals Parkinson bijvoorbeeld. Dat is het verstijven van de extremiteiten en het optreden van onwillekeurige bewegingen in de vorm van een tremor. Deze ziekte kan ook op jong volwassenen leeftijd voorkomen, maar dat zie je niet zo heel veel.

Ook bijvoorbeeld atherosclerose, is eigenlijk een typisch ouderdomsziekte maar kan ook bij mensen voorkomen die diabetes hebben.

Apoptose

Dit is een plotselinge celverlies door geprogrammeerde factoren.

Apoptose vindt plaats in alle weefsel wat zich ontwikkeld heeft en waarin in de embryonale fase veel meer cellen worden aangemaakt dan er uiteindelijk nodig zijn.

Necrose

Necrose is celversterf dat het gevolg is van beschadigingen. (van schadelijke invloed van buitenaf). De beschadigingen kunnen bijvoorbeeld zijn: ischemie, intoxicatie of een trauma.

Het proces van apoptose wordt in gang gezet door de inwerken van in het bloed circulerende death signals, zoals de tumornecrosefactor (TNF). Er treedt dan schommeling op van cytoplasma en kern. De cel fragmenteert en alle brokstukken worden door macrofagen opgenomen en hergebruikt.

Er komen geen celresten vrij. Er wordt geen immuunsysteem opgeroepen.

Apoptose kan elke lichaamscel treffen.

Het proces van necrose wordt in gang gezet door processen van buitenaf. Door dus bijvoorbeeld ischemie (te geringe bloedvoorziening), intoxicatie (de inwerking van schadelijke stoffen waardoor een enzymbeschadiging ontstaat) of door trauma (=mechanisch geweld waardoor ernstige structurele schade ontstaat).

De cellen kunnen uit een vallen.

Bij necrose kan wel een afweerreactie opgeroepen worden met bijvoorbeeld koorts.

Necrose kan op alle leeftijden voorkomen.

Spontane DNA schade kan op alle leeftijden voorkomen, maar het is zo dat oudere mensen zich daar moeilijker tegen kunnen verweren.

Moleculaire veranderingen (veranderingen in DNA) kunnen spontaan optreden of als gevolg van een invloed van buitenaf.

De aanmaak van DNA is gevoelig voor verstoringen.

Als er zo’n verstoring optreedt in de structuur van het DNA, zal dit bij de cellen die zich snel delen in een groot aantal dochtercellen leiden tot functieverstoring van langere duur. Er is dan een mutatie ontstaan die door replicatie van DNA aan alle klonen van de gemuteerde cel wordt overgedragen.

Als de afwijking pas is opgetreden bij de translatie (waarbij mRNA wordt omgezet in aminozurenvolgorde) dan zal dit weinig invloed hebben omdat het afwijkende eiwit door de natuurlijke turnover doorgaans snel weer wordt afgebroken en het zich beperkt tot de aangetaste cel. Maar als het eiwit een functie heeft bij de vorming van DNA of RNA dan ontstaat een mutatie.

DNA kan dus zomaar plotseling snel muteren door een invloed van buitenaf, door een verstoring.

Als DNA of RNA verandert, leidt dat tot het verschijnen van eiwitmoleculen met een veranderde aminozuursamenstelling of een andere structuur waarmee de functie van het eiwit wordt aangetast.

Het is ook mogelijk dat de structuur van een eiwitmolecuul gewoon in de loop van de tijd veranderd, dit noem je degradatie. Bijvoorbeeld glycosylering, waarbij een glucose molecuul onafhankelijke eiwitmoleculen met elkaar verbindt.

Deze reactie wordt veroorzaakt door het glucose molecuul en gebeurt zonder tussenkomst van een enzym. (Diabetes versterkt deze reactie)

Door cross-linking van eiwitmoleculen van bindweefsel wordt het weefsel aanzienlijk minder soepel.

Oxidanten

Oxidanten ontstaan tijdens de ingewikkelde reeks van processen in de binnenmembraan van de Mitochondriën, die samen de oxidatieve fosforylering vormen.

Tijdens de oxidatieve fosforylering worden koolhydraten en vetzuren verbrand en ATP gevormd.

Oxidanten kunnen ook stuctuurveranderingen teweeg brengen, die treffen vooral de membraanlipiden. Ze bevatten namelijk een hoog gehalte aan meervoudig onverzadigde vetzuren.

Maar naast lipiden kunnen ook eiwitten en nucleïnezuren worden aangetast. Van de eiwitten kunnen door cross-linking molecuulveranderingen optreden. (Degradatie).

De oxidatieve schade aan nucleïnezuren is op zichzelf wel reparabel.

Veranderingen in celstructuur

Als een plasmamembraan veranderd betreft dat een vermindering van de vloeibaarheid van de lipidenlaag. Dan wordt de diffusie van de deeltjes vertraagd.

Maar ook de G-eiwitten kunnen minder goed bewegen en zo wordt de werking van de lipandbindende receptoren vertraagd.

De oorzaak hiervan (van de vermindering in vloeibaarheid) is de peroxidatie van lipiden door zuurstofradicalen.

Bij het cytoplasma kan de samenstelling nog al veranderen. Er ontstaan specifieke leeftijdsafhankelijke intracellulaire insluitingen en intercellulaire afzettingen van normale of abnormale producten van de celstofwisseling.

Bijvoorbeeld van vet. Dan spreek je van een vettige infiltratie of degeneratie. Dit wordt vaak het gevolg door necrose. Deze afwijking wordt vooral gevonden in de gladde spiercellen van de vaatwand (beginnend artherosclerose).

Het kan ook lipofuseine zijn. Dat i s het ouderdomspigment. Dat is een complex van lipide en eiwit dan in de cellen wordt opgeslagen in granula. Vanaf 10 jaar bestaat het granula al.

Lipofuscine ontstaat door de inwerking van zuurstofradicalen op fosfolipiden (vooral in membranen).

Amyloïd: dit is een onoplosbaar eiwit dat zich extracellulair afzet. Het schadelijke effect is niet aantoonbaar. Maar het komt bij mensen van 90 voor, bij zo’n 65% wordt een ophoping van amyloïd gevonden in de hartspier.

De kern kan ook veranderen van structuur. Dit is ook geen leeftijdsafhankelijke structuurverandering. Er ontstaat bijvoorbeeld een vermindering van chromatine (door verminderde eiwitsynthese)

Ook treden er veranderingen op in de mitochondrieën, hun aantal wordt geringer en hun omvang wordt groter. Hierdoor nemen oxidatieve processen niet sterk af.

Veroudering: cellen in verschillende weefsels nemen in aantal af en dat kan komen door necrose en apoptose.

De cellen wat overblijven gaan juist groeien (compensatie).

Het vermogen wordt vermindert van de cel om zijn functie aan te passen aan de gewijzigde omstandigheden (adaptatie). En dat maakt de cel kwetsbaarder voor schadelijke invloeden.

Door veranderingen in het immuunapparaat ontstaan de meeste ouderdomsziekten.

Bijvoorbeeld atherosclerose: deze aandoening berust op de degeneratie van de gladde spiercellen van de vaatwand. Ook zitten er vetachtige stoffen in de vaatwand en die vallen als neerslag neer.

Er zijn een groep ziekten waarvan de vatbaarheid met de leeftijd toeneemt. Bijvoorbeeld, nummer 1: kanker (kwaadaardige, maligne aandoeningen). Dat zijn gezwel vormingen door ongecontroleerde nieuwvorming van cellen en het verspreiden van secundaire tumoren. Dat zijn dus de uitzaaiingen van de maligne cellen.

Ook hebben oudere mensen meer kans op infectieziekten en auto-immuunziekten. Er is een tekortschieting van het immuunapparaat, het lichaam kan zich niet voldoende verdedigend richten op de eigen weefsels. Er is dus een verminderde capaciteit van het immuunapparaat.

Ziekten waarbij het immuunsysteem tekort schiet

- Infectieziekten

De sterkte van de afweerreactie is namelijk minder geworden. Oudere mensen hebben 10x zoveel antigeen nodig om het zelfde antilichaamproductie op te roepen. Sommige antigenen kun je al helemaal niet meer oproepen. De specifieke afweer verdwijnt op deze wijze.

- Auto-immuunziekten

Het immuunapparaat gaat minder nauwkeurig werken. Het onderscheid tussen lichaamsvreemde en lichaamseigenstoffen kan nauwelijks meer gemaakt worden.

Daardoor kunnen antilichamen tegen eiwitten uit het lichaam geproduceerd worden.

Bijv: chronische reuma.

Een voordeel van het verminderde reactiviteit van het immuunapparaat is dat h et daardoor ook opgaat voor getransplanteerde weefsels en organen. Die worden dan niet snel uit het lichaam verstoten omdat het immuunapparaat minder nauwkeurig werkt.

- Kwaadaardige gezwellen

Door de verminderde reactiviteit van het immuunapparaat nemen kwaadaardige tumoren toe. Het vermogen om specifieke antistoffen op te roepen van het lichaam is minder geworden en daardoor kunnen de maligne cellen onverstoord groeien en uitzaaien.

Er treden natuurlijk ook veranderingen op in het zenuwstelsel. Namelijk de weefselmassa neemt af, dit noem je algemene atrofie (afname van neuronen). Het gewicht van de hersenen daalt met 6-11%.

Bij Alzheimer is dit nog veel erger.

De frontale en temporale kwabben verliezen tot 60% van hun neuronen.

De hippocampus kan 80% verliezen van de neuronen.

Van de neuronen die overblijven neemt de kwaliteit af in de loop van het ouder worden. Het aantal dendrieten neemt namelijk af. Ook is er een groot verlies aan synapsen, waardoor het aantal interneuronale connecties afneemt.

Afname neurale functies

Hou ouder je wordt hoe meer veranderingen er op treden, motorisch, sensorisch, geheugen en in emotie en gedrag. Hier worden ze genoemd:

Motorisch: veranderingen in houding, evenwicht en gang.

Sensorisch: zijn er veranderingen in het slaappatroon.

Geheugen: er kan een verlies aan kortetermijngeheugen optreden.

Emotie en gedrag: depressie, angst, agressie kunnen optreden.

Motorische veranderingen

De stabiliteit neemt af als je ouder wordt, daardoor bestaat er veel meer kans op vallen.

De oorzaak hiervan ligt in de coördinatie van de proximale spieren en door de verstijving van de gewrichten door bindweefselveroudering.

Door de vermindering van het coördinatiepatroon wordt het looppatroon ook minder nauwkeurig. De staplengte neemt af, de snelheid van de stap neemt af, de variabiliteit van de staplengte neemt toe en de verlenging van de tijd waarop je tussen twee stappen op beide benen tegelijk rust neemt toe. (Dit echter bij vrouwen erger dan bij mannen).

Sensorische veranderingen

Het slaappatroon gaat over van een periode van een lange diepe slaap in een periode van korte dutjes. (lichte slaap).

De totale slaaptijd neemt toe bij oudere mensen. De slaap is lichter en oudere mensen worden vaker wakker. Het slaappatroon wordt gestuurd vanuit de formatio reticularis.

Geheugen veranderingen

Als je ouder wordt verandert alleen het korte termijn geheugen. Dat komt omdat daar een verminderde afgifte van betrokken transmitters zich voor doet.

Acetylcholine is de primaire transmitter hierbij. Als cholnerge neuronen afnemen kan dat de basis zijn voor geheugenverlies.

Emotie en gedrag

Bij ouderen komen vaak stemmings- en gedragsproblemen voor. Dit gaat vaak samen met het geheugenverlies.

Ook dit komt door een verandering in de afgifte van neurotransmitters of een afname van de dichtheid van de betreffende receptoren.

De motorische problemen worden ook veroorzaakt door een verstoring in de bewegingssturing. Hierdoor vallen mensen eerder en maken ze onnauwkeurige en onwillekeurige bewegingen.

Ook is de beweeglijkheid van de gewrichten afgenomen en is er krachtsvermindering door verlies van spierkracht.

Er is ook meer kans op botbreuken en dit komt doordat de stevigheid van de botten af is genomen.

Het kraakbeen wordt al vroeg en veel gevormd. Maar op hogere leeftijd wordt het kraakbeen minder soepel en minder glad, en daardoor wordt de beweeglijkheid van de gewrichten minder.

Bij skeletspieren zie je vanaf het 30^e levensjaar een geleidelijke afname van kracht. (hangt ook samen met verminderde activiteitenpatroon). Ouderen kunnen dus hun prestatievermogen verbeteren door trainen.

Beenderen veranderen al vroeg in het leven. Er zijn namelijk osteoclasten die voortduren het oude bot afbreken en nieuw bot maken. Ook het vermogen van de botten om Ca++ op te nemen is verminderd.

Osteoporose = abnormaal sterke botafbraak.

Zien

Het oog heeft de meest leeftijdafhankelijke factoren.

Er kan namelijk een vermindering van brekend vermogen en van accommodatiebreedte optreden. Dit noemt men presbyopie.

Ook kan er vermindering van doorzichtigheid van verschillende onderdelen van het oog optreden en ook verminderde gezichtsscherpte.

Oorzaken van de verminderde doorzichtigheid zijn een verdikking en geringe vertroebeling van de cornea, een verkleuring en een eventuele ophoping van pigment in de lens en een toename van insluitlichamen in het corpus vitreum.

Gehoor

Middenoordoofheid is het gehoorverlies het gevolg van een verstoorde overbrenging van de trillingen van het trommelvlies naar het ovale venster waar de gehoorsbeentjes zitten.

Bij ouderen is het dan vaak het gevolg van verminderde beweeglijkheid van de gewrichtjes tussen de gehoorsbeentjes.

Binnenoordoofheid is meer leeftijdafhankelijk. Dit komt door de stijging van de gehoordrempel. Er treedt verlies op van hoge tonen. (oudere mensen horen die hoge piepjes niet meer).

Reuk

Dit komt door de reukdrempel en het vermogen tot discriminatie van verschillende geuren in een mengsel.

De hartfrequentie daalt iets (220-leeftijd) bij oudere mensen. Dit is het gevolg van een afname van de reactiviteit van de SA knoop op noradrenaline.

Ateriosclerose = elke verandering in de arteriële vaatwand die tot een verdikking van de wand leidt. En ook tot een verlies van de rekbaarheid van het vat.

Atherosclerose = een verdikking van endotheel en meia, beschadigingen van het endotheel. En een ophoping van vetachtige stoffen.

De ademhaling van oudere mensen is minder diep en minder snel. Dat komt omdat je de thorax minder makkelijk kan bewegen. En ook zijn er veranderingen in de longen opgetreden. Bijvoorbeeld verdunning van de interalveolaire wanden en verslapping van het longweefsel.

Er kan een vermindering van de longdoorbloeding optreden en daardoor kan het arteriële zuurstofgehalte afnemen.

Ook is de voedselopname, vertering en resorptie min of meer verstoord. Het begint al in de mond, waar het gebit erg verkleurd is, de tanden zijn verouderd en/of verkalkt. Er kan neergang van het tandvleesoptreden, enz.

In de maag is een verminderde productie van het maagsap opgetreden. De pH is dan gestegen en is er veel meer kans op infecties.

In de dunne darm komt de resorptie van Ca++ in gevaar, waardoor de botvorming nog verder afneemt.

In de dikke darm treedt een vertraagde motiliteit op, waardoor de stoelgang stagneert.

Het hormonale stelsel blijft op hoge leeftijd goed functioneren.

Alleen neemt de bloedspiegel van het groeihormoon af. En in de bijnierschors daalt de bloedspiegel van aldosteron. En er is een verminderde afgifte van de schildklierhormonen,.

Veel oudere mensen leiden aan Diabetes Mellitus. Dat betekent dat de bloedsuikerspiegels is verhoogd. Dit wordt gedeeltelijk veroorzaakt door een afgenomen pancreasfunctie (eilandjes van Langerhans). Maar ook overgewicht is een belangrijke functie.

Als je ouder dan 30 bent dan neemt je fysieke prestatievermogen met ongeveer 1 % af per jaar. Door training wordt het prestatievermogen juist verhoogd (max. 25%).

Het is sowieso goed om je in te spannen, ook op oudere leeftijd, want het vermindert de kans op hart en vaatziekten en vermindert de sterftekans.