Deze samenvatting is gebaseerd op het studiejaar 2013-2014.

DEEL 1: Fysiologie 

IX. Hartspiercellen

Vergeleken met skeletspiercellen zijn hartspiercellen korter, vertakt en met elkaar verbonden door middel van glanslijnen. Deze glanslijnen bestaan uit desmosomen, die zorgen voor mechanische verbinding en gap junctions, die zorgen voor elektrische verbinding. Hartspierweefsel is net als skeletspierweefsel dwarsgestreept en opgebouwd uit sacromeren van dikke en dunne filamenten. Contractie van hartspierweefsel wordt echter niet teweeggebracht door neuronen, maar door de pacemaker van het hart, de sinusknoop. Deze produceert spontane, periodieke actiepotentialen. Wanneer er een actiepotentiaal ontstaat in een hartspiercel, wordt deze door de gap junctions doorgegeven naar de volgende cel. Myocyten krijgen informatie van autonome neuronen (sympathicus en parasympaticus). Deze informatie initieert de contractie niet, maar moduleert deze.

Voordat een hartspiercel kan samentrekken moet er Ca2+ via het L-type Ca2+ kanaal de cel instromen. Deze kanalen komen vooral voor in T-tubuli. Vervolgens maakt het Ca2+ contact met het SR in de cel, waardoor er een grote verplaatsing van Ca2+ plaatsvindt (uit het SR het cytosol in). Dit zorgt voor een grote toename van de intracellulaire Ca++ concentratie. De L-type Ca++ kanalen en het SR-Ca-kanaal liggen erg dicht bij elkaar bij de traide. Hierdoor is er een specifieke lokale regeling van de Ca-influx mogelijk. Na influx kan Calcium binden aan troponine C (TNNC1 in hartspierweefsel in tegenstelling tot TNNC2 in skeletspierweefsel), waardoor de kruisbrugcyclus plaats kan vinden.

Hartspiercellen moeten gelijkertijd bij elke hartslag samentrekken en vervolgens compleet ontspannen. De hartspiercellen zijn daarom elektrisch met elkaar verbonden door GAP-junctions. Vanwege deze eigenschappen kan de contractiekracht van hartspiercellen niet worden gereguleerd door meerdere spiercellen te activeren of door de contractie frequentie te verhogen (zoals bij skeletspiercellen). De contractiekracht van hartspiercellen moet daarom gereguleerd worden door alle individuele twitches te versterken of verzwakken. Regulatie vindt voornamelijk plaats door middel van noradrenaline van de sympathicus en acetylcholine van de parasympaticus.

Er geldt: hoe meer Ca++ de hartspiercel instroomt, des te krachtiger is de contractie. Hierdoor zijn er namelijk minder remmende eiwitten. Daarnaast kan ook de gevoeligheid van remmende-eiwitten gereguleerd worden.

Noradrenaline grijpt aan op beta-receptoren en zorgt voor verhoging van cAMP. Hierdoor wordt PKA geactiveerd, dat L-type Ca++ kanalen fosforyleert. De instroom van Ca++ wordt verhoogd, waardoor de contractiekracht toeneemt. Daarnaast worden regulerende eiwitten gefosofyleerd, waardoor deze gevoeliger worden voor Ca++.

Acetylcholine grijpt aan op muscarine receptoren en verhoogt de concentratie cGMP. Fosforylatie van L-type Ca++ kanalen door cGMP -afhankelijke kinase zorgt voor een verminderde Ca++ influx. En dus tot verminderde contractie kracht.

XXII. Het hart als pomp

De hartcyclus

De hartcyclus is de volgorde van mechanische en elektrische activiteiten, die elke hartslag herhalen. Deze cyclus heeft afwisselend een vulperiode en een ledigingperiode. De pacemaker in de sinusknoop bepaald de duur van de hartcyclus. De geleidingseigenschappen van de hartspiercellen bepalen de relatieve duur van de systole en diastole.

Het linker atrium ontvangt zuurstofrijk bloed vanuit de pulmonale circulatie. De rechter atrium ontvangt zuurstofarm bloed van de vena cava inferior en superior. De atria werken als passieve reservoirs en in kleine maten als mechanische pompen. Deze contractie heeft maar kleine invloed op het vullen van de ventrikels, het meeste bloed stroomt passief de ventrikels in. Het belang van de arteriële wordt zichtbaar bij atriumfibrilleren. Hierbij is er chaotische activiteit van de atria, waardoor de hartspiervezels in de atria ongecontroleerd en afzonderlijk contraheren. Bij gezonde mensen veroorzaakt dit meestal geen symptomen, slechts een gevoel van onregelmatige hartslag. Als de patiënt al problemen heeft met zijn hart, kan het gebrek aan atria-contractie leiden tot een verdere verlaging van de cardiac output. Hierdoor kan de bloedvoorziening van perifere weefsel in gevaar komen.

De kleppen tussen atria en ventrikels noemen we de atrioventriculaire kleppen. De rechter AV-klep is detricuspidalisklep (bestaat uit 3 cuspis) en de linker is de mitralisklep (bestaat uit 2 cuspis). Zij laten het bloed maar in één richting door: van atrium naar ventrikel. De kleppen tussen ventrikels en het arteriële systeem zijn de semilunaire kleppen (aortaklep en pulmonale klep). Deze laten het bloed ook slechts in één richting door: van ventrikel naar arterie. De AV-kleppen openen passief wanneer de druk in het atrium groter wordt dan de druk in het ventrikel. Dan stroomt het bloed het ventrikel in. De semi-luminaire kleppen openen passief wanneer de druk in het ventrikel groter wordt dan de druk in de arterie (aorta of pulmonalis). De sluiting van de hartkleppen en de weerkaatsing hiervan over de hartwand, zorgt voor de harttonen.  

De vier fasen van de hartcyclus worden bepaald door de stand van de hartkleppen: de AV-kleppen (valva tricuspidalis en mitralis) en de semilunaire kleppen (valva pulmonalis en aorta).

1.     Vulfase (diastole)
opening AV-kleppen (semilunaire kleppen gesloten)

a.     ventrikels vullen eerst snel en dan steeds langzamer

b.     contractie van de atria, waardoor er nog een kleine vulling plaats vindt.

2.     Isovolumetrische contractie (systole)
sluiten AV-kleppen (semilunaire kleppen gesloten)

a.     isovolumetrische ventriculaire contractie

3.     Ejectie fase (systole)
openen semilunair-kleppen (AV-kleppen gesloten)

a.     snelle ventriculaire ejectie

b.     verminderde ejectie

4.     Isovolumetrische relaxatie (diastole)
sluiten semilunair-kleppen (AV-kleppen gesloten)

a.     isovolumetrische relaxatie

b.     (dicrotic notch)

Figuur 1 uit de bijlage laat de verandering in druk en volume gedurende de hartcyclus zien. De vier verticale vlakken geven de verschillende fases van de hartcyclus aan. In druk-curves is te zien dat de druk in het linker ventrikel hoger is dan in het rechter ventrikel. De volume curve van beide ventrikels is exact gelijk, omdat de cardiac output van beide ventrikels hetzelfde is.

Volvoxc90

De duur van een hartcyclus kan worden berekend door 60 (aantal seconden/minuut) te delen door de hartslag (slagen/minuut). In rust duurt de diastolysche fase langer dan de systolische fase. Wanneer de hartfrequentie toeneemt, zal de diastolische fase meer in lengte afnemen dan de systolische.

Enkele termen moeten gekend worden met betrekking op de fasering van de hartcyclus:

·       Diastase: periode van afnemende vulling van de ventrikels aan het einde van de diastole

·       Dicrotic notch (incisura): kleine verheffing in de aortadruk na het sluiten van de aortaklep. Door traagheid in de bloedstroom en de rekking van de aortawand stroomt het bloed nog door, ook al is de druk in het ventrikel lager dan in de aorta.

ECG

Een ECG (elektrocardiogram) is een weergave van de elektrische stromen in het hart tijdens de hartcyclus. Tijdens de P-top vindt depolarisatie plaats in de atria (contractie vindt plaats). Het QRS-segment geeft depolarisatie van de ventrikels weer. Ook vindt hier repolarisatie van de atria plaats, maar dit valt gelijktijdig met het QRS-segment. Omdat deze depolarisatie van de ventrikels zo sterk is valt de repolarisatie weg op het ECG. Tijdens de T-top vindt repolarisatie van de ventrikels plaats, oftewel de isovolumetrische relaxatie.

Zie figuur 2 in de bijlage.

Harttonen

Harttonen worden veroorzaakt het sluiten van de kleppen en de daardoor veroorzaakte vibraties in aanliggende wanden (kamers of grote vaten). De eerste harttoon, S₁, is te horen na sluiten van de AV-kleppen. Harttoon S₂ treedt op na sluiting van de semilunaire kleppen. Doordat de aortaklep en de valva pulmonalis niet gelijk dicht gaan, kan er fysiologische splitting van S1 in A₂ (aorta) en P₂ (pulmonalis) optreden. Vlak na S₂ is het mogelijk een openingsklik te horen. Dit is voornamelijk het geval bij pathologie van de mitralis, dus bijvoorbeeld een stenose. Een derde harttoon, S₃, treedt soms op tijdens vroege diastole. Snelle vulling van de ventrikels resulteert in een terugslag van de ventrikelwanden, wat gehoord kan worden als S₃. Een harttooncyclus bestaande uit drie tonen, S₁-S₂-S₃, wordt ook wel protodiastolische galop (of ventriculaire galop) genoemd. Wanneer vierde harttoon, S₄, te horen is (bijna altijd pathologisch) spreekt men van een presystolische gallop (S₄-S₁-S₂). Deze vierde harttoon is te horen tijdens een zeer hevige atriale contractie.
Ruis is te horen wanneer de kleppen niet goed sluiten en er bloed langs de kleppen terugstroomt (turbulentie).

Zie figuur 3 in de bijlage.

Aorta en perifere arteriën

Bloedstroom en bloeddruk

De bloedstroom treedt op door het verschil in druk. Stroomrichting is natuurlijk van hoge naar lage druk.

Door het openen en sluiten van de aortaklep schommelt de bloedstroom in de aorta tussen licht negatief en erg positief. De druk wisselt tussen 80 en ongeveer 120 mm Hg. De verandering in druk en bloedstroom vindt ook plaats in de meer perifere arteriën. Omdat de druk varieert tijdens de hartcyclus, varieert ook de weerstand van de vaten. Deze is afhankelijk de druk (rekking vaatwand) en eigenschappen van het vat. Door de fluctuatie in druk en weerstand heeft de bloedstroom niet alleen een amplitude maar ook een fase.

Tijdens de snelle ejectiefase is de bloedstroom in de aorta opvallend hoog, gelijktijdig zorgt dit ook voor een hoge druk. Uiteindelijk stijgt de druk in de aorta tot boven de druk van het ventrikel en sluit de aortaklep zich. Dit gebeurt met een kleine vertraging, doordat het bloed een grote kinetische energie heeft (wet van traagheid: de massa kan niet direct worden geremd). Uiteindelijk vertraagd de bloedstroom in de aorta voldoende, zodat de bloedstroom nul of zelfs even negatief wordt. Distaal van de aorta, in de aftakkingen, daalt de bloedstroom. Daarnaast treedt er  tijdens de diastole een tweede piek op in de bloedstroom. Deze piek is het gevolg van de terugslag van de aortawanden (vernauwing). Opvallend is dat deze piek hoger is in de abdominale aorta. Deze diastolische component van de bloedstroom is van belang in de aa. carotis en renalis.

In drukcurves kunnen we zien dat met toenemende afstand van het hart, het stijgende deel van de curve steiler en smaller wordt. Omdat de druk ook in hoogte toeneemt en de minimumdruk afneemt, worde de puls-druk groter in de aftakkingen. Ook is een tweede drukgolf tijdens diastole waar te nemen. Hoewel het lijkt alsof de arteriële druk toeneemt in de aftakkingen, neemt deze juist af, omdat bloed alleen van hoge naar lage druk stroomt.

In de kleinste arteriën moet de bloedstroom langzaam zijn en dempt de drukgolf uit. Dit gebeurt ten eerste omdat er een netwerk van veel kleine arteriën met totaal een groot wandoppervlakte aanwezig is. Ten tweede hebben de kleine arteriën een smallere straal en dus een grotere weerstand. Wanneer het bloed de haarvaten bereikt, is de drukgolf zodanig uit gedempt, zodat de bloedstroom continu is. De pulmonaire haarvaten zijn hierop een uitzondering.

Zie figuur 4 in de bijlage.

Drukgolven worden veroorzaakt door contractie in het hart. Deze drukgolf breidt zich veel sneller uit over het vaatsysteem dan het bloed zelf. Deze drukgolf is dan ook de “pols” die te voelen is aan de pols van ieder individu. Deze drukgolf, die zich vanaf de aorta naar perifere vaten verspreidt, is eigenlijk een samenstelling van vele individuele golven, met elk een eigen frequentie. Recombinatie van deze golven op perifeer gebied geeft een nieuwe golf met een geheel vertekende vorm in verhouding met de originele aortagolf. De stijfheid, of van de andere kant gezien de rekbaarheid, van de arterie draagt bij aan de snelheid van de drukgolf. Hoe stijver de wand, des te meer neemt de snelheid van de drukgolf toe. Wanneer de wand gemakkelijk uitrekt, neemt de snelheid juist af.

Zoals eerder genoemd is de druk in de capillairen zodanig afgenomen, dat er geen puls meer aanwezig is. Toch kunnen er fluctuaties niet gerelateerd aan de hartcyclus ontstaan. Deze worden veroorzaakt door contractie/verwijding van de kleine arteriën of veranderingen in de druk van het weefsel.  Drukgolven in venen worden niet door arteriële drukgolven veroorzaakt. Er zijn drie mechanisme die kunnen zorgen voor de veneuze puls:

-        Terugwerkende actie van de hartslag
Grote venen dicht bij het hart hebben een eigen complexe pulse golf, synchroon aan de hartcyclus. Voor iedere vene is een grafiek te tekenen met hierin de drukveranderingen. Hierin zal elke drukverandering in het hart met bijbehorende invloed op de vene zichtbaar worden. Tijdens contractie van het hart is de druk in de venen hoog, wanneer de kamers en ventrikels vullen is de druk in de venen laag. Hierdoor wordt bloed als het ware aangezogen.

-        Het ademhalingssysteem
Tijdens inademing verlaagt de intrathoracale druk doordat het diafragma naar beneden wordt gedrukt. Daardoor stijgt de veneuze aanvoer vanuit het hoofd en bovenste extremiteiten. Op het zelfde moment daalt deze aanvoer vanuit de onderste extremiteiten door de hoge abdominale druk. Hierdoor zullen tijdens inademing in jugulaire venen de druk dalen en in femorale venen juist stijgen.

-        Contractie van skeletspieren
grote aderen in de onderste ledenmaten hebben kleppen om te voorkomen dat bloed terug kan stromen. Wanneer een persoon beweegt kunnen de spiercontractie voor verhoging van weefsel druk zorgen, waardoor het bloedstroom wordt bevorderd. De houding van het lichaam heeft ook invloed op veneuze druk. In de voet bijvoorbeeld wordt de druk bij staan verhoogd tot de hydrostatische druk die samenhangt met de kolom bloed van het hart tot aan de voet.

Het hart in beweging

Het hart is een systeem van twee in serie geschakelde pompen. De gespierde wanden van de ventrikels zijn verantwoordelijke voor de pompwerking. De hartwerking wordt autonoom aangestuurd vanaf de pacemakercellen in de sinusknoop (in het rechter atrium). De actiepotentiaal verspreidt zich snel door de myocyten en gespecialiseerde bundels. De impuls kan niet de wand tussen atria en ventrikels passeren. De AV-knoop in deze wand geeft de impuls met een kleine vertraging aan de ventrikels door, zodat deze ejectie kan optreden. De verspreiding van de impuls in het ventrikel verloopt door de bundel van His. Deze bundel heeft een linker en rechter bundeltak, die respectievelijk het linker en rechter ventrikel aansturen. Het systeem van purkinje cellen geeft de impuls door aan de ventriculaire myocyten. Overdracht tussen myocyten vindt plaats door GAP-junctions.

Manier van contraheren

De ventrikels worden omgeven door spiraalvormige en ronde spierlagen.

Het rechter ventrikel contraheert als een blaasbalg. Deze contractie komt tot stand door de volgende drie bewegingen:

·       Longitudinale as van het rechterventrikel verkort wanneer spiraalspieren de ring van de valva tricuspidus richting de apex trekken

·       De vrije wand van het rechter ventrikel beweegt richting het septum (blaasbalg-achtige beweging)

·       Contractie van de diepe circulaire vezels van het linker ventrikel drukt het septum in een boogvorm, zodat het septum in het rechter ventrikel wordt geduwd.

Deze drie bewegingen zorgen voor het uitwerpen van een groot volume, gelijk aan de cardiac output van het linker ventrikel. Het recht ventrikel is echter niet in staat om een hoge druk te produceren.

De mechanische actie van het linker ventrikel wordt door twee bewegingen tot stand gebracht:

·       Contractie van circulaire spierlagen verkleint de diameter van het ventrikel, vanaf de apex naar de basis (alsof je knijpt in een tube tandpasta)

·       Contractie van de spiraalspiertjes trekt de ring van de valva mitralis richting de apex, waardoor de longitudinale as van het ventrikel wordt verkort

De contractie van de circulaire spieren is sterker en verantwoordelijk voor de opbouw van de hoge druk in het linker ventrikel.

Contractie van het atrium is normaal gesproken niet noodzakelijk. Slechts in twee situaties:

-        Bij tachycardie, wanneer de diastolysche interval en dus de tijd voor passieve vulling kort is, kan atriumcontractie voor de nodige vulling zorgen.

-        Bij sommige pathologische omstandigheden, waarbij de AV-kleppen vernauwd zijn.

Contractievolgorde

De SA-knoop bevindt zich in het rechter atrium. Daarom contraheert het rechter atrium eerder dan het linker. Ventriculaire contractie start eerder links en de mitralisklep sluit dan ook eerder dan de tricuspidalisklep. Dit verschil is echter heel klein.

Anderzijds duurt de contractie van het rechter ventrikel korter, omdat deze minder druk hoeft op te bouwen om de pulmonale kleppen te openen. De druk in de longslagader is namelijk niet zo hoog is als in de aorta. Dus de pulmonale kleppen openen iets voor de aortaklep. De aortaklep gaat ook weer eerder dicht door de hogere neerwaartse druk. Hierdoor is de uitwerptijd van het linker ventrikel korter dan de uitwerptijd van het rechter ventrikel. Omdat de pulmonale kleppen eerder openen en later sluiten is de ventriculaire relaxatie in het rechter ventrikel korter dan die van het linker ventrikel.

Meten van volume, druk en bloedstroom

De cardiac output is het hartminuutvolume en wordt gevonden door de hartfrequentie x slagvolume. Het slagvolume wordt gevonden door het eindsystolisch volume (ESV) af te trekken van het einddiastolisch volume (EDV). De ejectie fractie is uit te rekenen door het slagvolume te delen door de EDV. Het geeft aan welk deel van de einddiastolysche vulling door het hart in het arteriële systeem wordt gepompt. De ejectiefractie moet hoger zijn dan 55% procent bij een gezond persoon. De ejectiefractie van beide ventrikels is gelijk.

Het meten van de cardiacale volumes gebeurt met angiografie of echografie. Door middel van (eendimensionaal) M-modus echografie kan men de werking van het linker ventrikel meten, met name de lineaire dimensies en snelheden in de wanden. Door middel van tweedimensionale echografie kan men verscheidene ventriculaire volumes vaststellen:

·       Linker ventriculaire einddiastolisch volume (LVEDV)

·       Linker ventriculair eindsystolisch volume (LVESV)

·       Slagvolume (SV = LVEDV – LVESV)

·       Linker ventriculaire ejectie fractie (LVEF = SV-LVEDV)

Om de druk in het hart te meten gebruikt men katheterisatie. Via de pulmonale slagader wordt de katheter in het rechter hart deel gebracht en via lichaamsslagader wordt de katheter in de linker hart deel gebracht.

PV-loop

De pressure-volume loop is een grafiek waar het volume tegen de druk is uitgezet. De PV-loop zegt veel over de hartfunctie, omdat preload, afterload, contractiliteit en andere gegevens eruit af zijn te lezen. Bij verschillende pathologie van het hart horen dus ook verschillende PV-loops. In figuur 5 in de bijlage staat de standaard PV-loop met erbij de gegevens die er allemaal uit op te maken zijn.

AB: wanneer de mitralisklep opent (A) begint de passieve vulling van het ventrikel. De ventriculaire druk daalt nog ondanks de toestroom van bloed, omdat het ventrikelwand verder ontspant. 

BC: het ventrikel vult verder en het volume stijgt aanzienlijk. Door het grotere volume stijgt de druk ook in kleine maten. Vlak voor punt C vindt de atriumcontractie plaats, waardoor de druk plotseling nog licht stijgt.
 

A tot C vormt de vullingsfase.

CD: wanneer de mitralisklep sluit (C), wordt de ventriculaire vulling beëindigd. Vervolgens vindt isovolumetrische contractie plaats. Alle kleppen zijn gesloten, waardoor het volume niet verandert. Door contractie van de wanden, neemt de druk erg toe (tot 80 mm Hg).
CD vormt de isovolumetrische contractie fase

DE: wanneer de aortaklep opent (D) stroomt bloed vanuit het ventrikel de aorta in. Het volume in het ventrikel neemt af. De ventriculaire spieren verkorten verder, waardoor de druk verder toeneemt tot de systolische waarde (130 mm Hg). De ejectie vindt snel plaats.

EF: wanneer het ventrikel niet meer verder kan contraheren, vermindert de bloeduitstroom en daalt de ventriculaire druk. Uiteindelijk zal de aortaklep sluiten.

D tot F vormt de ejectie (uitstroom) fase

FA: alle kleppen zijn gesloten en de ventriculaire spieren ontspannen. Het volume blijft gelijk, maar de druk daalt erg.

FA vormt de isovolumetrische relaxatie fase.

Dus FABC representeert de diastole, CDEF de systole.

De druk-volume-loop van het rechterventrikel heeft dezelfde algemene vorm, maarde druk waarden zijn vele malen lager.

Arbeid

Voor de druk die nodig is een bepaalde vloeistof te bewegen is externe arbeid nodig. Deze wordt als volgt berekend: W = P x ΔV (oppervlakte onder druk-volume-loop). Hierin is W de arbeid, P de druk en ΔV het volume dat verplaatst moet worden. Omdat in deze formule de snelheid waarmee het bloed door de ventrikels weg wordt gepompt wordt verwaarloosd, zou de arbeid per hartslag het volgende moeten zijn: W = P x ΔV x ½ mv² . Tijdens contractie van de hartspier ontstaat ook veel warmte, zoals bij meeste geleverde arbeid. Dit moet meegenomen worden in de berekening van de energie die wordt omgezet gedurende een hartcyclus: E = P x ΔV x ½ mv² x k x T x Δt. Onthoud dat de spanningshitte (Δt, tension heat) de grootste determinant is voor de energiebehoefte van het hart. De mechanische efficiëntie van de hartspier kan ook berekend worden: W/E.

Contractiele filamenten vormen de pomp

Calcium-induced calcium release

Excitatie-contractie koppeling van hartspiercellen is vergelijkbaar met die van skeletspieren. De initiëring is echter verschillend. Bij skeletspieren zorgt een actiepotentiaal op een neuromusculaire junction en de afgifte van ACh voor een EPP. In hartspiercellen zorgen actiepotentialen in aangrenzende cellen via GAP-junctions voor depolarisatie van andere hartspiercellen. Ook bij hartspiercellen wordt de actiepotentiaal in de cel geleidt via T-tubuli. Hier verlopen ze radiaal en worden door axiale T-tubuli met elkaar verbonden.

De initiator van de contractie van de myocyten van het hart is calcium. In de T-tubuli liggen L-type Ca++ kanalen. Via calcium-induced calcium release (CICR) komt er genoeg calcium vrij om te contraheren. Het CICR systeem verloopt als volgt:

·       Actiepotentiaal komt aan in T-tubuli, hier bevinden zich L-type Ca++ kanalen.

·       L-type Ca++ kanalen openen en Ca++ stroomt de cel in.

·       Activatie RYR2 calcium kanalen in sarcoplasmatisch reticulum

·       Calcium komt vrij uit SR

·       Contractie vindt plaats

o   Kruisbrugcyclus

·       Calcium wordt weer teruggevoerd naar het SR (90%) en buiten de cel (10%)

·       Relaxatie

De myocyten zijn opgebouwd uit dunne en dikke filamenten. Nadat de intracellulaire Ca-concentratie is toegenomen, bindt Ca++ aan troponine C. Hierdoor draait tropomyosine van de myosine-binding plaatst af en kan actine en myosine binden. De werkelijke relaxatie van contractiele eiwitten hangen af van drie processen: transport van calcium naar de extracellulaire vloeistof, heropname van calcium vanuit het cytosol in het SR, en dissociatie van calcium van troponine C.

Transport van calcium naar de extracellulaire vloeistof kan op twee manieren verlopen: met een sarcolemmale Na-Ca uitwisselaar (NCX1, alleen werkzaam bij hoge concentraties calcium) of een sarcolemmale calcium pomp (subtypes 1 en 2, ook werkzaam bij lage concentraties).

Heropname van calcium in het SR verloopt via de SERCA2a pomp, welke wordt gereguleerd door het eiwit fosfolamban (PLN). Fosforylering van PLN heeft opheffing van inhibitie van SERCA2a tot gevolg waardoor calcium snel opgenomen kan worden in het SR.

Lengte-tensie diagrammen

Bij hartspierweefsel begint de passieve lengte-tensie diagram al op korte lengtes te stijgen, met een grote helling. Wanneer de hartspier extreem wordt uitgerekt, zal het weefsel breken. De reden voor deze hoge passieve kracht is dat de elastische componenten van hartspierweefsel niet goed uit rekbaar zijn. De belangrijkste elastische component van hartspierweefsel is het eiwit titine. Titine werkt rekkende krachten tegen en herstelt de kracht tijdens verkorting.

Bij gemiddelde sacromeerlengte (2.2 μm)  is de actieve kracht het grootst, omdat de actine-myosine filamenten dan het meest overlappen. De hoge actieve kracht van hartspiercellen bij langere sacromeerlengte (2,4 μm, als de filamenten niet meer goed overlappen)  is te verklaren door de volgende twee zaken:

·       Bij een sarcomeerlengte boven de 1,8 μm vergroot de calcium sensitiviteit van de myofilamenten

·       Bij een sarcomeerlengte boven de 1,8 μm vergroot de spanning op de rekking-geactiveerde calciumkanalen, wat instroom van calcium vergroot en dus CICR tot gevolg heeft

De wet van Starling

De wet van Starling zegt dat het hart met een grotere vezellengte, meer mechanische energie kan leveren. Starling nam aan dat de afhankelijke lengte van hartspiervezels gelijk is aan de eind diastolysche volume (EDV) en dat de spanning in de vezels gelijk is aan de systolische druk.

Figuur 6 uit de bijlage laat zien dat het hart meer druk en dus meer bloed kan leveren, als deze in eerste instantie beter gevuld wordt met bloed (meer veneuze aanlevering).

Functionele eigenschappen

De functionele eigenschappen van de hartspier hangen van veel factoren, maar met name van:

·       de sarcomeerlengte

·       de kracht die contraherende myocyten moeten overstijgen (druk in de arterien)

Het positieve staircase fenomeen houdt in dat met stijging van de tensie, de hartfrequentie ook toeneemt.

Contractiliteit kan afgelezen worden uit de PV-loop. Het is de mate van drukontwikkeling tijdens ejectie, oftewel de snelheid van ejectie.

XXIII. Regulatie van arteriele druk en cardiac output

Het belangrijkste om bij patiënten te controleren zijn de vitale functies: hartslag, bloeddruk, ademfrequentie en temperatuur. Deze functies zijn de fundamentele aspecten van gezondheid, en zelfs van overleving.

Het circulaire systeem zorgt voor verspreiding van het bloed door de arteriële druk (“mean arterial pressure”, MAP) te reguleren. Deze moet constant en hoog genoeg zijn om alle weefsels van voldoende perfusie te voorzien.

Neurale reflexen op bloeddrukfluctuaties

Om de MAP te reguleren maakt het neurale systeem gebruik van negatieve feedback loops. Deze verlopen allemaal volgens het volgende systeem:

·       Detector

·       Afferente neurale pathways

·       Coördinerend centrum

·       Efferente neurale pathways

·       Effectoren

Een gelijksoortig systeem beïnvloed de MAP. Baroreceptoren werken als detectoren, die de omvang van de arteriële wanden registreren. Daarnaast bevinden zich ook chemoreceptoren in de wand, die PO₂ PCO₂ en PH registeren. De controle centra zijn gelegen in de medulla, maar de cerebrale cortex en hypothalamus spelen ook een rol. De effectoren zijn de pacemakercellen, de hartspiercellen, de gladde spiercellen van de vaatwand en de medulla.

Baroreceptor regulatie van de arteriële druk

De negatieve feedbackloop die start bij de baroreceptoren in de sinus carotis en de aortaboog. Wanneer deze een te hoge druk registreren, sturen zij een veel signalen naar de medulla. Via de medulla obliongata worden efferente signalen afgegeven aan het hart en de vaten waardoor bradycardie en vasodilatatie de te hoge bloeddruk tegengaan. Wanneer de baroreceptoren een te lage bloeddruk registreren, zorgt de negatieve feedbackloop juist voor vasoconstrictie en tachycardie.

Het sensorische-bloeddruk systeem heeft plaatsen waar hoge bloeddruk wordt geregistreerd en gebieden waar een lage bloeddruk wordt geregistreerd. De lage-druk-gebieden registeren de veneuze bloeddruk (deze worden later besproken).

De twee belangrijkste hoge-druk-gebieden zijn de sinus carotis en de arcus aortae. Afhankelijk van de mate van rekking vuren ze in  een bepaalde frequentie signalen naar de medulla, welke hieruit kan opnemen of er bloeddrukverhoging of –verlaging moet plaatsvinden. Een hoge frequentie actiepotentialen staat voor een druktoename, een verlaging van de frequentie actiepotentialen staat voor een drukafname. Baroreceptoren zijn gevoelig voor zowel golf als amplitude van drukveranderingen.

Zodra er een verhoging in de bloeddruk geregistreerd is, wordt er een hoge frequentie signalen naar de medulla gevoerd. De afferente pathway van de sinus carotis is de nervus sinus, die wordt samenvoegd met de nervus glossopharyngeus. De afferente pathways van de arcus aortae volgen de depressor tak van de nervus vagus.

Het gehele complex van medullaire nuclei betrokken bij de cardiovasculaire regulatie wordt het medullaire cardiovasculaire centrum genoemd. De meeste afferente vezels van de twee hoge druk receptoren projecteren hun info op de nucleus tractus solitarius (NTS).

Het vuren van de baroreceptoren grijpt op verschillende punten in de medulla aan:

-        Inhiberende interneuronen projecteren vanaf de NTS op het vasomotorische gebied in de ventrolaterale medullla. Stimulatie  van dit gebeid heeft vasoconstrictie als gevolg. Wanneer inhiberende interneuronen van het NTS gaan vuren leidt dit dus tot vasodilatatie.

-        Exciterende interneuronen projecteren vanaf de NTS op het cardioinhibitor gebied, welke wordt gevormd door de nucleus ambiguus en de dorsale motor nucleus van de nervus vagus. Deze exciterende interneuronen hebben bradycardie tot gevolg.

DE bradycardie en vasodilatatie gaan de verhoogde bloeddruk tegen.
Wanneer er een lage druk wordt geregistreerd door de baroreceptoren, vuren zij met een lagere frequentie. Dit leidt tot minder bardycardie en vasodilatatie, dus eigenlijk voor tachycardie en vasoconstrictie. 

Efferente pathways van de baroreceptor respons omvatten zowel het sympathische als parasympathische vezels. Deze pathways hebben verschillende uitwerking op de onderdelen van het vasculaire systeem, grijpen aan met verschillende neurotransmitters, op andere receptoren, waarna de biologische respons intracellulair ook nog kan verschillen.

Het sympathische zenuwstelsel beïnvloed het hart via cardiale zenuwen, die een plexus in het hart vormen. De postgangionaire neuronen innerveren met noradrenaline de B1-receptoren in de sinusknoop, atria en ventrikels. Het effect is verhogen van de hartfrequentie en de contractiliteit. Daarnaast heeft sympathische stimulatie vasodilatatie in skeletspieren, longen en hersenen door binding aan B2-receptoren en vasoconstrictie in de verteringsorganen door binding aan a1-receptoren tot gevolg.

Het parasympatische zenuwstelsel beïnvloed het hart via postgangionaire neuronen met acetylcholine. Stimulatie van M2-receptoren leidt tot verlaging van de hartfrequentie door remmen van de SA-knoop. Daarnaast wordt de geleiding door de AV-knoop geremd, waardoor de contractiliteit afneemt. Het parasympatische zenuwstelsel heeft een vaatverwijdend effect in de verteringsorganen en klieren.

Hogere invloeden

Het medullaire cardiovasculaire centrum houdt de bloeddruk onder controle. Maar de medulla staat ook onder invloed van hogere hersen centra. De hypothalamus beïnvloed vele cardiovasculaire responsen. De cerebrale cortex beïnvloed weer de hypothalamus en haar stimulerende en inhiberend pathways.

Chemoreceptors

Secundaire neurale regulatie van de arteriële bloeddruk hangt af van chemoreceptoren. De perifere chemoreseptoren geven een positieve drive aan het vasomotor centrum . De chemoreceptoren reageren op een daling van PO₂  of een stijging van PCO₂ (PH↓) met vasoconstrictie en bradycardie. Tegenovergestelde metingen van PO₂ , PCO₂ en PH leiden tot vasodilatatie en tachycardie, omdat de chemoreceptoren dan minder signalen vuren.

De perifere chomreceptoren – waarvan de primaire functie de regulatie van ventilatie is – liggen dicht bij de baroreceptoren. Ook hiervan zijn twee types: glomus caroticum en glomus aortae. De glomus caroticum houdt de samenstelling van het arteriële bloed in de gaten. De chemosensitieve cel in de glomus caroticum is de glomus cel, welke door middel van synapsen is verbonden met nervus IX. Stijging van de koolstofdioxide druk, of daling van de zuurtsof druk, zet deze cel aan met een hogere frequentie te vuren (net als bij baroreceptoren). De glomus aortae staat in contact met de nervus X.

Perifere chemoreceptoren reageren voornamelijk op een lage PO₂. De fluctuaties van PO₂, die normaal optreden bij mensen, zijn niet groot genoeg om de bloeddruk of hartslag te beïnvloeden. De chemoreceptoren spelen alleen een rol bij ernstige hypoxie. Als reactie hierop vindt vasoconstrictie en bradycardie plaats. De hoge PCO₂ die gepaard gaat met hypoxie, zal de ventilatiereflex stimuleren, waardoor de PO₂  weer toe zal nemen. Het netto gevolg is tachycardie als reactie op de ventilatie-reflex.

Naast perifere chemoreceptoren zijn er ook centrale chemoreceptoren in de medulla aanwezig. Deze registeren een lage pH in het brein, wat een verhoogde koolstofdioxidedruk betekent. Deze receptoren beïnvloeden eveneens het vasomotorische gebied. Een hoge koolstofdioxidedruk zorgt voor stimulering van de sympathicus en resulteert in vasoconstrictie.

Regulatie van de Cardiac Output

Het hart is een belangrijk orgaan in de feedbackloop van de arteriële druk.  Wanneer deze de cardiac output verhoogd, zorgt dit voor een verhoging van de arteriële druk. De cardiac output is het product van de hartfrequentie en het slagvolume. Deze beide factoren staan onder controle van regulatie mechanismen van het hart en extrinsieke neurale en hormonale pathways.

Wanneer de diastole toeneemt, neemt de hartfrequentie af. De diastolische interval wordt bepaald door het actiepotentiaal die wordt afgevoerd door de SA-knoop.

Het slagvolume is het verschil tussen EDV en ESV. EDV hangt af van de volgende zaken:

·       Druk tijdens het vullen van het ventrikel.
Hoe hoger de veneuze terugstroom, hoe hoger de vuldruk van het atrium en hoe hoger de vuldruk van het ventrikel en dus is de EDV hoger.

·       Tijd om te vullen
hoe langer de vultijd, hoe groter de EDV.

·       Venriculaire uitrekbaarheid
wanneer de uitrekbaarheid toeneemt, zal een bepaalde vuldruk een grotere toename van het ventriculaire volume veroorzaken. Hierdoor ontstaat een grotere EDV.

Het ESV wordt bepaald door:

·       Preload (einddiastolisch volume)
Volgens de wet van Starling: verhoging van het EDV, verhoogd de rek van de hartspier en de kracht van de contractie, hierdoor is ook ESV lager.

·       Afterload (de kracht die nodig is om de aortaklep te doen openen)
wanneer de afterload hoger is, moet het hart meer kracht leveren om bloed in het arteriële systeem te pompen. De ESV wordt lager.

·       Hartfrequentie
een hogere hartslag leidt tot een verhoogde Ca++ influx, waardoor de contractiliteit verhoogd en de ESV afneemt.

·       Contractiliteit
wanneer de contractiliteit toeneemt, kan het hart beter leeggepompt worden en neemt ESV af.

Het parasympatische en sympathische systeem reguleren de cardiac output door hartvolume en frequentie te beïnvloeden. Baro- en chemoreceptor regulatie hebben door hun invloed op hartslag en slagvolume, maar ze monitoren de CO niet. Zij reageren niet spontaan op veranderingen in de CO tenzij er veranderingen optreden in arteriële druk of samenstelling van het arteriële bloed.

Lage-druk baroreceptoren in de atria reageren op een vergrote vulling van het vasculaire systeem. Reactie hierop is tachycardie, renale vasodilatatie en diurese. Deze lage-druk receptoren bevinden zich op strategische plekken: arteria pulmonalis, de junction van de atria met hun corresponderende venen, in de atria zelf en in de ventrikels. Zo nemen zij deel aan regulatie van het effectieve circulatie volume. Zij registreren de volheid van de circulatie en kunnen reageren door het circulerend volume of de cardiale output te beïnvloeden. Zou hebben zij ook indirect effect op de gemiddelde arteriële druk.

Er zijn A en B types atriale receptoren. B vezels houden het atriale volume in de gaten, A vezels de hartfrequentie. De afferente routes van de lage-druk-receptoren zijn vergelijkbaar met die voor hoge-druk-receptoren. Zij reizen langs de nervus vagus naar het NTS en nuclei van de cardiovasculaire centra. Stimulering van het hoge-druk-systeem verlaagd de hartslag (baroreflex), terwijl het lage-druk-systeem juist de hartslag verhoogd (brainbridge reflex). bovendien zorgt stimulatie van het hoge-druk-systeem voor vasodilatatie en zorgt het lage-druk-systeem voor vasodilatatie in de nier, zodat de diurese verhoogd.

De Brainbridge reflex is de respons van tachycardie op een verhoogde veneuze terugvloed. Wanneer het bloed volume verhoogd, gaan de lage-druk-B-receptoren meer actiepotentialen vuren. De efferente vezels van het reflex bestaan uit parasympatische en sympathische vezels. Sympathische vezels gaan naar de SA-knoop en verhogen de hartslag. Eigenlijk is het brainbridge reflex een tegenwicht voor het baroreceptor reflex. Over het algemeen geldt dat tijdens volume-vulling de brainbridge reflex overheerst en tijdens volume-ejectie de baroreceptor-reflex overheerst.

Verhoogde atriale vulling met consequente rekking van de atriale mechanoreceptoren stimuleert diurese door drie efferente mechanismen (de eerste twee neuraal gemedieerd):

·       Tachycardie in combinatie met verminderde sympathische vasoconstrictie in de nieren vergroot de renale bloedstroom

·       Atriale baroreceptoren veroorzaken secretie van AVP (arginin vasopressie, antidiuretisch hormoon)

·       De rekking van de atriale myocyten zorgt voor vrijmaking van ANP (atriale natriuretische peptide)

Samenvattend uit bovenstaand verhaal kunnen we drie responsen opstellen welke voor regulatie van de cardiac output:

·       De brainbridge reflex

·       De baroreceptor reflex

·       De wet van Starling

CO = VR (venous return)

In principe geldt natuurlijk alles wat erin komt moet er uit en andersom, als we kijken naar de volumes die het hart passeren. De veneuze instroom is de bloedstroom die terugkeert naar het hart. Meestal wordt de term systemische veneuze return gebruikt: de veneuze instroom van de rechterkant van het hart. Deze is per definitie gelijk aan de cardiac output van de linker kant.

De rechter atriale druk (RAP) bepaalt de mate van ventriculaire vulling en is afhankelijk van de veneuze return.

De ‘mean systemic filling pressure’(MSFP) is de druk in de arteriën, capillairen, venen en het rechter atrium, wanneer het hart in rust is. MSFP is afhankelijk van de het bloedvolume dat in het gehele vasculaire systeem aanwezig is. Wanneer bloed vanuit de venen in het rechter atrium wordt gepompt, stijgt RAP boven MSFP.

Regulatie van de circulatie (lange termijn)

Naast de snelwerkende neurale mechanisme zijn er twee klassen humorale controles, die de circulatie beïnvloeden:

1.     vasoactieve substanties in het bloed of de nabijheid van vasculair glad spierweefsel veranderen de vasomotor tonus van de arteriën en venen. Dit beïnvloed de bloeddruk en de distributie van de bloedstroom

2.     nonvasoactieve substanties, welke zich richten op niet cardiovasculaire doelen, reguleren het effectieve circulatie volume door het volume van het extracellulaire vloeistof te beïnvloeden. Hierdoor kunnen zij de vulling van bloedvaten en dus de gemiddelde arteriële druk en het hartminuutvolume beïnvloeden.

Chemische messengers die de bloedvaten beïnvloeden kunnen amines, peptides, eiwitten, derivativen, gassen zoals NO of arachidonisch zuur zijn. Deze hebben allen een vasoconstrictief of –dilatatief effect.

Het volume van de extracellulaire vloeistof bestaat uit bloedplasma en weefselvloeistof. Kleine opgeloste stoffen kunnen vrij over de capillairwand worden uitgewisseld. Hierbij speelt de osmotische waarde van beide de extracellulaire vloeistof en het bloed een grote rol. Door het plasmavolume te verhogen kan de extracellulaire volume worden vergroot.

Pathways voor de regulatie van renale controle van de volume van extracellulair vloeistof zijn primair lange termijn regulatoren van de mean arterial pressure. Enkele belangrijke factoren voor deze renale controle zijn:

·       de renine-ANGII-aldosteron as

·       het autonome zenuwstelsel

·       de “posterior pituitary welke AVP secreteert

·       atriale myocyten die ANP vrijmaken

Het principe van de nier zal later besproken worden.

XXV. De controle van hart- en bloedvatenstelsel

Het cardiovasculair systeem wordt beïnvloed door lokale aansturing, aansturing door het betreffende orgaan en systemische aansturing. De werking van het cardiovasculaire systeem wordt bepaald door allerlei verschillende factoren, die een sterke onderlinge relatie hebben. De relaties tussen delen van het cardiovasculair systeem kunnen weergegeven worden in een lineair schema. Het hele cardiovasculair systeem kan weergegeven worden als een grote vertakte boom, maar het best kan het cardiovasculair systeem weergegeven worden in een gekoppeld diagram. Hierin kunnen ook feedbackloops voorkomen of factoren die verschillende andere factoren beïnvloeden.

Wanneer we het cardiovasculair systeem als één geheel bekijken, moeten we er rekening mee houden dat het bestaat uit meerdere subsystemen die allemaal elkaar beïnvloeden. Ook moet rekening gehouden worden met controlesystemen buiten het cardiovasculair systeem. Deze controlesystemen zijn:

·        Het autonoom zenuwstelsel, dit heeft een directe invloed op het cardiovasculair systeem.

·        Het ademhalingsstelsel, dit beïnvloedt het cardiovasculair systeem van bradycardie (een te langzame hartslag) naar tachycardie (een te snelle hartslag), wanneer de  perifere chemoreceptoren een te lage zuurstofdruk hebben geregisteerd. Ook zorgt inademen ervoor dat de druk in de thorax lager wordt, waardoor de veneuze return verhoogd wordt. Verder adem je kleine hoeveelheden water uit, wat uiteindelijk voor een verlaging van het bloedvolume leidt.

·        Hematopoïetische organen en de lever, deze beïnvloeden de samenstelling van het bloed. Hierdoor bepalen ze onder andere de viscositeit en colloïd osmotische waarde van het bloed. Dit heeft weer invloed op de verspreiding van de extracellulaire vloeistof tussen het bloedplasma en het interstitium (de extracellulaire ruimte).

·        Het verterings- en uitscheidingsstelsel, deze stelsels hebben de belangrijkste rol bij het reguleren van de in- en output van elektrolyten en water. Hierdoor hebben ze een sterke invloed op het volume en de elektrolytsamenstelling van de extracellulaire vloeistof. Dit is belangrijk bij de lange termijn controle van de bloeddruk.

·        Het endocriene systeem, een deel van dit systeem heeft een grote invloed op het cardiovasculair systeem, zoals adrenaline. Andere hormonen zijn bijvoorbeeld vasoactief (veroorzaken vasodilatatie of –relaxatie) of reguleren het volume of de elektrolytsamenstelling van het bloed.

·        Het temperatuurcontrolesysteem, dit maakt veel gebruik van het cardiovasculair systeem. Wanneer bloed vanuit de lichaamskern naar de huid stroomt, kan namelijk warmte afgegeven worden. Een deel van het warmteverlies treedt op bij het verdampen van zweet uit de zweetklieren. Hierdoor vermindert, via een daling van de extracellulaire vloeistof, uiteindelijk het bloedvolume.

Er zijn vier belangrijke belastingen van het cardiovasculair systeem die hieronder besproken zullen worden: orthostase (rechtop staan), emotionele stress, inspanning en bloeding.

Cardiovasculaire reactie op opstaan

In normale omstandigheden bevindt 2/3 deel  van het bloed zich in de systemische circulatie. Zonder compensatoire mechanismen, zou bij opstaan veel bloed van de centrale bloedreservoirs naar de grote aderen in de benen zakken. Hierdoor zou de arteriële bloeddruk, de veneuze return en dus uiteindelijk de cardiac output veel afnemen.

Dit is te illustreren aan de hand van een met 5 liter bloed gevulde, 180 cm hoge, uitrekbare cilinder, als model voor een persoon. Als het hart niet zou pompen en de cilinder horizontaal zou liggen, zou de druk in de bloedvaten overal ongeveer 7 mm Hg zijn (MSFP). Als we bij de 5 liter bloed die de cilinder bevat 100 ml toevoegen, zou de druk in de circulatie ongeveer 1 mm Hg stijgen. De rekbaarheid (een waarde voor de neiging van een hol orgaan om te veranderen bij een verandering van het volume) is in een formule samen te vatten als: relatieve uitrekbaarheid = (ΔV/V₀)/(ΔP). In dit geval wordt dit dus: relatieve uitrekbaarheid = (100mL/5000mL)/(1mm Hg) = 0.02/mm Hg. (Boron, 2009: p. 596)

Wanneer de cilinder rechtop gezet wordt (orthostase), heeft de zwaartekracht invloed op de verdeling van het bloed in de cilinder. De hoogste bloeddruk zal dus onderin de cilinder te vinden zijn en de cilinder zal aan de onderkant maximaal uitzetten. Helemaal bovenin de cilinder zal het bloed afwezig zijn, omdat het bloed allemaal naar beneden gezakt is. In dit model zal het bloed bij het rechtop zetten van de cilinder 80 cm dalen. Als het hart op 50 cm afstand van de top zou zitten, zou het bloed dus 30 cm onder het niveau van het hart blijven. Er zou dus geen bloed terugstromen naar het hart, omdat de RAP negatief zou worden. Het hart heeft een positieve RAP nodig om bloed te kunnen pompen. De cardiac output zal dus nul worden. Kortom: De afname in veneuze return, leidt tot een daling van de arteriële druk, waardoor het slagvolume en ds de arteriële druk afneemt.

In dit model zou de RAP negatief worden, maar wanneer een persoon opstaat gebeurt dit niet. Dit is te danken aan met name vier mechanismen, waarvan twee anatomisch en twee fysiologisch zijn:

·        Een oneerlijke beginverdeling van het bloed: in een liggend persoon zit het grootste deel van het bloed dat in grote vaten zit in het centrale volume, dus in de buurt van het hart. Het grootste deel van het bloed dat de benen in gaat bij orthostase komt uit de compartimenten in de thorax. Als een groot deel van het bloed dat naar beneden zakt uit het hoofd zou komen, zou de bloedverplaatsing veel groter zijn. De verplaatsing van het bloed vanuit de delen van de bloedsomloop in de thorax naar de benen wordt veroorzaakt door een gelijk gebleven cardiac output in combinatie met een verminderde veneuze return.

·        Een verschil in uitrekbaarheid van verschillende vaten: wanneer de vaten van de benen minder uitrekbaar zouden zijn, zou er minder bloed naar de benen verplaatsen. Bloedvaten in de benen zijn kleiner dan bijvoorbeeld de aorta of de vena cava en kleinere vaten zijn minder uitrekbaar dan grotere vaten. Bij opstaan zou de bloedkolom het hart juist nog bereiken wanneer de vaten een uitrekbaarheid van 0.01 mm Hg hadden. Bij rustig opstaan ligt het punt waarop de bloeddruk gelijk is aan de atmosferische druk ongeveer op het niveau van het rechter atrium. Wanneer de uitrekbaarheid van de vaten verder af zou nemen, zou de bloedkolom hoger komen en zou de veneuze return groter zijn.

·        Spierpompen: wanneer iemand staat, zorgen spierbewegingen samen met de in de vaten aanwezige kleppen voor de bloedstroom naar het hart toe. Bloedvaten in de buikregio veranderen niet bij opstaan, omdat de druk in het abdomen gelijk gehouden wordt door de buikspieren rondom de met water gevulde zak waarin de organen liggen.

·        Autonome reflexen: bij opstaan vermindert de veneuze return, waardoor de RAP vermindert. Hierdoor vermindert het slagvolume en dus de bloeddruk. Hoge-druk-baroreceptoren reageren op deze verandering door via de sympathicus de bloedvaten (met name in de benen) te vernauwen, de hartfrequentie te verhogen en de contractiliteit van het hart te verhogen. Hierdoor wordt de MAP weer hersteld.

De mate waarin de orthostatische respons optreedt (de mate van de toename van de perifere weerstand en hartfrequentie), hangt af van factoren van vrijwel het hele cardiovasculair systeem. Twee voorbeelden van factoren waarvan de orthostatische respons afhangt zijn:

·        De mate van de bloeddrukdaling: zeer gevoelige personen kunnen een zo grote bloeddrukdaling krijgen bij opstaan, dat ze flauw kunnen vallen als gevolg van een tekortschietende doorbloeding van de hersenen.

·        De temperatuur: in een koele omgeving zijn de vaten in de benen al kleiner. Door deze hogere weerstand van de vaten in de benen kan de afname van bloeddruk klein zijn. In een warme omgeving zijn de vaten in de huid verwijd. Hierdoor kan het bloed zich sneller vanuit de thorax verplaatsen. De effecten van het opstaan zullen dus groter zijn.

Cardiovasculaire reactie op emotionele stress

‘Fight-or-flight’-reactie

Een voorbeeld van een sterke reactie op emotionele stress is de ‘fight-or-flight’-reactie in dieren. Een sterke emotionele reactie bij mensen kan lijken op deze reactie. De ‘fight-or-flight’-reactie hangt niet af van perifere sensoren of reflexen, maar ontstaat in het centraal zenuwstelsel. Sensorische centra in de cortex activeren de amygdala, een deel van het limbisch systeem. De amygdala activeert de locus coeruleus en hypothalamische kernen. De locus coeruleus activeert de nucleus paraventricularis in de hypothalamus. De activatie van deze kern heeft een aantal effecten:

Endocriene effecten van de nucleus paraventricularis zijn:

·        De afgifte van arginine vasopressine (AVP), waardoor de urineproductie vermindert.

·        De afgifte van corticotropin-releasing hormoon, waardoor de hypothalamus-hypofyse-bijnier-as geactiveerd wordt. De hypothalamus-hypofyse-bijnier-as geeft cortisol af, wat ervoor zorgt dat bepaalde eiwitten afgebroken wordt, waardoor energie vrijkomt voor de spieren.

De nucleus paraventricularis heeft ook effecten op het autonome zenuwstelsel via:

·        Projecties op delen van het cardiovasculaire centrum in de medulla.

·        Projecties op de spinale intermediolaterale kolom.

De ‘fight-or-flight’-reactie bestaat dus uit het volgende:

·        Een toename van de bloedstroom naar skeletspieren. Deze toename treedt direct op in dieren. In mensen en andere zoogdieren neemt de bloedstroom naar de skeletspieren ook secundair toe door  de werking van adrenaline op de β₂-receptoren op deze bloedvaten. Bij inspanning komen metabolieten in de spieren vrij, waardoor de bloedstroom naar de spieren verder toeneemt.

·        Er veranderd weinig aan de doorbloeding van de huid, tenzij de sympathicus stimuleert tot zweten. Dan treedt vaatverwijding van de arteriolen in de huid en vernauwing van de venulen op, zodat er veel filtratie plaats vindt.

·         

·        De afgifte van adrenaline door de bijnier, waardoor in bloedvaten in spieren via β₂-adrenoceptoren vasodilatatie optreedt en in bloedvaten in de organen zorgt voor vasoconstrictie via α₁-adrenoceptoren. De vasoconstrictie van de bloedvaten naar de organen treedt ook op door de verhoogde sympathische activiteit.

·        De bloedstroom naar de nieren wordt vermindert door vasoconstrictie

·         De toename van de sympathische activiteit en de afname van de parasympathische activiteit zorgen voor een toename van de hartfrequentie en de contractiliteit. Hierdoor wordt de cardiac output verhoogd.

·        Een verminderde urineproductie door de grote hoeveelheid AVP. Hierdoor wordt het bloedvolume behouden.

·        Afhankelijk van de verhouding tussen vasoconstrictie en vasodilatatie wordt de totale perifere weerstand verhoogd of verlaagd. Door de verhoging van de cardiac output wordt de slagaderdruk echter verhoogd.

Vasovagale syncope

Bij sterke emotionele stress, het zien van bloed of acute pijn kan iemand ook flauwvallen: een vasovagale syncope. Een vasovagale syncope treedt meestal op wanneer iemand staat of zit. De oorzaak is een voorbijgaande daling van de perfusiedruk in de hersenen.

De vasovagale syncope begint met de activatie van speciale delen van de cerebrale cortex, zoals het voorste deel van de gyrus cinguli. Het precieze mechanisme van de vasovagale syncope is niet bekend, maar het wordt toegeschreven aan de Bezold-Jarisch reflex, waarbij bradycardie, hypotensie en apneu optreden. De Bezold-Jarisch reflex kan optreden na de intraveneuze injectie van veratrum-alkaloïden, contrastmateriaal of trombolytische stoffen, waarschijnlijk door de stimulatie van ventriculaire receptoren. Het is mogelijk dat deze stoffen de receptoren activeren die normaal bij een hoge bloeddruk geactiveerd worden. Ook stimuli die afwijken van de stimuli die een Bezold-Jarisch reflex veroorzaken kunnen een vasovagale syncope veroorzaken. Een vasovagale syncope ontstaat doordat afferenten signalen het centrale zenuwstelsel vervoeren, die via autonome kernen in de medulla het parasympatische systeem stimuleren en het sympathisch systeem remmen.

Bij een vasovagale syncope treden een aantal effecten op:

·        Een zeer grote vasodilatatie doordat het wegvallen van de sympathische stimulatie van de vaten in skeletspieren, nieren en hersenen.  Hierdoor daalt de bloeddruk, maar een normale baroreceptor-reactie blijft uit.

·        De cardiac output vermindert doordat de parasympathicus bradycardie en een verminderd slagvolume veroorzaakt. De sympathische activatie van het hart vermindert ook, dit speelt ook een rol bij het ontstaan van de bradycardie. De bloeddruk daalt ook door de verminderde cardiac output.

·        De combinatie van vasodilatatie en verlaging van de cardiac output zorgt vcoor een ernstige daling van de arteriële druk.

·        Door de verminderde bloeddruk neemt de doorbloeding van de hersenen af. Wanneer de afname van de bloedstroom door de hersenen voor een paar seconden aanhoudt, wordt iemand duizelig. Wanneer de bloedstroom naar de hersenen ongeveer 10 seconden verminderd is, raakt iemand bewusteloos. Stress kan ook hyperventilatie veroorzaken, waardoor de P_CO2 in de slagaders afneemt. Hierdoor wordt de bloedstroom naar de hersenen nog meer verminderd door constrictie van de bloedvaten, waardoor de kans op flauwvallen vergroot wordt.

·        Voordat iemand het bewustzijn verliest, wordt de huid vaak bleek en gaat men vaak zweten. Dit kan nadat iemand weer bij bewustzijn gekomen is, enige tijd aanhouden. Dit kan veroorzaakt worden door de grote hoeveelheid AVP in de bloedsomloop.

·        Bij een zeer sterke parasympathische stimulatie van het verteringsstelsel kan iemand maagpijn krijgen, die geïnterpreteerd kan worden als misselijkheid. Wanneer iemand weer bijkomt, kan de misselijkheid enige tijd aanhouden. Dit wordt veroorzaakt door de grote hoeveelheid AVP in de bloedsomloop.

·        Door de parasympathische stimulatie kan iemand ook mydriasis (verwijding van de pupillen) en wazig zicht krijgen.

De kans dat iemand flauwvalt is groter bij een warmere temperatuur, nadat iemand veel vocht verloren heeft of na bewegingen die de MAP verlagen. De verwachte baroreceptor-reflex bij deze omstandigheden wordt geblokkeerd door hetzelfde neurale pad als optreedt bij een vasovagale syncope.

Cardiovasculaire reactie op inspanning

De belangrijkste functie van het cardiovasculair systeem bij inspanning is een verhoging van de cardiac output. Dit wordt behaald door een verhoogd slagvolume en met name een verhoging van de hartfrequentie. De cardiovasculaire reactie op inspanning heeft snelle componenten (hoge centra van het centraal zenuwstelsel) en langzame componenten (mechanische en chemische veranderingen door skeletspieractiviteit en reflexen).

Spiercontractie beïnvloed direct het cardiovasculaire systeem op twee manieren:

·        Verhoogde veneuze terugkeer: de pompbewegingen van de contraherende skeletspieren verbeterd de veneuze terugkeer naar het hart. Hierdoor neemt het einddiastolisch volume toe en zal ook het slagvolume toenemen (wet van Starling).

·        Lokale vasodilatatie in actieve spieren: door contractie treden er veranderingen op in de extracellulaire vloeistof van het skeletspierweefsel. PO₂ daalt, PCO₂  stijgt  (PH↓). Daarnaast accumuleren andere metabolieten: melkzuur, K+ en adenosine. De osmotische waarde van de weefselvloeistof neemt toe, waardoor er meer bloedplasma uit de vaten treedt. Hierop volgt een bloeddrukdaling, die snel wordt tegengegaan door de baroreceptorreflex.

Centraal zenuwstelsel

Tijdens inspanning wordt de motorcortex parallel met de cardiovasculaire centra geactiveerd. Dit wordt gedaan door centrale coördinerende hersengebieden zoals de mediale prefrontale cortex en corticale delen van het limbisch systeem zoals de insula en het voorste deel van de gyrus cingularis. Deze beide corticale centra moduleren aan stress gerelateerde sympathische output. De centrale commandocentra projecteren op de laterale hypothalamus, de rostrale ventrolaterale medulla en de nucleus tractus solitarius. De autonome adaptaties voor inspanning zijn:

·        De cardiac output wordt verhoogd door een toename van de sympathische activiteit naar het hart, waardoor tachycardie en een toename van de contractiliteit optreedt.

·        Er wordt meer bloed beschikbaar gemaakt voor de contraherende spieren, door vasoconstrictie in inactieve spieren en organen. De absolute toevoer van bloed naar deze weefsels neemt niet af, omdat de cardiac output verhoogd wordt. De relatieve toevoer van bloed naar deze weefsels wordt echter wel kleiner in vergelijking met de bloedtoevoer naar actieve spieren. In de vroege fase van inspanning neemt ook de bloedstroom naar de huid af, maar later neemt deze bloedstroom weer toe om de temperatuur constant te houden.

·        In mensen wordt dit effect nog niet helemaal geaccepteerd, maar in honden treedt aan het begin van inspanning vasodilatatie in actieve spieren op. Dit gebeurt via hypothalamische neuronen die op preganglionaire sympathische neuronen in het ruggenmerg eindigen. Deze route slaat de cardiovasculaire centra in de medulla over.

De vroege reactie op inspanning lijkt op de ‘fight-or-flight’-respons. De verhoogde alertheid bij het vooruitzicht van inspanning kan alle delen van de vroege lichamelijke reactie op inspanning veroorzaken.

Reflexen

Een aantal reflexen werken ook mee bij de cardiovasculaire reactie op inspanning:

·        Oefening-druk-reflex: In de contraherende spieren worden rekreceptoren, die spierspanning voelen, en chemoreceptoren geactiveerd. Deze receptoren geven via kleine, dun gemyeliniseerde en ongemyeliniseerde vezels signalen naar het ruggenmerg. Vanuit het ruggenmerg gaan deze signalen verder naar de cardiovasculaire controlecentra in de medulla. Hierdoor wordt het sympathische effect in stand gehouden.

·        Arteriële baroreceptorreflexen: Tijdens inspanning wordt de gevoeligheid van de arteriële baroreflex verlaagd, zodat deze alleen gaat vuren bij een veel hogere bloeddruk dan normaal. Hierdoor wordt de hartfrequentie niet verlaagd door de verhoogde druk wegens de verhoogde cardiac output en de vasoconstrictie in de niet-actieve weefsels.

·        De bloedstroom naar actieve spieren wordt verhoogd, omdat lokaal uitgescheiden metabolieten de weerstandsvaten verwijden en de in rust niet-actieve bloedvaten openen. Dit mechanisme heft de werking van de vasoconstictie door de noradrenaline op.

·        Door de spierpomp neemt de veneuze return toe (zoals eerder besproken).

·        Wanneer de sympathische zenuwen minder noradrenaline gaan uitgeven, geven cellen in de buurt van arteriolen hun intracellulaire histaminevoorraad af. Hierdoor ontspannen de arteriolen en de sfincters voor de haarvaten. Dit zorgt voor een toename van de bloeddruk in de spierhaarvaten, waardoor meer vloeistof buiten de vaten kan treden.

·        Tijdens zware inspanning wordt de cardiac output verhoogd en treedt vasodilatatie op in de bloedvaten van de actieve spieren door de werking van adrenaline. De bijnier stimuleert bij zware inspanning namelijk de afgifte van adrenaline, die via de β₁ adrenoceptoren de neurale effecten op het hart verhoogt en via β₂ adrenoceptoren de bloedvaten verwijd.

·        Bij langere inspanning neemt de lichaamstemperatuur toe door een verhoogd metabolisme in de spieren. Hierdoor worden temperatuurgevoelige cellen in de hypothalamus geactiveerd. Deze cellen signaleren naar de medulla om de sympathische vasoconstrictor-activiteit op de bloedvaten naar de huid te remmen. Hierdoor neemt de bloedstroom naar de huid toe. De hypothalamus activeert ook de zweetklieren, waardoor meer zweet geproduceerd wordt. Ook treedt hierdoor een indirecte vasodilatatie op in de bloedvaten naar de huid. Kininevorming kan hierbij een rol spelen. De neuronen die gestimuleerd worden, geven mogelijk ook neurotransmitters af die direct vasodilatatie in de bloedvaten van de huid veroorzaken.

Cardiovasculaire reactie op bloedverlies

Wanneer iemand veel bloed verliest uit een ader, neemt de hoeveelheid bloed in de bloedvaten af, waardoor het centrale bloedvolume afneemt, waardoor de veneuze return, de ventriculaire vulling, het slagvolume, de cardiac output en dus de MAP afnemen. Wanneer iemand veel bloed verliest uit een slagader, neemt de MAP niet af totdat de cardiac output afneemt wegens een tekort aan veneuze return. Wanneer iemand veel bloed verliest wegens het knappen van een aneurysma van de aorta, daalt de MAP onmiddellijk.

Grote bloedingen (met een bloedverlies van meer dan 30% van het totale bloedvolume) veroorzaken hypovolemische shock. Dit is een staat van perifeer falen van de circulatie, gekarakteriseerd door inadequate perfusie van de perifere weefsels. (Boron, 2009: 604) Hierbij daalt de systolische bloeddruk meestal onder 90 mm Hg en de diastolische bloeddruk onder 70 mm Hg. De eerste signalen van shock kunnen een versmalling van de polsdruk en een flauwvalgevoel bij zitten of staan zijn. Wanneer iemand in hypovolemische shock is, heeft deze persoon een koude en klamme huid en een snelle en zwakke pols. De urineproductie daalt sterk.

Hoewel de bloeddruk in sommige gevallen irreversibel daalt, kan hij vaak weer herstellen. In het ideale geval kan het lichaam het bloedvolume weer herstellen via twee mechanismen:

1.     Het herstellen van de cardiac output en het verhogen van de perifere weerstand.

2.     Het herstellen van het intravasculaire volume via uitwisseling via haarvaten en vochtbehoud.

Een aantal cardiovasculaire reflexen werken samen om de MAP te herstellen. Deze reflexen werken allemaal met behulp van stimulatie van  sympathische neuronen. Deze sympathische respons zorgt ervoor dat de bijnier adrenaline en noradrenaline afgeeft. De bijnier doet dit ongeveer in verhouding tot de ernst van het bloedverlies.

·        Bij een afname van de bloeddruk gaan de hoge-druk-baroreceptoren minder gaan vuren. Hierdoor wordt de sympathische aansturing van het hart verhoogd en de parasympathische verlaagd. Dit leidt tot een verhoogde hartfrequentie en contractiekracht.

·        Doordat bij een bloeding het totale bloedvolume afneemt, worden de lage-druk-baroreceptoren minder actief. Hierdoor wordt de sympathische activiteit verhoogd, zodat vasoconstrictie optreedt. Dit treedt met name op in de nieren, zodat de urineproductie verlaagd wordt. De lage-druk-baroreceptoren hebben ook verschillende effecten op de hartfrequentie. De rekreceptoren in de atria zetten de hypothalamus aan om meer AVP te produceren, waardoor de nieren minder vloeistof uitscheiden. Tijdens shock heeft AVP ook een belangrijk effect als vasoconstrictor, waardoor de perifere vaatweerstand behouden blijft. Een verminderde rek van de atria verlaagt ook het niveau van circulerend atrium natriuretisch peptide, waardoor de nieren minder zouten en water uitscheiden.

·        Bij een daling van de bloeddruk neemt de perfusie van de aorta en de a. carotis af. Hierdoor is de hoeveelheid zuurstof bij de glomus cellen verminderd, waardoor de afferenten van de chemoreceptoren meer gaan vuren. De toegenomen ontladingen van de chemoreceptoren zorgen voor een toename van de activiteit van de sympathische vasoconstrictor vezels en dit leidt ook tot veranderingen van de ademhaling. Hierdoor wordt indirect de hartfrequentie verhoogd.

·        Bij ernstige hypotensie krijgen de hersenen niet voldoende bloed. Hierdoor wordt de P_O2 en de pH in de extracellulaire vloeistof van de hersenen lager en de P_CO2 neemt toe. Deze zuurvergiftiging leidt tot een zeer sterke stimulatie van de sympathische output via een stimulatie van de centrale chemoreceptoren op de medulla.

De combinatie van deze vier reflexen heeft een aantal gevolgen, die bij 10 tot 20% bloedverlies voldoende zijn om de bloeddruk ongeveer normaal te houden, hoewel de cardiac output verminderd is. Het verlies van bloedvolume wordt door deze reflexen echter niet verbeterd. De effecten van de reflexen zijn:

·        Effecten op het hart:

o   Door de toename van sympathische activiteit, neemt de hartfrequentie toe. Dit is ongeveer in verhouding tot de hoeveelheid verloren bloed, zodat dit als maat voor de ernst van het bloedverlies gebruikt kan worden.

o   Door de toename van de sympathische activatie neemt de contractiliteit van het hart ook toe, maar dit geeft alleen een toename in het slagvolume als de veneuze return verhoogd wordt.

·        Effecten op de arteriolen:

o   Door de sympathische activiteit treedt vasoconstrictie op van de bloedvaten naar de extremiteiten, huid, skeletspieren en buikorganen. In het begin is de precapillaire vasoconstrictie het sterkst, waardoor de bloeddruk in de capillairen daalt en transcapillaire vulling optreedt.

o   De bloedstroom naar de nieren daalt snel na een bloeding. Dankzij autoregulatie door de nieren wordt de bloedstroom echter snel weer hersteld. Wanneer de bloeddruk laag blijft of blijft dalen, overwint de sympathische activiteit uiteindelijk de autoregulatie door de nieren en daalt de bloedstroom naar de nieren. De bloedstroom naar de nieren daalt sterker dan de cardiac output en hierdoor treedt bij ernstig bloedverlies vaak acuut nierfalen op. Bij shock kan iemand geen geconcentreerde urine meer produceren, omdat de hypertonische interstitiale vloeistof vanuit de niermedulla naar de niercortex stroomt. Dit gebeurt omdat de bloedstroom naar de niermedulla minder afneemt dan die naar de cortex van de nier.

o   De bloedstroom naar het hart en naar de hersenen daalt in eerste instantie na een bloeding, maar autoregulatie herstelt de bloedstroom grotendeels.

·        Effecten op de venen:

o   De daling van het bloedvolume bij een bloeding treedt vooral op in de vaten met een grote capaciteit, met name de vaten die het centrale bloedvolume bevatten. Deze vaten zijn zeer gevoelig voor sympathische stimulatie, waardoor sterke vasoconstrictie optreedt. Deze vaten zijn minder gevoelig voor lokale metabolieten, waardoor minder vasodilatatie optreedt. Hierdoor wordt de capaciteit en uitrekbaarheid van de grote aderen verminderd en de centrale veneuze druk hersteld. Sympathische veneuze constrictie verhoogt de postcapillaire weerstand.

·        Effecten op circulerende vasoactieve agonisten:

o   Sympathische stimulatie van de bijnier zorgt voor een verhoging de circulerende hoeveelheid adrenaline.

o   Sympathische stimulatie van de granulaire cellen in de nier zorgt voor een verhoging van de afgifte van renine en hierdoor een verhoging van het plasmaniveau van angiotensine II. Tijdens shock door een bloeding, stijgt de concentratie angiotensine II zo sterk dat het vasoconstrictie veroorzaakt.

o   De activatie van de sympathicus zorgt voor een stimulatie van de zweetklieren. Hierdoor wordt iemand klam.

Het lichaam probeert ook het verlies aan bloedvolume weer aan te vullen via een aantal mechanismen:

·        Het belangrijkste mechanisme om het bloedvolume aan te vullen is de verplaatsing van vloeistof vanuit het interstitium naar het bloedplasma. Naast het water, stromen elektrolyten en eiwitten het bloed in. De afname van de concentratie hemoglobine in de vaten is dus groter dan de afname van de concentratie plasma-eiwitten. De transcapillaire vulling bestaat uit twee delen:

1.     Vloeistof stroomt vanuit het interstitium naar het bloedplasma. Meteen na een bloeding daalt de bloeddruk. Hierdoor daalt ook de capillaire hydrostatische druk. De Starling krachten geven dan een grote verplaatsing van vloeistof met kleine elektrolyten vanuit het interstitium de bloedbaan in. Bij het optreden van de compensatoire effecten na het bloedverlies stijgt de totale perifere weerstand. Hierdoor wordt de bloeddruk gedeeltelijk hersteld. De precapillaire weerstand stijgt echter sterker dan de postcapillaire weerstand en hierdoor blijft de capillaire hydrostatische druk relatief laag. Hierdoor blijft vloeistof de vaten in stromen. Omdat water zonder eiwitten de bloedvaten instroomt, worden de Starling krachten veranderd. In het begin neemt de vloeistof in het interstitium af, hierdoor daalt de hydrostatische druk in het interstitium. Hierdoor worden de plasma-eiwitten verdund en daalt de colloïd osmotische druk in de capillairen. Door het verwijderen van vloeistof zonder eiwitten, stijgt de colloïd osmotische waarde van het interstitium. Hierdoor neemt de transcapillaire vulling af en stopt uiteindelijk.

2.     Vervolgens komen plasma-eiwitten in het bloed. Waarschijnlijk komen deze de bloedbaan binnen via fenestraties van de capillairen van het mesenterium en de lever. Ook stimuleert bloedverlies de synthese van albumine door de lever, door een vermindering van de concentratie plasma-eiwitten. Water vanuit intracellulaire compartimenten vervangt het water uit het interstitium. Het is nog niet helemaal duidelijk hoe dit deel van het proces verloopt. Waarschijnlijk is de osmolariteit van het interstitium verhoogd, mede doordat ischemische weefsels de producten van proteolyse, glycolyse en lipolyse afgeven aan het interstitium. Interstitiale hyperosmolariteit kan dus de osmotische kracht leveren waardoor water vanuit de cellen naar het interstitium verplaatst.

·        Door een vermindering van de slagaderlijke onderdruk en een verminderde bloedstroom naar de nieren vermindert de filtratiesnelheid van de glomerus, waardoor de uitscheiding van water en zouten naar de urine vermindert. De reactie van de nier op bloedverlies is om de excretie van water en zouten te verminderen. Hierdoor blijft meer extracellulaire vloeistof over. Er wordt alleen water bespaard, de nier voegt geen water toe aan de extracellulaire vloeistof. Er zijn vier mechanismen waardoor een vermindering van het circulerende bloedvolume de retentie van Na⁺ en dus water door de nieren stimuleert:

1.     De vermindering van het effectieve circulerende vocht activeert de renine-angiotensine-cascade, waardoor de afgifte van aldosteron verhoogd wordt. Hierdoor wordt de reabsorptie van zout en water door het distale nefron verhoogd.

2.     De toename van de sympathische activiteit stimuleert de Na⁺-retentie door de hemodynamica van de nier te veranderen, de renine-afgifte te verrijken en de reabsorptie van Na⁺ door de tubulus-cellen te stimuleren.

3.     De afgifte van AVP vermindert excretie van water.

4.     De afname van het circulerende vocht remt de afgifte van atrium natriuretisch peptide en stimuleert dus Na⁺-retentie door de nier.

·        Bij een bloeding treedt hyperosmolariteit van het bloed op, waardoor dorst-osmoreceptoren gestimuleerd worden. Ook stimuleren het verminderde circulerende volume en de afgenomen bloeddruk dorst. Wanneer de dorst gelest wordt, krijgt het lichaam meer materialen om het verloren bloed te vervangen.

Soms kan een lichaam niet meer herstellen van een hemorragische shock. In dat geval verslechtert de bloeddruk en perfusie van perifere weefsels steeds meer. Zelfs wanneer het verloren bloedvolume aangevuld wordt, kan de shock niet hersteld worden. Hemorragische shock wordt onherstelbaar wanneer meerdere delen van de respons falen:

·        Wanneer de hemorragische hypotensie langer duurt, daalt de perifere weerstand naar de waarden van voor de bloeding. Dit wordt veroorzaakt door:

o   Vermindering van de invloed van de sympathicus door vermindering van de gevoeligheid van de vasculaire adrenoceptoren of uitputting van neurotransmitters in de zenuwuiteinden dichtbij de bloedvaten.

o   Tegenwerking van de vasoconstrictieve stimuli door metabolieten en andere vasodilaterende stoffen die worden uitgescheiden door ischemische weefsels.

o   Een daling van de hoeveelheid circulerend AVP, misschien wegens uitputting van de voorraad of wegens een afname van het effect van de lage-druk-baroreceptorreflex op de hypothalamische neuronen. Bij toediening van AVP stijgt de bloeddruk.

·        De perifere weerstand van de vaten daalt eerst bij de precapillaire sfincters, daarna bij de precapillaire weerstandsvaten, vervolgens bij de postcapillaire weerstandsvaten en de opslagvaten. Wanneer de precapillaire constrictierespons verdwenen is en de postcapillaire respons nog gedeeltelijk aanwezig is, stijgt de midcapillaire druk. Hierdoor gaat vloeistof uit de capillairen, hoewel het bloedvolume nog niet hersteld is.

·        Het hart verzwakt ook na een tijd van shock en uiteindelijk gaat een hypovolemische shock over in een cardiogene shock. Het tekortschieten van het hart ontstaat door:

o   Acidose waardoor de concentratie Ca²⁺ in het myocard vermindert, waardoor de contractiliteit afneemt.

o   In zeer ernstige gevallen een subendocardiale bloeding en necrose van de hartspier.

o   cardiotoxische shock factoren die worden afgegeven door een aantal organen, welke een negatief effect op het hart hebben.

·        Matige ischemie stimuleert de cardiovasculaire controlecentra in de hersenen, maar ernstige ischemie vermindert de neurale activiteit. Hierdoor neemt de sympathische output af. Een progressieve vermindering van catecholamines laat de omstandigheden verder verslechteren.

DEEL 2: Microscopie en anatomie

XIII. Circulatie

Het weefsel van het myocard is anders dan gewoon spierweefsel. Belangrijke elementen die met een lichtmicroscoop kunnen worden onderscheiden zijn de nuclei, de lijnen van de vezels, de glanslijnen en de vele mitochondria (zie figuur 7 in de bijlage voor een afbeelding van hartweefsel onder de lichtmicroscoop).

In het hartweefsel liggen Purkinje cellen die samen de bundel van His vormen. Deze cellen zorgen voor de signaaltransductie binnen het hart. In figuur 8 in de bijlage staat een lichtmicroscopische afbeelding waar de Purkinje cellen met een pijltje zijn aangegeven.

Het hele circulatoire systeem is opgebouwd uit een basisstructuur van drie onderdelen:

·       Endotheel

·       Spierlaag (tunica media)

·       Bindweefsellaag (tunica adventitia)

Mediastinum

De thoraxholte bestaat uit de longen waartussen het mediastinum gelegen is. Het mediastinum is een holte die alle organen uit de thorax bevat op de longen na. Omdat het bindweefsel los is en de longen elastisch zijn kan het mediastinum bewegen en kan het volume en de druk in de thoraxholte geregeld worden. Het mediastinum kan verdeeld worden in een superior en een inferior deel. Het gedeelte boven de verbinding tussen T4 en T5 wordt het mediastinum superior genoemd. Het gedeelte onder deze verbinding tot aan het diafragma is het mediastinum inferior. Het hart ligt enigszins gedraaid in het medistinum waardoor de rechter kant naar voren komt te liggen.

Hartzakje

Het hart is gelegen in het midden van het mediastinum. Het pericardium (hartzakje) is een vezelachtig sereus membraan dat om het hart en het begin van de grote vaten gelegen is. Het pericardium bestaat uit twee lagen: het fibreuze en het sereuze pericardium. Het sereuze pericardium bestaat uit een viscerale en een pariëtale laag. Tussen deze twee lagen bevindt zich de pericardholte, deze is gevuld met een laagje vocht waardoor het hart kan bewegen en kan kloppen in een wrijving-vrije omgeving.

Zie figuur 9 in de bijlage.

Ruimtes en begrenzing van het hart

Het hart is zowel een zuig- als drukpomp, die bloed voortdrijft door de pulmonaire en systemische circuits. Vanuit de rechter harthelft gaat het bloed naar de longen, vanuit de linker harthelft naar de periferie. Het hart heeft de vorm van een omgevallen piramide met een apex anteriorinferior gelegen en een posterior gelegen basis. Elke zijde heeft een ontvangende ruimte (atrium) en een zuiging-compressie-expulsie ruimte (ventrikel). De ventrikels worden gescheiden door een septum, waar nog een overblijfsel van het foetale foramen ovale, de fossa ovale, in te zien is. De vier ruimtes van het hart worden gescheiden door kleppen: de valvae tricuspidalis, bicuspidalis (mitralis), tussen het rechteratrium en rechter ventrikel respectievelijk het linker atrium en het linker ventrikel; de valvae pulmonalis en aortae tussen het rechter ventrikel en de arteria pulmonalis respectievelijk het linker ventrikel en  de aorta. Deze kleppen spelen een rol in de richting van de bloedstroom, welke gebaseerd is op drukverschillen.

De wand bestaan uit  endotheel (endocardium), een spierlaag (myocardium) en een buitenste laag (epicardium of viscerale laag van het pericardum). Het myocardium van de atria en ventrikels wordet door bindweefsel aan het fibreuze skelet van het hart verbonden. Het fibreuze skelet bestaat uit vier fibreuze ringen, twee trigones en de membranen van het septum. Slechts gespecialiseerd spierweefsel bedoeld voor doorgifte van impulsen van atria naar ventrikels kan door dit fibreuze skelet heen. Het skelet zorgt voor integriteit van de orifices en biedt een bindingsplaats voor de cuspi van de valvae.

De coronaire arteriën vullen zich tijdens de diastole als resultaat van de “aortic recoil”. De arteria coronaria dextra en arteria coronaria circumflex (komt uit de linker kransslagader) voorzien de atria van bloed. De RCA (right coronary artery) onderhoudt de SA- en AV-knoop, het buitenste myocard van het rechter ventrikel, de facies diafragmatica van het linker ventrikel en het achterste deel van de IVS (septum). De arteria coronaria sinistra (LCA, left coronary artery) voorziet de voorste twee derden van de IVS, het voorste deel van de wand van het rechter ventrikel en het buitenste deel van het linker ventrikel (uitgezonderd de facies diafragmatica) van bloed. Veneuze afvoer van bijna al het bloed verschiet via de sinus coronarius, die vlak naast de vena cava inferior uitmondt in het rechter atrium.

Stimulatie (en dus regulatie) van contractie van de hartspier gebeurt via gespecialiseerde intrinsieke knopen: de SA-knoop en de AV-knoop. Occlusie van een coronaire arterie, met dood van het hartweefsel tot gevolg, kan de geleidingsbanen voor het hartritme (geïnitieerd en doorgegeven via de knopen) verstoren. Hierdoor kan het nodig zijn een pacemaker te plaatsen, die het hartritme reguleert.

Het autonome zenuwstelsel heeft veel invloed op het hart en haar coronaire arteriën. Sympathische stimulatie heeft vasodilatatie van de coronaire arterien tot gevolg. Parasympathische stimulatie logischerwijs vasoconstrictie.

Inwendige bouw van het hart

Het rechter atrium ontvangt bloed uit de vena cava superior, vena cava inferior en de coronaire sinus. De achterwand van het atrium, waar de vaten in uit komen is glad.  De voorwand is ruw en bestaat uit bundels spieren. Het ruwe en gladde gedeelte worden extern van elkaar gescheiden door de sulcus terminalis en intern door de crista terminalis.

Het interatriele septum scheidt het rechter atrium van het linker atrium en bevat een ovale inkeping, fossa ovalis, dat een overblijfsel is van het foramen ovale.

Het rechter ventrikel bevat een onregelmatige wand die bestaat uit spieruitsteeksels (trabeculae carneae) en een gladde wand. De crista supraventricularis scheidt de ruwe van de gladde wand. Het rechter ventrikel ontvangt bloed via de valva tricuspidalis. Deze klep bestaat uit drie klepslippen die zijn bevestigd aan chordae tendineae, welke voortkomen uit papillair spiertjes (m. papillaris anterior, posterior en septalis).

Het rechter ventrikel wordt van het linker ventrikel gescheiden door het septum interventricularis. Het septum bestaat uit een dik gespierd deel en een dun membraanachtig deel.

Voor het linker atrium en linker ventrikel geldt ongeveer hetzelfde. Het linker atrium heeft een groter glad gedeelte en een kleiner ruw gedeelte in vergelijking met het rechter atrium. Ook is het linker atrium gespierder. Het linker atrium heeft de mitralisklep waardoor het zuurstofrijk bloed door kan geven aan het linker ventrikel.

De wanden van het linker ventrikel zijn twee tot drie keer zo dik als de wanden van het rechter ventrikel. Bovendien bevat het linker ventrikel maar twee papillair spieren die langer zijn dan die in het rechter ventrikel. De mitralisklep (valva bicuspidalis) bestaat ook uit twee klepslippen. Het linker ventrikel heeft tenslotte een aortaklep, waar zuurstofrijk bloed doorheen gepompt kan worden richting de rest van het lichaam.

Vascularisatie van het hart

Het hart wordt van bloed voorzien door de kransslagaders. Het bloed wordt afgevoerd door hartaders. De bloedvaten van het hart worden geïnnerveerd door zowel het sympathisch als het parasympathische zenuwstelsel.

De kransslagaders zijn de eerste aftakkingen van de aorta. De kransslagaders voorzien het myocardium en epicardium. De linker en rechter kransslagaders komen uit de corresponderende sinus aortae bij het proximale deel van de aorta ascendens. Deze slagaders voorzien zowel de atria als de ventrikels.

Zuurstofarm bloed van het hart wordt vooral afgevoerd door aders die uitkomen op de sinus coronarius en voor een klein deel door aftakkingen van aders die uitkomen in het rechter atrium.

Prikkelgeleidingssysteem

Het geleidingssysteem van het hart genereert en brengt impulsen over, waardoor de gecoördineerde contracties van het hart ontstaan. Het geleidingssysteem bestaat uit nodaal weefsel dat de hartslag initieert en contracties coördineert. De impulsen worden doorgeven aan het hartspierweefsel waardoor er contractie plaatsvindt.

De sinusknoop is anterolateraal gelegen bij de inmonding van de vena cava superior in de wand van het rechter atrium. De sinusknoop bestaat uit een collectie van nodaal weefsel, gespecialiseerde hartspiervezels en geassocieerd bindweefsel. Deze knoop is de pacemaker van het hart.

De AV-knoop ligt in het gebied van het tussenschot tussen beide atria, net boven de overgang naar de ventrikels. Deze bestaat uit een kleinere hoeveelheid nodaal weefsel.

Het signaal dat wordt gegenereerd door de SA knoop (sinusknoop) passeert de wanden van het rechter atrium en wordt doorgegeven door de hartspiercellen waardoor het uiteindelijk aankomt in de AV-knoop. Door de AV bundel wordt het signaal doorgegeven aan de ventrikels. De AV-bundel splitst in een rechter en een linker bundel. Vervolgens vertakken deze bundels weer tot Purkinje vezels

Sympatische stimulatie verhoogd de slagfrequentie, parasympatische stimulatie verlaagd de slagfrequentie.

DEEL 3: Farmacologie

Het sympathisch zenuwstelsel

De sympathicus van het autonome zenuwstelsel staat in voor de “actiestand” van het lichaam. Efferente vezels bereiken via het ruggenmerg de paravertebrale grensstreng (aaneenrijging van sympathische ganglia net naast de wervelkolom). In de ganglia vindt overschakeling van preganglionaire neuronen (uit het ruggenmerg) naar postganglionaire neuronen plaats. Postganglionaire neuronen hebben contact met het doelorgaan. Sommige preganglionaire neuronen lopen zonder overschakeling naar het doelorgaan (zoals de bijnier) of worden pas overgeschakeld in het doelorgaan.

Preganglionisch is acetylcholine de neurotransmitter, postganglionisch wordt noradrenaline uitgescheiden in de synapsspleet. Acetylcholine in het bijniermerg (deze wordt immers alleen preganglionisch geïnnerveerd) zorgt voor de secretie van het hormoon adrenaline, welke zich via het bloed door het lichaam verspreid.

Het postganglion maakt met meerdere synapsen contact met meerdere cellen van het doelorgaan.

Noradrenaline wordt gesynthetiseerd uit tyrosine (aminozuur). Het wordt opgeslagen in blaasjes in de synapsen van postganglionaire neuronen. Wanneer het synaps elektrisch geprikkeld wordt, wordt noradrenaline in de synapsspleet afgegeven. Hier kan het adrenerge receptoren activeren, die zowel op het postsynaptisch als presynaptisch membraan aanwezig zijn. Prikkeling van de presynaptische a2-receptoren leidt tot  feed-backremming. Dit is een mechanisme waarbij de vrijmaking van noradrenaline wordt geremd. Een deel van het noradrenaline wordt door speciale transportmechanisme heropgenomen en opgeslagen in blaasjes. Een deel van het opgenomen noradrenaline wordt door COMT en MAO geïnactiveerd.  Hierdoor wordt de noradrenalinespiegel in de synapsspleet snel gereguleerd.

Het type receptor waaraan noradrenaline of adrenaline bindt is bepalend voor het biologische effect. In gladde spiercellen zorgt activatie van de α1 en α2- adrenoreceptoren voor vasoconstrictie. Bij stimulatie van de β2-adrenoreceptoren ontstaat er vasodilatatie en bronchodilatatie. In de hartspier heeft stimulatie van de B1-receptor verhoging van alle hartfuncties (frequentie, contractiekracht en prikkelgeleiding) tot gevolg. Mimetica van deze receptor kunnen dan ook ingezet worden bij een acute hartspierzwakte. Na langer gebruik van agonisten worden de receptoren uitgeschakeld door endocytose. Deze processen beschermen de cel tegen overstimulering, maar hierdoor remmen zij ook de werking van farmaca op langere termijn. Door verhoging van de dosis kan dit effect maar tijdelijk worden tegengegaan.

Adrenaline is non-selectieve. Het is werkzaam met een zelfde affiniteit op alle α- en β- adrenoceptoren. Hierdoor is adrenaline niet toepasbaar voor een doelgerichte beïnvloeding van receptoren. Orale toediening is niet wenselijk voor adrenaline daar het slecht geabsorbeerd wordt en hevige presystemische eliminatie ondergaat. Catecholamine noradrenaline is wel selectiever voor de α-adrenoceptoren.

Om de sympathicus te beïnvloeden zijn er sympathicomimetica gemaakt. Door een bepaalde chemische structuur met interactie groepen kunnen deze farmaca specifiek voor een bepaalde receptor worden gemaakt. Er bestaan directe vormen: agonisten van adrenoceptoren en indirecte vormen: stimuleren de vrijmaking noradrenaline uit opslagblaasjes. Een verhoogde concentratie noradrenaline in de synapsspleet versterkt de prikkeling van adrenoceptoren. Concentratieverhoging van noradrenaline kan als volgt tot stand worden gebracht:

·       Stimulatie neuronale afgifte noradrenaline (indirecte sympathicomimetica)

·       remmen afbraak noradrenaline (MAO-remmers en COMT-remmers)

·       Noradrenaline heropnameremmers

Helaas is de werking van indirecte sympathicomimetica gering en snel afnemend (tachyfylaxie). Indirecte sypathicomimetica wekken een gevoel van welzijn en euforie op, onderdrukken de honger en fysieke uitputting en werken verslavend. Hierdoor vallen deze middelen onder de Opiumwet.

a-Adrenoceptoragonisten en antagonisten

adrenaline en noradrenaline binden aan a-receptoren en zorgen zo voor vasoconstrictie.

Clonodine is een lipofiele a2-agonist, die de bloedhersenbarrière kan passeren. In de hersenstam reguleert deze de ontvangen signalen van de baroreceptoren, zodat bij een hoge bloeddruk de parasympathicus sterkt wordt geactiveerd. Door activering van presynaptische a2-receptoren wordt de vrijmaking van noradrenaline verminderd (feedbackremming). Zo kan clonodine de bloeddruk en hartfrequentie verlagen. Het wordt dan ook toegepast als anti-hypertensivum.

a-agonisten die niet goed toepasbaar zijn voor het CZS kunnen lokaal als vasoconstrictor worden gebruikt.

Wanneer een a-antagonist de receptor blokkeert, kan noradrenaline geen effect meer uitoefenen. Dit is nuttig bij een hoge bloeddruk. Eerdere α- sympathicomimetica blokkeren niet alleen de werking van noradrenaline aan postsynaptische α1- adrenoceptoren, maar ook aan de presynaptische α2- adrenoceptoren. Ze werken dus aspecifiek.

De concentratie van noradrenaline in de synapsspleet wordt waargenomen door de α-receptoren. Blokkade van deze receptoren heeft logischerwijs een ongereguleerde noradrenalineconcentratie in de synapsspleet tot gevolg, een ongehinderde lozing.

Selectieve α1- sympathicolytica (α1-blokkers) blokkeren alleen α1-adrenoceptoren. Ze werken vasoconstrictie tegen.

β-Blokkers, oftewel β-sympathicomimetica, werken als antagonist van noradrenaline en adrenaline op β- adrenoceptoren. Ze zijn volledig β specifiek en hebben dus geen affiniteit met de α- adrenoceptoren.

β-sympathicomimetica blokkeren de β1-receptoren op de hartspier, waardoor sympathische werking verminderd wordt. Daling in de zuurstofbehoefte, verlaging van de hartslagfrequentie, een verminderde contractiliteit en verlaging van de bloeddruk zijn hierdoor het gevolg van een behandeling met β-sympathicomimetica. Dit is wenselijk bij o.a. angina pectoris.

Vaatdilatatoren

Calciumantagonisten

Wanneer het celmembraan van hartspiercellen en gladde spiercellen elektrisch geprikkeld wordt, leidt dit tot verschillende ionstromingen, waaronder Ca++. Calciumantagonisten werken de instroom van CA²⁺ in de cellen tegen, maar beïnvloeden andere ion-stromen nauwelijks. Calcium is essentieel voor prikkelgeleiding en contractie van hartspiercellen en gladde spiervezels in de vaten. Calciumantagonisten zorgen hier voor:

·       Vertraagde prikkelgeleiding in de SA- en AV-knoop

·       Zowel coronair als systemische vasodilatatie (hypotensie als gevolg)

·       (soms) een negatief inotroop effect

Op grond van hun chemische structuur onderscheiden we de volgende typen calciumantagonisten:

·       Dihydropyridine-derivaten (bijvoorbeeld nifedipine, nitrendipine, isradipine, enz.)

o   Ongeladen hydrofobe stoffen

o   Vasodilatatie van de arterien

o   Geen effect op hartfunctie

o   Verminderen de afterload door daling van de bloeddruk in de arteriële weerstandsvaten en daarmee de zuurstofbehoefte van het hart.

Deze farmaca worden toegepast bij angina pectoris, vaatspasme, hypertensie. Bijwerkingen zijn tachycardie, hoofdpijn, pretibitale oedeem.

·       Verapamil en andere katamfifiele calciumantagonisten

o   Kationisch amfifiel molecuul

o   Werkt op gladde arteriële vaatspieren en hartspieren

o   Negatief chronotroop, negatief dromotroop en negatief inotroop

Indicaties zijn en  supraventriculair veroorzaakte tachyarrythmia, boezemfibrilleren, angina pectoris aanvallen en hypertensie (verapamil en andere katamfifiele calciumantagonisten). Bijwerkingen zijn bradycardie, myocardinfarct, AV-blok en obstipatie.

Remmers van het RAA-systeem

Door middel van het renine-angiotyensine-aldosteronsysteem kan het lichaam de natrium resorptie in de nieren, en daarmee ook automatisch de water heropname regelen. Dit systeem heeft daarom ook invloed op de bloeddruk. Renine wordt normaal afgegeven door de nierglomeruli bij daling van de perfusiedruk en bij activering van B1-glomerulaire-receptoren door de sympathicus.

Het renine angio-tyensine mechanisme werkt als volgt:

·       Renine katalyseert de afsplitsing van angiotensine I uit angiotensinogeen

·       Longenzym ACE in de capillairen zet angiotensine I om in angiotensine II

·       Angiotensine II stimuleert de afgifte van aldosteron in de adrenerge klieren (cortex nieren), angiotensine II werkt zelf ook als directe vasoconstrictor in venen en arteriën.

·       Aldosteron stimuleert de nier tot resorptie van natrium uit de tubulus

o   Het stimuleert de cellen van de distale “convoluted” tubules om de resorptie van natrium te versnellen

o   Door de optredende concentratiegradiënt van natrium, en dus een stijging van de osmotische waarde van het bloed, zal water mee diffunderen

·       Bloedvolume stijgt, waarmee de bloeddruk automatisch ook verhoogt.

ACE remmers (captopril, enalapril, enz.) bezetten het actieve centrum van het ACE-enzym. Dit remt de splitsing van angiotensine I uit angiotensinogeen. Hierdoor wordt resorptie van natrium en water in de nieren tegengegaan, de bloeddruk daalt. Indicaties bij ACE-remmers zijn hypertensie en chronisch hartspierinsufficiëntie (hartfalen). Bij hartspierinsufficiëntie zorgen ACE-remmers voor een stijging van het pompvermogen. Dit effect wordt bereikt doordat de bloeddrukdaling zorgt voor een daling van de perifere weerstand. Hierdoor neemt ook de uitstroom weerstand van het hart af.

Ongewenste bijwerkingen zijn een te grote daling van de bloeddruk en een droge prikkelhoest.

Sartanen bezetten de AT1-receptor op het hart en de bloedvaten. Dit is de bindingsplaats voor angiotensine II. Deze antagonisten aan de angitensine-II-receptoren worden om zelfde redenen als ACE-remmers voorgeschreven.

Een renineremmer is een laatste behandelingsmogelijkheid binnen het RAA-systeem. Het wordt eveneens toegepast voor hypertensie. Helaas is de biologische beschikbaarheid laag en is de halfwaardetijd 40 uur.

Beïnvloeden van het hart met farmaca

Hartfunctie

De pompfunctie van het hart hangt af van het zo genaamde “positieve trap” verschijnsel (met snellere hartslag neemt de contractie kracht toe) en de wet van Starling (het slagvolume wordt gereguleerd door de mate van diastolische vulling). De sympathicus (adrenaline en noradrenaline) bevordert de contractiekracht en verhoogt de hartfrequentie en de prikkelbaarheid. De parasympaticus (acetylcholine) verlaagd de frequentie door remming van de SA-knoop. Van deze mogelijkheden van het autonome zenuwstelsel wordt ook farmacotherapeutisch gebruik gemaakt. De toestand van de bloedsomloop is bepalend voor de hartwerking. Niet alleen inspanning of rust maar ook de gemiddelde bloeddruk is van belang. De volgende farmaca hebben direct invloed op de hartspiercellen:

·       Calciumantagonisten (Ca-kanalen)

o   Afname kracht en frequentie

·       Hartglycosiden (Na-K-ATP-asen)

o   Toename kracht

·       Anti-arrhythmica van het lokaal-anesthethische type (Na-kanalen)

o   Tegen ritmestoornissen

o   Afname kracht en frequentie

·       Ivabradine (sinusknoop)

o   Afname frequentie

·       Parasympathicomimetica

o   Afname frequentie

·       Beta-sympathicomimetica

o   Toename kracht en frequentie

·       Fosfodiesteraseremmers

o   Toename kracht en frequentie

Elektromechanische koppeling is wanneer een depolarisatie van het plasmamembraan ten gevolge van calcium influx (elektrisch) een contractie (mechanisch) tot gevolg heeft. Depolarisatie heeft snelle stijging van de Ca++ concentratie tot gevolg, waardoor contractie tot stand komt. Hoe meer Ca++ er vrij komt, hoe krachtiger de contractie. Verslapping van de hartspier is het gevolg van repolarisatie van het plasmamembraan en dus het terugkeren van het rustmembraanpotentaal. Hierbij  daalt de Ca++ concentratie van het cytosol weer, waardoor de relaxatie volgt..

Hartritmestoornissen

Vanuit de pacemakercellen op de sinusknoop worden de elektrische impuls voor een contractie gezonden. Deze breiden zich uit over het weefsel van de atria, vervolgens naar de AV-knoop en eindigt op het prikkelgeleidingsysteem van de ventrikels. Wanneer de hartslag onregelmatig is, kan dit de pompfunctie van het hart verminderen.

Farmaca werkend op de sinus- of AV-knoop

Bij sinusbradycardie (impulsfrequentie te laag) kunnen parasympathicolytica ingezet worden. Sympathicomimetica werken ook positief chonotroop, maar zij maken andere myocardcellen ook extra prikkelbaar. Een intraveneuze toediening met adrenaline (plus hartmassage) kan een stilstaand hart weer op gang helpen.

Sinustachycardie kan worden opgelost met o.a. beta-blokkers (remmen sympathicus) en Ivabradine (specifieke HCN-kanaal remmer).

Boezemfladderen of fibrilleren kan worden behandeld met verapamil of hartglycosiden. Deze farmaca remmen de impulsgeleiding van de AV-knoop, zodat de ventrikels minder geprikkeld worden. Ten gevolge van het fibrilleren of fladderen kan in het atrium een thrombus ontstaan doordat bloed achterblijft in de auricula atrii. Losraking van deze thrombus kan gevaarlijk zijn (verstopping gevolgd door infarct). Daarom wordt altijd behandeld met antistollingsmedicatie.

Farmaca werken op de prikkelgeleiding (aspecifiek)

Als anti-arrhythmica wordt een enkele maal een lokaal anesthatisch type dat het Na-kanaal blokkeert toegepast. Hierdoor kan de snelle depolarisatie niet plaatsvinden en wordt de afgifte van actiepotentialen geremd. Het middel is helaas niet specifiek genoeg omdat ook andere ionkanalen (K en Ca) worden beïnvloed en ook Na-kanalen in andere weefsels worden geblokkeerd (o.a. zenuwweefsel en hersencellen).

Anti-arrhythmica van het Na-kanaalblokkerende type

Bij een bepaalde mate van elektrische prikkeling van de hartspiercel ontstaat een actiepotentiaal. Tijdens de snelle depolarisatie stroomt Na+ de cel in. Aansluitend volgt verdere depolarisatie door instroom van Ca++ en deels nog Na+. Deze fase is zichtbaar als de plateau van het actiepotentiaal. Door K+ uitstroom repolariseert het membraan en hersteld de rustpotentiaal zich.

De natriumkanaal-blokkerende anti-arrhythmica zorgen voor een membraanstabilisatie: de neiging van Na-kanalen om te open na een elektrische prikkeling verminderd. Hierdoor kan de depolarisatiesnelheid dalen, de depolarisatie uitblijven of de refractaire periode verlengd worden. Valse prikkeluitbreiding en fibrilleren wordt hierdoor tegengegaan.

Deze farmaca blokkeren de Na-kanalen. Maar door geringe specificiteit worden ook Ca-kanalen en K-kanalen geblokkeerd. Hierdoor wordt niet alleen de snelle depolarisatie fase beïnvloed, maar door het AP-plateau en de repolarisatie.

Anti-arrhythmica van het K-kanaalblokkerende type

Deze klasse III anti-arrhythmica heeft een geringer effect op de depolarisatie van de hartcellen. Wel is een beduidend langer actiepotentiaal waargenomen, omdat de repolarisatie wordt geremd.

NB! Vanwege de geringe therapeutische breedte worden anti-arrhythmica alleen gebruikt bij ritmestoornissen die de pompfunctie van het hart verstoren of als er andere complicatie dreigen. Alle anti-arrhythmica bezitten de eigenschap om antiritmogeen te werken!

Epilepsie

Bij bijna alle farmaca tegen epilepsie komen bijwerkingen voor. Belangrijke bijwerkingen die vrijwel altijd voorkomen zijn: sedatie, concentratievermindering en verlies van spierkracht.

DEEL 4: Collegeverslagen

Voorcollege hart anatomie

Anatomie

Het hart ligt in het middenste deel van de borstkas, genaamd het mediastinum. Naast het mediastinum liggen de cavitas pleuralis (links en rechts). Het mediastinum en de cavitas pleuralis vormen de drie compartimenten van de cavitas thoracica.

Het hart ligt als een omgevallen en gedraaide piramide in het mediastinum. De hartpunt ligt namelijk linksonder en de hartbasis rechtsboven. De rechterkant van het hart is tevens naar het borstbeen toegedraaid.

Om het hart ligt het hartzakje, genaamd pericardium. Dit pericardium bestaat uit drie delen:

• Pericardium serosum bestaande uit een lamina parietalis en een lamina visceralis (epicard). De lamina parietalis ligt tegen de pericardium fibrosum aan. De lamina visceralis ligt tegen het hartweefsel zelf aan. Het pericardium serosum heeft een glad oppervlak en produceert vocht. Hierdoor ontstaat er een glijvlak tussen de lamina parietalis en de lamina visceralis. Wanneer er een ontsteking van het hartzakje is, kan er te veek vocht geproduceerd worden, waardoor het hart in verdrukking komt. Hierdoor kan het zijn functie, het rondpompen van bloed, niet meer goed uitoefenen.
• Cavitas pericardiaca ook wel pericardholte genoemd. Deze holte ligt tussen de twee lagen pericardium serosum en is gevuld met vocht. Het ligt dus tussen de lamina visceralis en de lamina pariëtalis. In de cavitas pericardiaca kunnen twee delen worden onderscheiden: de sinus transversus pericardii en de sinus obliquus pericardii. De sinus obliquus pericardii ligt rondom de ventrikels. De sinus transversus pericardii ligt tussen de arteriële pool en de veneuze pool van het hart.
• Pericardium fibrosum is de buitenste laag. De pericardium fibrosum is aan de onderkant gehecht aan het diafragma. Daarnaast staat het in verbinding met de lamina parietalis aan de binnen kant. Het pericardium fibrosum bestaat uit bindweefsel.

Het hart heeft zich gevormd uit een rechte, horizontale hartbuis met aan de ene kant arteriën (de arteriële pool) en aan de andere kant venen (de veneuze pool). In de loop van de ontwikkeling is het hart gaan groeien en gaan buigen. Door de buiging kwamen de arteriën en venen bij elkaar te liggen. De kleine ruimte die in een volwassen hart nog steeds bevindt tussen de arteriën en de venen van het hart heet de sinus tranversus pericardii.

Aan de kant van het borstbeen en ribben (dit deel wordt het facies sternocostalis genoemd) zijn verschillende hartonderdelen te zien:

• Atrium met hartoor (auricula). Vooral het rechter atrium is met hartoor is goed te zien.
• Ventrikel. In het vooraanzicht is voornamelijk het rechter ventrikel zichtbaar,
• Sulcus coronarius. Deze groeve is loopt dwars rondom het hart.
• Sulcus interventricularis anterior. Deze groeve is gelegen tussen linker en rechter ventrikel aan de voorzijde van het hart.
• Apex cordis. Dit is de hartpunt.

Aan de kant van het diafragma (dit deel wordt het facies diafragmatica genoemd) zijn de volgende onderdelen te zien:

• Sulcus interventricularis posterior. Deze groeve is gelegen tussen het linker en het rechter ventrikel aan de achterzijde van het hart.
• Basis cordis. Dit is de hartbasis.

Het hart zorgt voor de circulatie van het bloed. De circulatie kan worden onderverdeel in de lichaamscirculatie en de longcirculatie. Het hart pompt het bloed weg via arteriën De definitie van arterie is dan ook dat het een bloedvat is waarin het bloed van het hart af stroomt. Nadat het bloed in organen is geweest, gaat het via venen naar het hart terug.

De lichaamscirculatie begint in het linker ventrikel. Via het linker atrium komt het bloed in het linker ventrikel. Wanneer het hart contraheert wordt het bloed vanuit het linker ventrikel in de aorta gepompt. Vanuit de aorta takken arteriën af die het lichaam van zuurstofrijk bloed voorzien. De uitwisseling van stoffen vindt plaats, waarna het bloed via venen terugstroomt naar het hart. De venen uit de lichaamscirculatie komen samen in de vena cava inferior en de vena cava superior. Deze twee venen komen uit in het achterste deel van het  rechter atrium.

Nu begint  de longercirculatie. Het bloed stroomt via het rechter atrium naar het rechter ventrikel. Door contractie van het hart wordt het bloed vanuit het rechter ventrikel in de truncus pulmonalis gepompt. Via deze slagader gaat het bloed naar de longen, waar uitwisseling van stoffen plaatsvindt. Vanaf de longen stroomt het nu zuurstofrijke bloed via de vv. pulmonalis terug naar het linker atrium.

Wanneer men in het rechter atrium kijkt ziet men een deel met een gladde wand en een ruwe wand. Het deel waar de vena cava superior en de vena cava inferior in het atrium aankomen, heeft een gladde wandstructuur. Het voorste deel van het rechteratrium is bekleed met evenwijdig lopende spierbalkjes (mm. pectinati), waardoor dit deel van het rechter atrium een ruwe structuur heeft. De grens tussen de twee structuren wordt gevormd door de crista terminalis, een goed ontwikkelde spierrichel.

De vena cava inferior heeft een halvemaanvormige klep, genaamd valvula venae cavae inferioris, die de vena cava inferior afsluit. De sinus coronarius heeft aan de rechterkant ook zo'n klep.

In de scheidingswand tussen de linker en rechter atium kun je de fossa ovalis zien. Dit is een depressie, waar zich tijdens de embryonale ontwikkeling een opening tussen het rechter en het linker ventrikel bevond (foramen ovale). Omdat de longen nog van een embryo nog niet functioneren, hebben zij minder bloed nodig. Hier hoeft tijdens de embryonale ontwikkeling dus minder bloed naartoe. Via het foramen ovale kon bloed vanuit het rechter ventrikel naar het rechter ventrikel stromen.

Het rechter ventrikel heeft grotendeels een ruw oppervlak door de onregelmatige spierbundels en richels, die trabeculae carneae heten. Een klein deel, het infundibulum, heeft een gladde wandstructuur. Dit gladde deel bevindt zich in het uitstroomgebied naar de truncus pulmonalis. De crista supraventricularis (een erg ontwikkelde spierrichel) scheidt het ruwe instroomgebied van het gladde uitstroomgebied. Meer rechts naar beneden loopt de crista supraventricularis over in het trabecula septomarginalis. Deze goed ontwikkelde spierbundel loopt weer uit in de m. papillaris anterior. Het bloed dat in het rechterventrikel zit, wordt in de truncus pulmonalis gepompt.

Het linker atrium heeft net als het rechteratrium deels een gladde structuur en deels een ruwe structuur. De ruwe structuur wordt gevormd door de mm. pectinati. In het linkeratrium komen de vv. pulmonalis uit. In het uitstroom gebied van deze venen, bevindt zich het gladde deel van het linker atrium. Ook is hier het restant van het foramen ovale te zien.

Het linkerventrikel heeft net als het rechterventrikel een groot ruwwandig deel en een klein gladwandig deel. Het ruwe deel wordt gevormd door de trabeculae carneae. Ook hier zijn m. papillaris aanwezig die de mitralisklep bedienen.. Bloed wordt vanuit het linkerventrikel de aorta in gepompt.

Het hart twee soorten kleppen:

·        Atrioventriculaire kleppen. Deze kleppen zitten in het hart tussen de atria en ventrikels.

o    De rechter atrioventriculaire klep bestaat uit drie delen ofwel drie cuspes: cuspis anterior, cuspis posterior en cuspis septalis. Doordat de rechter atrioventriculaire klep uit drie delen bestaat, heet hij ook wel de tricuspidalisklep (valva tricuspidalis). Aan de cuspes zitten bindweefselkoortjes genaamd chordae tendineae die naar kegelvormige spieruitsteeksel van de ventrikelwand lopen. Die kegelvormige spieruitsteeksels heten mm. papillares. De valva tricuspidalis heeft zijn drie cuspes vastzitten aan de m. papillaris anterior, m. papillaris posterior en m. papillaris septalis.

o   De linker atrioventriculaire klep bestaat uit twee delen ofwel twee cuspes en heet daardoor ook wel valva bicuspidalis of mitralisklep. De cuspes heten cuspis anterior en cuspis posterior. Via de chordea tendineae zitten de cuspes vast aan de m. papillaris anterior en aan de m. papillaris posterior.

·        Arteriële kleppen / halvemaanvormige kleppen / semilunaire kleppen. De nodulus valvulae semilunaris zitten als knobbeltjes op de kleppen. Bij het dichtslaan van de kleppen zorgen ze ervoor dat de randen van de kleppen het bloedvat volledig afsluiten.

o   de valva aortae bestaat uit drie delen, genaamd de vavula posterior, valvula dextra en valvula sinistra. In de bloedvatwand tegenover de kleppen bevinden zich gaatjes. De coronaire arteria ontspringen daar.

o   valva trunci pulmonalis bestaat ook uit drie delen: valvula anterior, valvula dextra en valvula sinistra. In de bloedvatwand tegenover de kleppen bevinden zich, in tegenstelling tot de aortakleppen, geen gaatjes.

Het tussenschot tussen linker en rechter harthelft wordt tijdens de embryonale ontwikkeling gevormd. Dit tussenschot (septum cordis) bestaat uit drie delen:

·        septum interatriale. Dit is het deel van het septum tussen het linker en het rechter ventrikel.

·        septum atrioventriculare. Dit is het deel van het septum tussen het rechter atrium en het linker ventrikel.

·        septum interventriculare. Dit is het deel van het septum tussen het linker en het rechter ventrikel. Dit bestaat grotendeels uit een musculair deel (pars muscularis) en voor een klein deel uit membraan (pars membranacea).

De kransslagaders ontspringen links en rechts van de aorta en lopen door de sulcus coronarius, die uitkomt op de aorta. De coronaire venen liggen vaak parallel aan de coronaire arteriën. De coronaire venen komen via de sinus coronarius uit op het rechter ventrikel.

Het hartgeleidingssysteem begint bij de sinusknoop (SA knoop). Deze knoop bevindt zich craniaal van de crista terminalis op dezelfde hoogte als de inmonding van de vena cava superior. Het elektrische signaal komt vervolgens bij de atrioventriculaire knoop (AV-knoop), die in het septum interatriale ligt links van de inmonding van de sinus coronarius. De bundel van His passeert het hartskelet en geeft dan een linker en een rechter tak af. De vertakkingen lopen aan beide kanten van het pars muscularis van septum interventriculare. Het hartskelet vormt de elektrische isolatie tussen atria en ventrikels. Dit is belangrijk voor de voortgeleiding van de prikkels.

Voorcollege hart histologie

Wanneer men een doorsnede van de hartwand maakt, kan men van binnen naar buiten het hartzakje, het myocardium en het endocardium onderscheiden.

Het hartzakje ligt om het hartspierweefsel heen en bestaat uit een visceraal, pariëtaal en fibreus deel. Tegen het hartspierweefsel aan ligt is de bindweefsel laag, Daar bovenop ligt het viscerale deel van het hartzakje, Dit deel wordt ook wel het epicard genoemd. Hier boven ligt het pariëtale deel van het hartzakje. Tussen het epicard en het pariëtale deel van het hartzakje ligt de pericardale ruimte.

Het myocardium is het dwarsgestreepte hartspierweefsel. In dit deel lopen veel bloedvaten en kunnen ook fibroblasten worden aangetroffen.

Het endocardium is de binnen bekleding van het hart. Dit bekleedt de binnenkant van de atria en ventrikels. Het scheidt het hartspierweefsel als het ware van het bloed.  De binnenbekleding van het hart is opgebouwd uit endotheel en uit dun, elastisch bindweefsel.

Onder de lichtmicroscoop zijn in het myocard goed de afzonderlijke hartspiercellen, ofwel myocyten te onderscheiden. In tegenstelling tot skeletspiercellen heeft elke hartspiercel maar één kern. De hartspiercellen zitten goed aan elkaar bevestigd door middel van desmosomen en fasiae adherentes. De plaatsen waar twee afzonderlijke hartspiercellen aan elkaar zijn bevestigd zijn waar te nemen als een grillige iets donkerdere lijn. Deze lijnen worden glanslijnen genoemd. In een hartspiercellen liggen boven en onder de kern veel mitochondriën. . Het hart is erg goed doorbloed. Bij bijna elke spiercel loopt wel een bloedvaatje.  Hartspiercellen communiceren met elkaar door middel van gap-junctions. Hierdoor wordt prikkelgeleiding mogelijk gemaakt.

De hartspiercel heeft vaak een gevorkte vorm (Y-vormig). Dit is van belang, omdat de hartspiercel in meerdere richting moet kunnen samentrekken.

Onder de elektronenmicroscoop zijn zelfs de dikke (myosine) en dunne (actine) filamenten te zien. Rond de kern van de hartspiercel liggen heel veel mitochondria, die de cel van voldoende energie moeten voorzien. Rond de sacromeren van een myocyt ligt het sarcoplasmatisch reticulum met de T-tubules. De T-tubuli zijn inkepingen van het plasmamembraan en spelen een belangrijke rol bij prikkeloverdracht. De T-tubuli en het sarcoplasmatisch reticulum liggen dicht tegen elkaar aan.

Een hartklep is gemaakt van stevig, maar elastisch bindweefsel. De elastische eigenschappen komen onder andere door collageen. Ook een hartklep is aan de buitenkant bekleed met endotheel.

De bundel van His speelt een belangrijke rol bij de prikkelgeleiding door het hartspierweefsel. Het wordt gevormd door gemodificeerde hartspiercellen, die purkinjecellen worden genoemd. In de cellen liggen nog restanten van de myofibrillen. De cellen kunnen niet meer contraheren. De Purkinjevezels in de bundel van His zien er veel rommeliger uit dan de organisatie van de myocyten. De Purkinjecellen zitten aan elkaar bevestigd, Onder de lichtmicroscoop is deze verbinding waar te nemen als  een postzegelrand. Ook de vezels hebben veel energie nodig. Daarom zijn ook hier veel mitochondria te zien. De purkinjevezels lopen met de bloedvaten mee, Zij kunnen prikkels doorgeven aan de hartspiercellen.

Hoorcollege 1 en 2: Hartfunctie en mechanische activiteit van het hart

Bloedsomloop en het hart

Het bloedvatsysteem is een gesloten systeem; het bloed dat het hart verlaat, komt het hart ook weer in. Het bloed wordt uit de linker helft van het hart via de aorta het lichaam ingepompt, vanwaar het naar allerlei organen gaat. Hier vindt uitwisseling plaats in het capillaire netwerk van deze organen. Dit is mogelijk doordat de stroomsnelheid van het bloed laag is. Aan het begin van het capillaire netwerk is de transmurale druk hoger dan de osmotische druk. Hierdoor is er sprake van filtratie. Aan het eind van het capillaire netwerk is de osmotische druk weer hoger, waardoor er absorptie plaatsvindt. Het bloed komt terug in het hart via de onderste of bovenste holle ader in het rechter atrium. Vanuit het rechter atrium gaat het bloed via het rechter ventrikel de kleine circulatie in (via de longen). Wanneer het bloed het capillaire vaatbed van de longen gepasseerd is, stroomt het via de longader in het linkeratrium. Na ook het linker ventrikel te zijn gepasseerd, gaat het bloed vervolgens de aorta in.

De circulatie bestaat normaal gesproken uit parallelschakelingen van capillaire gebieden. Er zijn echter ook een paar serieschakelingen te vinden:

- Tussenmaag-darmkanaal en de lever. Het bloed wordt vanaf het maag-darm kanaal eerst naar de lever geleidt.

- Bij de nieren. In het eerste capillaire systeem vindt alleen filtratie plaats,. Hier is de transmuraledruk dus altijd hoger dan de osmotische druk. In tweede capillaire systeem vindt alleen absorptie plaats. .

In de longen verloopt de capillaire uitwisseling ook iets anders dan normaal. In de longen is er namelijk continu absorptie nodig. De zuurstof die geabsorbeerd moet worden is slecht oplosbaar in bloed. Daarom is er in het bloed een hulpstof aanwezig: hemoglobine. Om continu absorptie mogelijk te maken is de osmotische druk altijd hoger dan de transmurale druk.

Het hart heeft een linker en een rechter helft. De linker helft ontvangt bloed uit de longen en pompt bloed naar het lichaam. De rechter helft ontvangt bloed uit het lichaam en pompt bloed naar de longen. Het bloed stroomt via venen de atria binnen. De ventrikels pompen het bloed in de arteriën. Tussen de ventrikels en de atria en tussen de ventrikels en de arteriën zijn kleppen aanwezig.

In het kader van hartwerking wordt vaak gesproken over de cardiac output (CO). De CO drukt uit hoeveel bloed er het hart verlaat per tijdseenheid. Dit wordt ook wel het hart minuut volume genoemd. In rust is dit 5 liter per minuut. Dus: CO = hartfrequentie x slagvolume

Wat betreft de hartslag, is er sprake van een systole (de fase van samentrekking van de ventrikels) en een diastole (de fase waarin de ventrikels zich met bloed vullen). Deze faseverdeling kun je zowel in elektrische als in mechanische zin maken. De kamers kunnen isovolumetrisch samentrekken. De druk loopt dan op, waarna de ventrikels samentrekken. Na de contractie vindt isovolumetrische relaxatie plaats. Hierbij daalt de druk, waardoor de ventrikels zich vullen. Tijdens de systole wordt het hart zelf niet doorbloed, tijdens de diastole wordt het hart wel doorbloed. Een regelmatig hartritme is dus belangrijk voor de doorbloeding van het hart.

De druk waarmee het bloed het hart inkomt, noemt men de preload. De druk waarmee het bloed het hart verlaat de afterload. Doordat de contractiliteit kan verschillen, kan de afterload ook verschillen.

Bij sporters die zware inspanning verrichten, kan de hartfrequentie maximaal drie maal toenemen en het slagvolume twee maal. Het slagvolume is dus maar iets trainbaar. Het verschil tussen iemand met een goede conditie en iemand met een slechte conditie zit vooral in de zuurstof uitwisseling. Iemand met een slechte conditie brengt het bloed terug naar de longen met veel zuurstof erin. Iemand die goed getraind is, heeft een uitgebreider capillair netwerk. Het bloed wordt dus veel beter ontdaan van zuurstof. De capaciteit van de longen is groot, waardoor dit verschil in zuurstof niet uitmaakt. Bij een goede training is dus een langzamere stroming en een veel betere zuurstofuitwisseling.

De hartslag wordt gereguleerd door baroreceptoren en het autonome zenuwstelsel. Het hart kan zelf kloppen (ongeveer 110 slagen per minuut), maar wordt constant geremd door het parasympathische zenuwstelsel, zodat de hartslag rond de 60 slagen per minuut ligt.

Druk-volume lus

In figuur 10 in de bijlage is een druk-volume lus te zien. De druk volume lus lees je altijd af tegen de klok in.

In de druk volume lus wordt de systole weergeven met de rode en oranje lijn (loopt van C naar D naar E naar F). In de periode C naar D contraheert het hart. De druk in de ventrikels loopt op. Op dit moment zijn alle kleppen gesloten, dus het volume blijft gelijk. Op het punt D is de druk in het ventrikel hoger dan in aorta, waardoor de aortaklep opent. In de periode D naar E is het hart nog steeds in contractie, De druk loopt nog steeds op, maar doordat de aorta klep geopend is, stroomt het bloed in de aorta en neemt het volume af, Van E naar F stroomt er nog steeds bloed naar de aorta, maar begint het hart met relaxeren, waardoor de druk afneemt. Op het punt F is de druk in de aorta weer hoger dan in het ventrikel en sluit de aortaklep.

De diastole wordt weergeven door de groene en paarse lijn (loop van F naar A naar B naar C). Van F naar A relaxeert het ventrikel. Hierdoor neemt de druk af. Alle kleppen zijn gesloten. Het volume blijft dus constant. Op het punt A opent de mitralis klep, doordat de druk in het atrium hoger is dan in het ventrikel. Van A naar C neemt stroomt het bloed vanuit het atrium het ventrikel in. Het volume neemt toe. Vlak voor C contraheert het atria, waardoor de druk in het ventrikel iets oploopt. Vervolgens is de druk in het ventrikel hoger dan in het artria, waardoor op punt C de mitalisklep weer sluit. Vervolgens begint de systole weer.

Elektrische geleiding

De contractie van het hart wordt opgewekt door een elektrisch signaal dat over de hartspier wordt voorgeleid. Er is dus sprake van overdracht van een elektrisch signaal naar mechanische activiteit. De sinusknoop is de pacemaker van het hart. Het wekt het elektrische signaal op, dat zich vervolgens over de boezems verspreid. Dit vertoond de P-top in het ECG. Vervolgen gaat het signaal naar de AV-knoop. De AV-knoop bevindt zich tussen het atrium en ventrikel, aan de atriumzijde. Hier stopt de voortgeleiding heel even, waarna het via de bundel van His verder gaat naar de Purkinje vezels. Hierna zullen de ventrikels samentrekken. De verspreiding van het elektrische signaal over de ventrikels is in het ECG waar te nemen als het QRS-complex. Na de contractie is er repolarisatie van de ventrikels, dat als de T-top in het ECG is waar te nemen.

Figuur 11 in de bijlage is een afbeelding van een ECG van het hart. De P-top staat voor de activiteit van de boezems. De repolarisatie van de boezems is niet zichtbaar in het ECG. In het PQ-segment verblijft de impuls in de av-knoop en wordt het signaal doorgeleid naar de bundel van His. Dit scheidt de boezemcontractie van de ventrikelcontractie. In de QRS-fase vindt depolarisatie van de ventrikels plaats, dit duurt ongeveer 80 ms. De T-top wijst op de ongelijke repolarisatie van de ventrikels.

De signaalvoortgeleiding over het hart wordt mogelijk gemaakt doordat de hartspiercellen met connexines aan elkaar verbonden zijn.

Wanneer de hartslag 60 slagen per minuut is, duurt één hartslag 1000 ms. De mechanische contractie van de atria neemt hiervan 250 ms in beslag. De elektrische AV-geleiding duurt 120 ms. Het elektrische QRS-complex, waardoor de ventrikels geactiveerd raken, duurt 80 ms. De mechanische contractie van de ventrikels duurt 300 ms. Tenslotte herstelt het hart in de overige 700 ms.

De mechanische ventriculaire systole neemt 30% van de hartcyclus in beslag, de elektrische ventriculaire systole neemt 38% in beslag.

Kleppen en druk

Tijdens een hartcyclus zijn vier fasen te onderscheiden: de isovolumetrische contractie fase, de ejectie fase, de isovolumetrische relaxatie fase en de vul fase.

1. De isovolumetrische contractie: Alle kleppen zijn gesloten en het ventrikel contraheert, De druk in het ventrikel neemt vervolgens snel toe, totdat de aortaklep zich opent op het moment dat de druk in het ventrikel de druk van het bloed in de aorta overstijgt.
2. Ejectiefase: het bloed stroomt vanuit het linker ventrikel de aorta in. Hierdoor neemt de druk weer af en zal de aortaklep op gegeven moment weer dicht gaan.
3. Isovolumetrische relaxatie: het ventrikel relaxeert. De av-klep gaat pas weer open als de ventrikeldruk weer voldoende gedaald is ten opzichte van het linker atrium.
4. Vul fase: de av-klep is geopend, waardoor bloed vanuit het atrium in het ventrikel kan stromen. Aan het eind van de vul fase, contraheert het atrium om nog een laatste hoeveelheid bloed in het ventrikel te krijgen. Vervolgens is de druk in het ventrikel hoger dan in het atrium, waardoor de av-klep sluit.

Dit hele proces is weergegeven in figuur 12 uit de bijlage. Wanneer de diastolische druk verhoogd is (bij hoge bloeddruk), moet het hart een grotere druk opbouwen om de klep open te laten gaan. Dit vergt veel van de hartwerking en daarom is een hoge bloeddruk dan ook slecht voor het hart. 

Harttonen

De harttonen die je kunt horen bij auscultatie, wijzen op het sluiten van de kleppen. De 1^e harttoon (S1) is van de mitralisklep en de tricuspidalisklep die sluiten (het ventrikel contraheert, waardoor de bloeddruk in het ventrikel hoger wordt dan in het atrium en de kleppen sluiten). De 2^e harttoon (S2) kun je horen bij de sluiting van de aortaklep en de pulmonalisklep. Wat je hoort is niet de sluiting van de kleppen, maar de turbulentie in het hart wanneer de kleppen gaan sluiten zijn.

Werking myocyten

Het hartspierweefsel is dwarsgestreept en is opgebouwd uit losse cellen: myocyten. De elektrische signaalgeleiding vindt plaats door de voortplanting van actiepotentialen over de myocyten. Een actiepotentiaal ontstaat door instroom van calcium. De rustpotentiaal van een myocyt is ongeveer -80/-90 mV.

Een actiepotentiaal verplaatst zich over het membraan van een spiercel. De verplaatsen zich door de T-tubuli. In de T-tubuli zijn L-type calcium kanaaltjes aanwezig. Door de actiepotentiaal gaan de kanaaltjes open en is er een kleine influx van calcium ionen.   Deze calcium ionen binden dit aan de ryaludinereceptor (Ryr). Hierdoor wordt er calcium uit het sarcoplasmatisch reticulum (SR) in het cytoplasma uitgestoten. Dit zorgt voor een grote calcium concentratie toename. Het calcium gaat een interactie aan met actine en myosine, waardoor contractie plaats vindt. Dit proces noemt men excitatie-contractiekoppeling.

In het sarcolemma bevinden zih Na-Ca²⁺-pompen, die een deel van het calcium weer de cel uit kan pompen. SERCA-2 receptoren bevinden zich op het sarcoplasmatisch reticulum en pompt de intracellulair vrijgekomen calciumionen weer in het SR.

10% van de calciuminflux komt van buiten de cel en 90% wordt geleverd door het SR. Na contractie gaat deze 90% weer terug het SR in. De overige 10% gaat weer naar buiten.

Hartfalen

Hartfalen ontstaat vaak door hypertensie (45%), infarcten (45%), en bijv. klepgebreken. De actiepotentiaal wordt in deze situatie abnormaal lang. Dit komt door een verhoogde diastolische calciumconcentratie.

Regulatie cardiac output

Aanpassing van de cardiac output aan fysiologische behoefte wordt geregeld door zowel extrinsieke als intrinsieke factoren. Extrinsieke factoren zijn: ademhaling, spierpomp en neurohumorale factoren (door activiteit van het autonome zenuwstelsel en de bijnier). Onder de intrinsieke factoren valt de autoregulatie (volgens Frank Starling)..     

De cardiac output, ook wel hartminuut volume (HMV), neemt toe bij zware inspanning. Dit betekent dat het hart in zo’n situatie meer liters bloed per minuut wegpompt. Normaal gesproken is de hartfrequentie in rust ongeveer 60 slagen per minuut. Een normaal slagvolume is in dit geval 70 L, wat een CO van 4-5 L/min betekent. Bij inspanning neemt de frequentie drie maal toe tot 180 slagen per minuut en het slagvolume tot 140 liter. Dit levert een CO van 25-30 L/min op. Een verhoogde hartwerking is niet het enige dat bijdraagt aan de mogelijkheid van een zware inspanning. Wat ook belangrijk is, is dat er een herverdeling van het circulerende bloed plaatsvindt (zo zal er bijvoorbeeld bij inspanning minder bloed naar de spijsverteringsorganen gaan). Deze aanpassingen worden geregeld door het autonome zenuwstelsel.

Een andere manier van bloeddruk regulatie gaat via de baroreceptoren in het horizontale deel van de aorta boog. Wanneer deze uitgerekt worden, gaat er een signaal naar de medulla oblongata, dat hier dient als reflexcentrum. Informatie wordt daar verwerkt, wat leidt tot beïnvloeding van hartwerking en bloedvaten (vagale systeem). Oftewel, er vindt een verandering van sympathische en parasympathische output plaats. Een hoge bloeddruk heeft een rekking van de baroreceptoren tot gevolg. De medulla geeft aan het hart door dat de hartfrequentie omlaag moet gaan (bradycardie). Daarnaast geeft de medulla aan de bloedvaten een vasodilatiesignaal. Door deze effecten wordt de bloeddruk lager. 

De cardiac output wordt dus bepaald door de hartslagfrequentie en het slagvolume. De frequentie wordt bepaald door wat er in de sinusknoop gebeurt. Dit proces wordt vertraagd door parasympathische activering en versterkt door sympathische activering en adrenaline. Dit wordt ook wel het neurohumorale systeem genoemd.

Het slagvolume wordt bepaald door de contractiekracht. De contractiliteit wordt beïnvloed door de sympathicus en adrenaline. Daarnaast speelt ook de lengte-spanning relatie een rol; als je een hart uitrekt, gaat het meer arbeid leveren. De lengte-spanning relatie is afhankelijk van de veneuze terugkeer naar het hart. De veneuze terugkeer wordt bepaald door de skeletspierpomp en de ademhalingspomp.

Bij mensen met hartfalen neemt de frequentie toe maar gaat de contractiekracht omlaag. Daarom is het belangrijk om de hartslagfrequentie bij deze mensen laag te houden. Dit gebeurt bijvoorbeeld door het gebruik van bètablokkers.

Autonome regulatie

De bloedcirculatie staat onder invloed van het autonome zenuwstelsel. Zo worden zowel het hart als de bloedvaten sympathisch en parasympathisch geïnnerveerd.

Sympathische activiteit kan direct of indirect zijn:

·        Direct (neurogeen) – lokale reactie

o   Hart: noradrenaline grijpt aan op β₁-receptoren. Als gevolg stijgen de hartslagfrequentie en de contractiliteit.

o   Bloedvaten: noradrenaline grijpt aan op α₁ –receptoren, die zorgen voor vasoconstrictie in huid, darm en nier

·        Indirect (hormonaal) - komt overal

o   Beïnvloed bloedvaten: Adrenaline grijpt aan op β₂-receptoren, wat zorgt voor vasodilatatie in actieve spieren

Parasympathische activiteit kan direct of indirect zijn:

·        Direct:

o   Hart: Acetylcholine grijpt aan op de M₂-receptoren, waardoor de hartslagfrequentie wordt verlaagd. Er is weinig effect op de contractiliteit.

o   Bloedvaten: weinig (direct) effect

·        Indirect:

o   Remming output sympathische zenuwstelsel en heeft dus toch effect op de vasoconstrictie en contractiliteit van het hart.

Werkgroep 1: Mechanische activiteit van het hart I

Hartcyclus en bloedstroom

In de diastolische fase stroomt bloed vanuit de aders (bovenste/onderste holle ader en longader) in de twee atria. Zowel de mitralisklep als de tricuspidalisklep zijn open, zodat het bloed ook de ventrikels instroomt. Vervolgens vindt contractie van de atria plaats, waardoor het bloed in de ventrikels wordt gepompt. Als gevolg hiervan zullen door de hoge ventriculaire druk de av-kleppen sluiten. Ook de ventrikels contraheren (isovolumetrische contractie), zodat de druk in de ventrikels alleen maar toeneemt. Als de druk in de ventrikels de druk in de aorta en de longslagader overstijgt, zullen de aortaklep en pulmonalisklep openen. Bloed stroomt de slagaders in, totdat het bloed op gegeven moment dreigt terug te stromen. Op dat moment zullen de aortaklep (en pulmonalisklep) weer sluiten. Er vindt isovolumetrische relaxatie plaats, waardoor de druk in de ventrikels weer zal dalen tot onder de druk in de atria. Wanneer dit het geval is, zullen de av-kleppen weer openen en begint de diastolische fase opnieuw.

Richting bloedstroom

De richting van de bloedstroom wordt bepaald door drukverschillen en de aanwezige kleppen. De drukgradiënt is uiteindelijk de motor van de bloedstroom. De kleppen laten het bloed maar in één richting door.

EDV en ESV

Het EDV (eind diastolisch volume) is het volume in het ventrikel aan het eind van de diastole. Dit is vlak voor dat de ventrikels contraheren. Het ESV (eind systolisch volume) wordt bereikt wanneer de aortaklep sluit. Er wordt dan geen bloed meer uit het ventrikel geperst en het ventrikel is dan ook het kleinst. Dit is aan het eind van de systolische fase.

Het ECG

In een ECG (figuur 1) staat de P-top voor de activiteit van de boezems. In principe wijst de top op de elektrische activiteit, die vooraf gaat aan de mechanische activiteit. In de PQ-fase verblijft de impuls in de av-knoop. Het QRS-segment wijst op de depolarisatie van de ventrikels, met contractie als gevolg. In deze fase vindt ook de repolarisatie/relaxatie van de atria plaats. De T-top wijst op de repolarisatie van de ventrikels.

Dicrotic notch

Wanneer de aortadruk hoger wordt dan de druk in het linkerventrikel, zal de aortaklep niet meteen sluiten (dicrotic notch). Het bloed zal nog even doorstromen door de kinetische energie die het bezit. Hierin zie je de traagheid van massa.

Harttonen

De 1^e harttoon ontstaat bij sluiting van de mitralis- en tricuspidalisklep. Je hoort niet het sluiten van de kleppen, maar de turbulentie die ontstaat bij het sluiten. Door de plotselinge spanning ontstaan vibraties in de kleppen en het omliggende weefsel. Deze vibraties ontstaan doordat er nog een klein beetje bloed door de opening stroomt, wanneer de kleppen nog niet volledig zijn gesloten. . De 2^e harttoon is hoorbaar op het moment dat de aorta- en pulmonalisklep gaan sluiten. Soms is er een gespleten 2^e toon hoorbaar, waarvan de eerste 2^e toon wijst op sluiting van de aortaklep en de tweede 2^e toon op sluiting van de longklep. De aortaklep sluit eerst, omdat daar de drukverschillen groter zijn. Deze splijting kun je ook horen na een diepe inademing. Hierdoor neemt namelijk het ‘venous return’ toe, waardoor het langer zal duren voordat het rechter ventrikel de grote hoeveelheid bloed weggepompt heeft.

Mitraalklep stenose

Bij een patiënt met een mitraalklep stenose zal de mitralisklep niet goed sluiten. Hierdoor zal er voor het sluiten van de mitralisklep, dus voor de eerste harttoon geruis te horen zijn. Dit is in de systolische fase. Doordat de klep nog niet volledig gesloten is, zal er tijdens de contractie bloed terugstromen naar het atrium. Het geluid van S1 zal harder te horen zijn. Dit komt doordat er meer turbulentie zal zijn, door het moeilijk sluiten van deze klep. Het geluid van S2 zal juist zachter zijn, doordat er minder bloed in het ventrikel komt.

Functioneren mitralisklep

In figuur 13 in de bijlage is de normale werking van de mitralisklep afgebeeld. Op de x-as staat de tijd afgebeeld. Op de y-as staat de mate waarin de mitralisklep geopend is. Bij een patiënt met een mitraalklep stenose zal het echocardiogram in die zin veranderen, dat de opening van mitralisklep zal afnemen. Dit betekent dat de twee pieken van de ‘anterior leaflet’ lager zullen komen te liggen.

Door de mitralsiklep stenose zal er bloed in het linker atrium achterblijven, waardoor de druk daar zal stijgen. Hierdoor neemt ook de druk in de long-capillairen toe. Als gevolg hiervan kan er longoedeem ontstaan, met kortademigheid als gevolg. Door de hogere druk in de longcirculatie moet het rechterventrikel harder werken. Hierdoor kan de wand van het rechterventrikel dikker worden (hypertrofie). De hartfrequentie zal omhoog gaan en de spier zal minder rekbaar worden. Hierdoor wordt het slagvolume steeds kleiner. Ook is er een verhoogde kans op atriumfibrilleren.

Excitatie contractie proces

Een actiepotentiaal verplaatst zich over het membraan van een spiercel. De verplaatsen zich door de T-tubuli. In de T-tubuli zijn L-type calcium kanaaltjes aanwezig. Door de actiepotentiaal gaan de kanaaltjes open en is er een kleine influx van calcium ionen.   Deze calcium ionen binden dit aan de ryaludinereceptor (Ryr). Hierdoor wordt er calcium uit het sarcoplasmatisch reticulum (SR) in het cytoplasma uitgestoten. Dit zorgt voor een grote calcium concentratie toename. Het calcium gaat een interactie aan met actine en myosine, waardoor contractie plaats vindt. Dit proces noemt men excitatie-contractiekoppeling.

In het sarcolemma bevinden zih Na-Ca²⁺-pompen, die een deel van het calcium weer de cel uit kan pompen. SERCA-2 receptoren bevinden zich op het sarcoplasmatisch reticulum en pompt de intracellulair vrijgekomen calciumionen weer in het SR.

Sympathische activiteit, parasympathische activiteit

Sympathische activiteit kan direct of indirect zijn:

·        Direct (neurogeen) – lokale reactie

o   Hart: noradrenaline grijpt aan op β₁-receptoren. Als gevolg stijgen de hartslagfrequentie en de contractiliteit.

o   Bloedvaten: noradrenaline grijpt aan op α₁ –receptoren, die zorgen voor vasoconstrictie in huid, darm en nier

·        Indirect (hormonaal) - komt overal

o   Beïnvloed bloedvaten: Adrenaline grijpt aan op β₂-receptoren, wat zorgt voor vasodilatatie in actieve spieren

Parasympathische activiteit kan direct of indirect zijn:

·        Direct:

o   Hart: Acetylcholine grijpt aan op de M₂-receptoren, waardoor de hartslagfrequentie wordt verlaagd. Er is weinig effect op de contractiliteit.

o   Bloedvaten: weinig (direct) effect

·        Indirect:

o   Remming output sympathische zenuwstelsel en heeft dus toch effect op de vasoconstrictie en contractiliteit van het hart.

Baroreceptoren

In het horizontale deel van de aortaboog liggen baroreceptoren. Bij een veranderende bloeddruk rekken deze baroreceptoren. Er gaat dan een signaal naar de medulla oblongata. De medulla oblongata stimuleert dan afhankelijk van de situatie het parasympathische of het sympathische autonome zenuwstelsel en remt het andere. Een te lage bloeddruk leidt tot activering van de sympaticus. Een te hoge bloeddruk heeft activering van de parasympathicus tot gevolg.

Farmaca en hart/vaatstelsel

Wanneer de β₁-receptoren door farmaca worden geblokkeerd, zal er verlaging van de sympathische activiteit optreden. Dit betekent dat de hartslagfrequentie, contractiekracht en dus ook de bloeddruk omlaag gaan. Een voorbeeld van zo’n farmacon is metoprolol.

Wanneer de β₂-receptoren worden geblokkeerd, wordt de vasodilatatie tegen gegaan, waardoor de bloeddruk zal stijgen. Een voorbeeld is propranolol.

Door blokkade van de α₁-receptoren zal de vasoconstrictie worden tegengegaan, waardoor de bloeddruk zal dalen. Een voorbeeld hiervan is prazosine.

Blokkering van M₂-receptoren zal leiden tot een hogere hartfrequentie, omdat de parasympathische activiteit geblokkeerd wordt. Een voorbeeld van zo’n famacon is ipratropium of atropine.

Blokkade AZS

Wanneer het autonome zenuwstelsel geblokkeerd wordt (bijv. door een harttransplantatie), zal de hartfrequentie sterk toenemen. Dit komt doordat het hart normaal gesproken voornamelijk geïnnerveerd wordt door het parasympathische zenuwstelsel. Bovendien is de intrinsieke activiteit van het hart zo’n 100-120 slagen per minuut. Bij blokkering van de sympathicus reageert het hart nog wel op adrenaline uit de bijnier.

Farmaca en hartfalen

Een patiënt met hartfalen kan met de volgende middelen behandeld worden:

·        furosemide. Dit is een diureticum. Het vermindert resorptie in de nieren. Er verlaat meer water het lichaam, waardoor er minder water in het bloed kan zitten. De bloeddruk daalt.

·        isosorbidedinitraat. Dit middel is een NO-donor. NO verwijdt de vaten, met name de venen. NO werkt ook op de kransslagaders.

·        enalapril. Dit is een ACE-remmer. ACE-remmers voorkomen omzettingen van angiotensine 1 in angiotensine 2. Angiotensine 2 zorgt normaal gesproken voor vasoconstrictie. Enalapril remt dus vasoconstrictie. Als gevolg verwijden de vaten.

·        metoprolol, een bètablokker

·        digoxine. Digoxine is een hartglycoside. Digoxine zorgt voor toename van contractiekracht, verlaging van hartfrequentie en vertraging van av-geleiding. De sympathicus wordt zo geremd en de parasympathicus gestimuleerd. Verlaging van de hartfrequentie en vertraging van de av-geleiding zijn directe effecten van digoxine. Dit komt doordat digoxine de baroreceptoren gevoeliger maakt. De vagale tonus gaat omhoog, waardoor het parasympatische zenuwstelsel wordt gestimuleerd en het sympathische zenuwstelsel wordt geremd.

Isosorbidedinitraat en enalapril beïnvloeden de hartfunctie door de preload (en het liefst ook de afterload) te verlagen. Gevolgen voor de patiënt kunnen zijn: duizeligheid, misselijkheid en een rood gezicht (met name bij ISDN). Ook kunnen er hartkloppingen ontstaan door de baroreflex. Beide middelen zorgen voor vasodilatatie. De baroreceptoren zullen de lage bloeddruk registeren, waardoor zij het sympathische zenuwstelsel gaan stimuleren. Hierdoor zal de hartfrequentie en de contractiekracht omhoog gaan.

Metoprolol grijpt aan op de β₁-receptoren in de SA-knoop van het hart en in de nieren. Hierdoor wordt de sympathische activiteit geremd.

Werkgroep 2: Mechanische activiteit van het hart II

Volume-druk relatie

Tijdens de inflow fase opent de mitralisklep. Het linker ventriculair volume is op zijn minimum (ongeveer 50 mL) en de linker ventriculaire druk is lager dan de druk van het linkeratrium. Door dit drukverschil vult het linkerventrikel zich passief. De ventriculaire druk daalt (ook wanneer het bloed de kamers inkomt) doordat de ventriculaire spieren zich ontspannen. Tijdens de tweede fase van de vulling stijgt het volume van 70 mL naar 120 mL. De druk stijgt lichtelijk, want de rekbaarheid van de ventriculaire wand is groot tijdens de diastole.

Zie figuur 14 in de bijlage.

Daarna sluit de mitralisklep, waardoor de ventriculaire vulling stopt en de isovolumetrische contractie begint. Het volume van 120 mL blijft gelijk en de druk stijgt totdat die gelijk is aan de diastolische druk van de aorta.

Hierna opent de aortaklep zich en stroomt er bloed de aorta in. De ventriculaire spieren verkorten, waardoor het volume kleiner wordt tot 75 mL. De druk stijgt nog verder met een piek op 130 mm Hg. De ventriculaire spieren ontspannen zich weer. De druk daalt. Het volume neemt nog iets af door de kinetische energie van het bloed. Deze fase wordt voorspeld door het QRS-complex.

Tenslotte sluit de aortaklep en gaat het linkerventrikel in isovolumetrische relaxatie. Het volume blijft gelijk, maar de druk daalt enorm. Aan het eind van deze fase opent de mitralisklep zich weer. Dit komt overeen met de T-top in het ECG. Dan begint de hartcyclus weer opnieuw.

De preload is de gemiddelde wandspanning van de linker hartkamer aan het einde van de diastole of het EDV van de linkerkamer. Het geeft de mate van vulling aan voor het ventrikel. De afterload is de druk waartegen het ventrikel het bloed in het arteriële systeem moet pompen, ook wel contractiekracht genoemd. In het figuur bevindt de preload zich in punt C en de afterload in punt D.

Het ESV (het eind systolisch volume) bevindt zich in het figuur in punt F.

In dit voorbeeld is het slagvolume 70 mL. Namelijk: SV = EDV-ESV = 120-50 = 70 mL.

De ejectiefractie bereken je als volgt: slagvolume/EDV. In dit voorbeeld wordt dat: 0,07/0,120 L = 0,58.

De cardiac outpunt bij 60 slagen per minuut is: frequentie x slagvolume = 60 x 70 = 4,2 L.

Stel dat de contractiliteit toeneemt, maar de preload en afterload gelijk blijven. In figuur 5b is het gevolg voor de druk-volume relatie afgebeeld. Het slagvolume neemt toe. De wet van Starling geldt de eerste slag niet (IN is minder dan UIT door een gelijkgebleven EDV), daarna wel.

Stel dat de preload toeneemt en de contractiliteit en afterload constant blijft. Het gevolg hiervan voor de druk-volume relatie is weergegeven in onderstaand figuur. Punt C en D zijn naar rechts verschoven, met een toegenomen slagvolume als gevolg. De wet van Starling gaat hier op (‘wat er in komt, gaat er ook weer uit’)

Stel de contractiliteit neemt toe, maar de preload en afterload blijven constant. De ventrikels zullen nu meer leeggepompt worden. Het slagvolume wordt groter. In de druk-volume lus is dit waar te nemen doordat de punten A, F en E meer naar links zullen verschuiven. Dit is te zien in figuur 15 t/m 17 in de bijlage. De wet van starling gaat in de eerste slag niet op, omdat het volume wat uit het hart wordt gepompt groter zal zijn dan het volume dat het hart was ingekomen. Na de eerste slag zal de wet van starling wel weer op gaan.

Hypertensie

Risicofactoren voor hypertensie zijn: roken, obesitas, hoog plasma cholesterol, diabetes, leeftijd en mannelijk geslacht.

Als gevolg van hypertensie zal het linkerventrikel meer kracht moeten leveren om het bloed de aorta in te pompen. De aortaklep zal pas bij een hoger druk openen. Bij hypertensie neemt de afterload dus toe. De aorta klep zal ook weer sneller sluiten, doordat de druk in het ventrikel weer snel lager wordt dan in de aorta. Hierdoor zal het ESV hoger worden. Het gevolg voor de volume-druk relatie is weergegeven in het onderstaande figuur.

Het slagvolume neemt dus af. Hypertensie kan op de langer termijn leiden tot hypertrofie van het linker ventrikel, omdat het hart meer kracht moet leveren. Ook de hartfrequentie zal omhoog gaan. Hierdoor wordt de tijd van de diastole korter. Er is daardoor een kortere tijd om het spierweefsel van bloed en dus van zuurstof te voorzien. Dit terwijl de hartspiercellen, door de grotere arbeid die zij moeten leveren juist meer vraag naar zuurstof hebben. Er is dus sprake van ischemie. Door de hypertrofie zijn er meer cellen die van bloed voorzien moeten worden. Dit kan tot ischaemie en uiteindelijk een hartinfarct leiden.

Hartinfarct

Door een hartinfarct zal het contractiele vermogen van het hart afnemen. Het hart is minder in staat om de ventrikels leeg te pompen. Het slagvolume neemt dus af. De verandering als gevolg van het hartinfarct in de druk-volume lus is dat het ESV naar rechts zal verschuiven. De punten A, F en E verschuiven allen naar rechts. Daarnaast komt het punt E ook iets lager te liggen.

Door de afgenomen contractiliteit zal het hart zich gaan aanpassen. Als het hart dezelfde cardiac output moet hebben (hartslag x slagvolume), zal het de hartslag omhoog gaan. De preload zal hierdoor verhogen, waardoor de punten C en D iets naar rechts zullen komen liggen.

Wandspanning

Stel dat twee harten in EDV een factor 2 van elkaar verschillen eenzelfde volume willen ejecteren. Het hart met een groter EDV zal dan een 25% grotere wandspanning moeten leveren. Dit is te berekenen met de wet van Laplace: T= ΔP x r en de formule om de inhoud van een bol te berekenen: V _bol =4πr³_­ /3. Wanneer het EDV groter is, zal de straal van het ventrikel toenemen. De straal van het ventrikel bij een bepaald volume is te berekenen met de formule voor het volume van een bol. Vervolgens kan met de berekende straal de benodigde wandspanning berekend worden. Bij een grotere straal zal de benodigde wandspanning toenemen.

Een groot hart zal meer bloed tegen dezelfde aortadruk moeten ejecteren, omdat het EDV toeneemt. De wandspanning zal toenemen. Het hart moet een grotere kracht leveren, Er is dus meer energie nodig.

Farmaca en druk-volume relatie

De onderstaande medicijnen hebben de volgende gevolgen voor de druk-volume relatie:

·        Furosemide: verminderd de terugresorptie in de nieren. Het bloedvolume neemt af, dus afterload en preload dalen. Punt C en D verschuiven naar links Punt D daalt. Daarnaast zal de aortaklep door de lagere bloeddruk minder snel weer sluiten. De contractiliteit blijft gelijk. Punt F zal daardoor iets naar links en naar onder verschuiven. Punt A verschuift hierdoor ook naar links.

·        Isosorbidedinitraat: Werkt vaatverwijdend op de venen. De veneuze bloeddruk daalt. De preload neemt af. Punt C en D zullen iets naar links verschuiven. Het slagvolume neemt dus af.

·        Enalapril: Remt de constrictie van de perifere vaten. De vaten zullen verwijden, waardoor de bloeddruk daalt. Ook neemt het circulerend volume af. Met name de afterload zal afnemen, dus punt D zal zakken. Daarnaast zal punt D samen met punt C iets naar links verschuiven. De aortaklep zal door de afgenomen bloeddruk ook minder snel weer sluiten. Hierdoor verschuiven punt A en punt F ook iets meer naar links.

·        Digoxine: de contractiliteit neemt toe, dus punt A en F zullen naar links verschuiven. Ook de contractiekracht wordt groter. Punt E zal hoger komen te liggen.

Zie figuur 18 in de bijlage.

Wanneer een patiënt met chronisch hartfalen metoprolol gebruikt, moet hij oppassen voor hypotensie. De hartfrequentie zal dalen en daarmee ook de bloeddruk. Bij hartfalen is er al sprake van een lage bloeddruk. De bloeddruk zal dus snel te laag worden. Er moet dus goed op worden gelet dat de bloeddruk niet te veel daalt.

Digoxine vergroot de contractiliteit van de myocardvezels door remming van de Na⁺-K⁺-ATPasen. Hierdoor stijgt de intracellulaire Na⁺-concentratie en is er meer Na⁺ beschikbaar voor uitwisseling met Ca²⁺. Er kan meer Ca²⁺ worden opgeslagen in het SR. Bij een actiepotentiaal is er hierdoor meer Ca²⁺ beschikbaar, waardoor de contractiekracht en het slagvolume zullen toenemen.

Partial left ventriculectomy

Door een vergroot hart kan het zijn dat de mitralisklep niet goed meer sluit. Hierdoor kan er bloed lekken door de klep, ook wel ‘mitral regurgitation’ genoemd. Door middel van ‘partial left ventriculectomy’ kan een deel van het linker ventrikel worden weggehaald, waardoor het volume dus afneemt. Hierdoor wordt de ejection fraction vergroot van 17% naar 34%. In deze context spreekt men van LVEDVi in plaats van LVEDV, omdat dat volume geïndexeerd is (volume wordt gekoppeld aan een bepaald gegeven, zoals lichaamsoppervlak).

Zie figuur 19 in de bijlage.

Samenvatting filmpjes InterActive Physiology

Cardiac cycle

De hartcyclus bevat alle gebeurtenissen die gerelateerd zijn aan de bloedstroom door het hart gedurende één hartslag.

Gedurende de hartcyclus gaan de kleppen open en dicht naar aanleiding van een drukverschil aan de twee kanten van de klep. Er zijn vier kleppen:

·        semilunaire pulmonalisklep

·        semilunaire aortaklep

·        linker AV-klep (valva bicuspidalis of valva mitralis)

·        rechter AV-klep (valva tricuspidalis)

De hartcyclus bestaat uit verschillende fases:

Eerst vullen de ventrikels. De hartkamers zijn hierbij ontspannen en het bloed stroomt vanuit de atria door de AV-klep de ventrikels in. De druk in de ventrikels is lager dan de druk in de atria. De atria contraheren, waardoor ook het resterende bloed vanuit de atria in de ventrikels terechtkomt.

Daarna begint de ventriculaire systole. De ventrikels contraheren en de intraventriculaire druk stijgt. De AV-kleppen sluiten door de hoge druk. Een kort moment zijn de ventrikels geheel gesloten. In die tijd vindt de isovolumetrische contractie plaats. De stijgende intraventriculaire druk duwt de semilunaire kleppen open. Het bloed gaat in de aorta en de longslagader.

Na de isovolumetrische contractie komt de isovolumetrische relaxatie. De ventrikels ontspannen zich weer. De druk valt daardoor terug. De ventrikels zijn, na sluiting van de aortakleppen, weer helemaal afgesloten. Intussen vullen de atria zich weer met bloed. Wanneer de atriumdruk hoger is dan de ventriculaire druk, gaan de AV-kleppen open. De ventrikels vullen zich weer.

Beide atria contraheren tegelijkertijd. Beide ventrikels contraheren ook tegelijkertijd.

De bloedstroom volgt de drukveranderingen:

·        drukveranderingen reflecteren de wisselende contractie en relaxatie van het hart.

·        bloed beweegt langs een drukgradiënt (van een hoge naar een lage druk) door elke mogelijke opening.

·        drukveranderingen zorgen ervoor dat de hartkleppen open en dichtgaan, waardoor bloed vooruit vloeit.

Cardiac Output

De cardiac output (CO) is de hoeveelheid bloed dat elke ventrikel wegpompt in één minuut. De cardiac output kan stijgen naar de wensen van het lichaam. De cardiac output is afhankelijk van de hartslag en het slagvolume:          Cardiac Output = hartslag x slagvolume

De hartslag is het aantal slagen in één minuut. In een rustende, volwassen mens ligt de gemiddelde hartslag op 75 slagen per minuut (bpm).

Het slagvolume is de hoeveelheid bloed dat per ventrikel wordt weggepompt gedurende één hartslag. In een rustende, volwassen persoon is het slagvolume ongeveer 70mL per hartslag.

Het slagvolume is te berekenen met het eind diastolische volume (EDV) en het eind systolische volume (ESV). Tijdens het eind diastolische volume (EDV) zitten de ventrikels vol met bloed. Tijdens het eind systolische volume is het grootste gedeelte van het bloed weggepompt. Het slagvolume is te berekenen met: Slagvolume = EDV - ESV

Het autonome zenuwstelsel kan via de sympathicus de hartfrequentie laten stijgen en via een grotere contractiliteit (minder ESV) het slagvolume vergroten. De parasympathicus laat de hartslagfrequentie juist dalen en maakt het slagvolume kleiner. Toch blijft de cardiac output gelijk.

 Een verhoogde veneuze terugkeer naar het hart zorgt voor een grotere rekking van het hart, waardoor de contractiliteit groter wordt. Hierdoor wordt het ESV weer groter.

Een langzame hartslag zorgt ervoor dat de ventrikels meer tijd hebben om zich te vullen. Het EDV wordt hoger en het slagvolume daardoor ook. Door een zeer snelle hartslag wordt veneuze terugkeer naar het hart minder en wordt het slagvolume kleiner.

Bij lichaamsbeweging stijgt de innervering van de sympathicus op het hart. De hartslag en contractiliteit gaan omhoog, waardoor het slagvolume ook groter wordt. Door de hoge hartslag en de grotere contractiliteit van de skeletspieren, is de veneuze terugkeer naar het hart groter. Dit leidt onder andere tot een groter slagvolume.

Een plotselinge daling van de bloeddruk verminderd de veneuze terugkeer naar het hart. Hierdoor wordt het slagvolume kleiner. Wanneer de hartslag stijgt door innervering van de sympathicus, wordt de cardiac output weer normaal.

Bij een stijgende bloeddruk, moet de activiteit van de sympathicus op het hart juist geremd worden, waardoor de hartslag omlaag gaat. De arteriële druk gaat door de hoge bloeddruk ook omhoog, waardoor het ESV ook stijgt. Dit tezamen zorgt voor een verminderd slagvolume. Een lagere cardiac output helpt de bloeddruk te verlagen.

Wanneer het bloedvolume plotseling daalt, wordt de veneuze terugkeer naar het hart minder, waardoor het slagvolume daalt. De sympathicus kan dan voor een hogere hartslag zorgen, zodat de CO normaal blijft.

Bij een overschot aan calcium, kan het hart spastische contracties krijgen. De contractiliteit en het slagvolume gaan omhoog.

Tenslotte hebben hormonen ook nog invloed op de hartslag. Epinephrine laat de hartslag stijgen. Acetylcholine laat de hartslag juist dalen.

Blood pressure regulation

Het korte termijn regulatiemechanisme beïnvloed de bloeddruk door middel van de vatdiameter, hartslag en contractiliteit.

Bij een stijgende bloeddruk rekken de arteriële wanden. Baroreceptoren in de sinus carotis, de aortaboog en andere grote arteriën van nek en thorax registreren deze rek. Er gaan meer impulsen naar het brein. Het brein laat de parasympathische activiteit via de nervus vagus toenemen. Ook brengt het brein de sympathische activiteit, wat geregeld wordt door de hartzenuwen, naar beneden. Deze twee acties van het brein hebben verlaging van de hartslag en een grotere arteriële diameter tot gevolg. De grotere arteriële diameter komt tot stand doordat de activiteit van de vasomotorvezels op de arteriële vaten geremd wordt. Deze vezels zijn sympathische vezels. Wanneer de activiteit van de vezels geremd wordt, ontspannen de vasculaire gladde spiercellen. Dit leidt tot een grotere arteriële diameter.

Bij een dalende bloeddruk worden de baroreceptoren geblokkeerd. Er kunnen dan minder impulsen naar de hersenen. De hersenen zorgen voor een daling in de activiteit van de parasympathicus.

De sympathische activiteit neemt toe. Dit is te merken aan de vasomotorvezels. Deze vezels worden actiever en ze zorgen ervoor dat de vasoconstrictie van gladde spiercellen plaatsvindt. De diameter van de arteriën wordt kleiner, waardoor de bloeddruk stijgt. Ook gaat de hartslag en de contractiliteit dankzij de sympathicus, maar via een andere weg omhoog. Zo stijgt ook de cardiac output en uiteindelijk ook de bloeddruk. Ten slotte stijgt de concentratie van de hormonen epinephrine en noradrenaline in het bloed. Langs deze weg worden ook de hartslag en de contractiliteit vergroot. Ook treedt er hierdoor vasoconstrictie op. Hormonen hebben een langer, maar langzamer effect op de doelorganen.

Het lange termijn regulatiemechanisme beïnvloed de bloeddruk door middel van het bloedvolume. Bloedverlies door bloedingen, ongelukken of bloeddonatie laten de bloeddruk dalen. Dit ontlokt een proces waardoor de bloeddruk weer normaal wordt. Lange termijn regulatieprocessen stimuleren de opslag van lichaamsvloeistof via het niermechanisme en stimuleert het innemen van water om het bloedvolume en de bloeddruk te normaliseren.

Juxtaglomulaire cellen in de nieren houden bij of er veranderingen in de bloeddruk zijn. Als de bloeddruk laag wordt en laag blijft, laten deze gespecialiseerde cellen het enzym renine in de bloedstroom vrijkomen. Via verschillende stappen verhoogd renine de bloeddruk:

stap 1: renine katalyseert de vorming van angiotensine I. Renine bindt in de bloedstroom aan het inactieve angiotensinogeen, een plasma-eiwit. Renine activeert dit enzym tot angiotensine I.

stap 2: omzetting van angiotensine I in angiotensine II in de longcapillairen, door een enzym in de longen.

stap 3: angiotensine II stimuleert de vrijlating van aldosteron (een hormoon) in de niercortex. Angiotensine II is daarnaast ook een vasocontrictor, die de bloeddruk in de arteriolen laat stijgen. Aldosteron heeft de nieren als doelorgaan. In de nieren verhoogt het de reabsorptie van Na⁺-ionen uit de nierbuisjes. De peritubulaire capillairen absorberen oplossingen en water uit de tubule cells. De oplossingen en water worden uit het filtraat gehaald. Wanneer Na⁺-ionen in de bloedstroom komen, volgt water. Het geresorbeerde water verhoogt het bloedvolume en daardoor de bloeddruk.

Bij dehydratie door zweten, diarree of te veel urineverlies gaat de osmotische waarde van het bloed omhoog en gaan het bloedvolume en de bloeddruk omlaag.

Een hoge osmotische waarde geeft zowel een korte als een lange termijn effect.

Het lange termijn effect is dat de hypothalamus een signaal zendt naar de posterior potuitary, waardoor antidiuretisch hormoon (ADH) vrijkomt. ADH stimuleert de resorptie in de nieren, door meer waterkanalen in de distale buisjes en verzamelbuisjes te stimuleren. Water komt daardoor weer in de capillairen, waardoor de osmotische waarde omlaag gaat en het bloedvolume en de bloeddruk stijgen.

Op korte termijn wordt het dorstcentrum in de hypothalamus geprikkeld. Een persoon gaat dan drinken. Door het ingenomen vocht rehydrateert het bloedvolume en de extracellulaire vloeistof. Bovendien wordt het bloedvolume normaal. De bloeddruk wordt dan ook weer normaal.

Andere chemicaliën kunnen de bloeddruk en de bloedstroom ook beïnvloeden. Meestal gebeurt dat door de bloedvatdiameter te veranderen.

Antwoorden Zelfstudie Practicum

Zelfstudie anatomie

Het hart ligt niet op de mediaanlijn. Het ligt ongeveer vanaf 1/3 aan de rechterkant van de mediaanlijn tot 2/3 aan de linkerkant van de mediaanlijn. Het hart ligt in het compartiment genaamd mediastinum.

Het pericard bestaat uit een buitenzak genaamd pericardium fibrosum. Deze laag bestaat uit bindweefsel. Binnen het pericardium fibrosum ligt het pericardium serosum. Deze bestaat uit twee lagen en is te vergelijken met een interne dubbellagige zak. De buitenste laag van het pericardium serosum, de lamina parietalis, zit vast aan het pericard fibrosum. De andere laag pericardium serosum (lamina visceralis) ligt op het hart zelf. Zie figuur 20 in de bijlage. De lamina parietalis en de lamina visceralis zijn vergelijkbaar met het peritoneum.

De beide boezems vormen de bovengrens van het hart. De ondergrens van het hart wordt gevormd door de beide ventrikels en de ictus cordis. De linker hartcontour wordt begrensd door het linkerventrikel en de truncus pulmonalis. De rechter hartcontour bestaat uit de vena cava superior en inferior, samen met het rechter atrium. Het hart wordt van onder begrensd door het diafragma.

De circulatie in correcte nomenclatuur en normaal Nederlands ziet er als volgt uit:

Zoals in de tabel te zien is, heeft een mens vier hartkleppen. De mitralisklep, de tricuspidalosklep, de aortaklep en de longslagaderklep. De hartkleppen zijn gemaakt van bindweefsel en bedekt met endocard. De papillair spieren zitten via de chordae tendineae vast aan de AV-kleppen. De papillair spieren trekken de klepdelen naar elkaar toe en voorkomen dat de delen uit elkaar gaan of naar de verkeerde kant klappen, wanneer de druk in de ventrikels stijgt.

De mens heeft op zich twee coronaire arteriën (dextra en sinistra) die zich vertakken (zie figuur 21 in de bijlage)

Het prikkelgeleidingssysteem van het hart bestaat uit knoopweefsel, zoals de sinus-atriale knoop (SA-knoop) ofwel pacemaker en de atrioventriculaire knoop (AV-knoop). Daarnaast bestaat het prikkelgeleidingssysteem ook uit geleidingsvezels. Hieronder vallen de hartspiercellen (myocyten) en de atrioventriculaire bundel. De atrioventriculaire bundel bestaat uit een linker en een rechter bundel. Samen vormen de twee bundels de subendocardiale takken.

Het binnen weefsel van de kamers en boezems wordt bekleed door epitheelweefsel dat endocard wordt genoemd.

Practicum anatomie

Naast het hart zijn er in het mediastinum nog meer structuren aanwezig. Denk bijvoorbeeld aan de verschillende venen en arteriën die hierdoorheen lopen, zoals de aorta, de truncus pulmonalis, de vena cava superior, de vena cava inferior en de vv. pulmonalis. Daarnaast zijn ook de thymus, de oesophagus en de trachea in het mediastinum gelokaliseerd.

Het woord fibrosum betekent bindweefsel. Sereuze vliezen geven vloeistof af en bekleden ingewanden uitwendig en ze bekleden gesloten lichaamsholten aan de binnenzijde. Daarnaast hebben zij een glad oppervlak. Naast het pericardium zijn er nog twee andere sereuze vliezen in het lichaam, namelijk de pleura om de longen en het peritoneum in de buik.

De thymus (zwezerik) is vetweefsel. Bij volwassenen is de thymus gedegenereerd. De thymus maakt tijdens de kinderjaren T-cellen. Volwassenen hebben voldoende voorraad aan T-cellen. Omdat het niet nodig is om nog meer T-cellen te maken, degenereert de thymus. De thymus is echter wel altijd aanwezig, alleen dan in veel kleinere mate.

Figuur 22 in de bijlage toont dat de truncus pulmonalis en de aorta de arteriële pool vormen en de vena cava inferior en superior met de vv. pulmonales de veneuze pool vormen. Door een proces van krommingen ontstaat uit de hartbuis de definitieve vorm van het hart. De veneuze pool en de arteriële pool komen bij elkaar te liggen.

Het bloed stroomt vanuit het linker atrium langs de valva mitralis naar het linker ventrikel. Door contractie van het linker ventrikel stroomt het bloed langs de valva aortae in de aorta. Vervolgens komt het bloed via de vena cava superior of de vena cava inferior in het rechter atrium terecht. Het stroomt langs de valca tricuspidalis naar het rechter ventrikel. Door contractie van het rechter ventrikel komt het bloed langs de valva trunci pulmonalis in de truncus pulmonalis. Via de vv. pulmonalis komt het bloed weer in het linker atrium en begint deze cyclus opnieuw.

Ter hoogte van de sulci interventriculare bevindt zich het ligamentum interventriculare.

De rechter hartcontour wordt gevormd door de vena cava superior, de vena cava inferior en het rechter atrium. De linker hartcontour wordt gevormd door de v. braciocephali, het linker ventrikel, het linker atrium, de truncus pulmonalis en de aorta.

Het hart heeft twee atrioventriculaire kleppen. De linker AV-klep (mitralisklep) bestaat uit twee cuspes en de rechter AV-klep (tricuspidalisklep) bestaat uit drie cuspes. De cuspis staan via chordea tendineae in verbinding met de mm. Papillaris.

Er zijn ook twee arteriële kleppen: de aortaklep en de pulmonalisklep. Beide kleppen zijn opgebouwd uit drie halvemaanvormige onderdelen. Aan de kleppen zitten knobbeltjes, genaamd nodulus valvulae semilunaris, die ervoor zorgen dat de randen van de valvulae ook echt volledig sluiten bij het sluiten van de kleppen.

Het fossa ovale is een restant van een klep die het bloed in de prenatale circulatie door het foramen ovale van het ene atrium naar het andere atrium bracht. Het foramen ovale was gelegen in het septum interatriale.

Practicum Microscopie

Hieronder is een schematische tekening van hartspierweefsel te zien. Onder de lichtmicroscoop is de dwarse streeping van de spiercellen goed waar te nemen, Ook is goed te zien dat elke spiercel maar één celkern bevat. De hartspiercellen zijn goed met elkaar verbonden door middel van desmosomen en fasciae adherentes. De plekke waar de afzonderlijke hartspiercellen met elkaar verbonden zijn, zijn waar te nemen als donkere grillige lijnen. Deze lijnen worden glanslijnen genoemd. Voor en achter de kern van de spiercel zijn vaak vele mitochondriën waar te nemen, die zichtbaar zijn als kleine puntjes. Ook zijn er tussen de hartspiercellen veel bloedvaten waar te nemen.

Zie figuur 23 in de bijlage.

De cellen zijn niet cilindrisch, maar hebben een gevorkte structuur, waardoor zij een driedimensionaal netwerk om de boezems en de kamer van het hart vormen. Hierdoor kan het hart in alle richtingen contraheren.

Tussen de spiercellen liggen endotheelcellen en fibroblasten. Het verschil in celkern tussen endotheelcelkernen en fibroblastkernen is moeilijk waar te nemen. Het enige waar je op zou kunnen letten is de locatie. Endotheelcellen liggen rondom bloedvaten.

Hartspiercellen zitten aan elkaar vast met glanslijnen. De glanslijnen bestaan uit desmosomen, fasciae adherentes en gap junctions.

De cellen in de bundel van His: de purkinje cellen, verschillen structureel sterk van hartspiercellen. De myofibrillen zijn schaars en liggen kris kras door de cel. De dwarsstreping is dus veel minder zichtbaar. De grenzen tussen purkinjecellen verlopen grillig. De grens is waar te nemen als een soort postzegelrandje. Andere verschillen zijn dat de purkinjecellen groot en bol zijn in plaats van de lange dunne hartspiercellen. Hun kern is klein en ligt aan de zijkant. Ook zijn de cellen verbonden met desmosomen en gap junctions. De gap junctions geven prikkels door. Purkinjecellen hebben geen glanslijnen en geen T tubule systeem. Hieronder is een afbeelding van purkinjecellen te zien, waarop de morfologische verschillen duidelijk zichtbaar zijn.

Zie figuur 24 in de bijlage.

Voorcollege demonstratie ECG

In het leerboek cardiologie (Bohn) wordt de volgende definitie van een ECG gegeven. Een ECG is de registratie van de elektrische activiteit van het hart, die voorafgaat aan en noodzakelijk is voor de daaropvolgende contractie. Als gevolg van dit excitatieproces ontstaat er tijdens elke hartcyclus een in richting en grootte voortdurend wisselend elektrisch veld in het hart. Door volumegeleiding via de lichaamsvloeistoffen kan dit elektrisch veld op enige afstand van het hart worden gemeten.

Het ECG wordt gebruikt om allerlei dingen te weten te komen over het hart, zoals:

- Ritme en geleiding

- Grootte en ligging van de ventrikels

- Schade aan het myocard

- Effecten van bepaalde medicatie

- Etc.

Een belangrijke man in de ontwikkeling van de huidige ECG-technieken is Willem van Einthoven (1860-1927). Al heel vroeg was bekend dat er een elektrische stroom liep tijdens het kloppen van het hart, die buiten het lichaam te meten was. ECG’s konden dus al gemaakt worden. Willem ban Einthoven won de nobelprijs voor de geneeskunde in 1924, door het ECG klinisch toepasbaar te maken. Hij vond de galvanometer uit die het elektrische signaal kon versterken en hij bedacht een standaard manier van meten.

Activering van het hart gebeurt door voortplanting van het elektrisch signaal in de ruimte en de tijd. De elektrische activatie volgorde is gelijk aan de contractie volgorde door excitatie-contractie terugkoppeling.  Op het moment dat een cel positiever wordt (door een actiepotentiaal), gaat de prikkel via gap junctions al naar de volgende cel. Er is sprake van cel-op-cel geleiding, waarbij zich steeds een kringstroom vormt van de ene naar de andere cel.

Bij een depolarisatiegolf worden opeenvolgende , rustende cellen (-90 mV) één voor één gedepolariseerd tot een waarde van +20 mV. Door gap junction gaat het depolarisatiesignaal van de ene naar de andere cel. Wanneer alle cellen gedepolariseerd zijn, bevinden ze zich in de plateaufase. Als alle cellen zich in de plateaufase bevinden, begint de repolarisatie. De cellen die het laatst zijn gedepolariseerd, worden als eerste gerepolariseerd.

Wanneer een opstelling wordt gemaakt van een reeks hartspiercellen, een positieve elektrode aan de ene zijde van deze cellenreeks en een negatieve elektrode aan de andere zijde, die via een versterker zijn aangesloten op het registratie apparaat, kan het principe van een ECG worden nagebootst. Het volgende kan dan worden vastgesteld:

·        Depolarisatie naar de positieve elektrode leidt tot een positieve uitslag op het ECG.

·        Depolarisatie naar de negatieve elektrode leidt tot een negatieve uitslag op het ECG.

·        Repolarisatie naar de positieve elektrode leidt tot een negatieve uitslag op het ECG.

·        Repolarisatie naar de negatieve elektrode leidt tot een positieve uitslag op het ECG.

Het Einthoven ECG maakt gebruik van een bijna gelijkzijdige driehoek tussen beide armen en het linkerbeen. Dit is handig, omdat het elektrische veld naar de armen en benen toe homogener is. Hierdoor kunnen patiënten met elkaar worden vergeleken. Op deze manier kunnen drie metingen worden gedaan:

·        Meting 1: tussen de positieve elektrode op de linker arm en de negatieve elektrode op de rechter arm.

·        Meting 2: tussen de positieve elktrode op de linker voet en de negatieve elektrode op de rechter arm.

·        Meting 3: tussen de positieve elektrode op de linker voet en de negatieve elektrode op de linker arm.

In het midden van deze driehoek kan een pijl worden getekend in de richting van de elektrische signaalgeleiding in het hart. Wanneer je deze pijl uitzet op de drie lijnen van de driehoek, kun je zien welke uitslag het ecg maakt voor de drie verschillende metingen. Met deze methode wordt het verschil tussen de positieve en de negatieve elektrode gemeten. . Op deze manier kunnen de afleidingen van Einthoven worden gemaakt.

Zie figuur 25 en 26 in de bijlage.

De snelheid van het gemeten signaal is afhankelijk van de geleiding door het weefsel in het hart. De amplitide van het gemeten signaal is afhankelijk van de activatierichting en de hoeveelheid betrokken weefsel in het hart. Het gemeten signaal is altijd een resultante van stromen, die van en naar de elektrodes gaan. Op deze manier wordt ofwel een positieve, ofwel een negatieve uitslag bereikt.  Er kan ook een bifasische uitslag optreden, waarbij het ECG kort achter elkaar eerst een positieve en vervolgens een negatieve uitslag heeft, Hieraan is te zien dat ook tijd een rol speelt.

Wanneer heel het hart is gedepolariseerd en je alle richtingen van de elektriciteitsgeleiding (pijl in het midden) achter elkaar zet, krijg je een ellipsvorm. De hart-as is de gemiddelde richting van de elektrische activiteit.

De lijn die door de punt van het ellips loopt heet de hart-as.

Bij alle afleidingen van het ecg is er sprake van congruentie: wanneer het QRS complex positief is, is het T complex ook positief. Wanneer het QRS complex negatief is, is het T complex ook negatief.

De depolarisatie begint in de atria. In de AV-knoop wordt het signaal vertraagd. Het elektrische veld is daar niet waarneembaar. Het linkerventrikel wordt het laatst gedepolariseerd, maar als eerste gerepolariseerd. Dit komt doordat de actiepotentiaal van de eerst depolariserende cel langer is dan de actiepotentiaal van de laatst depolariserende cel.

Goldberger heeft de afleidingen van Einthoven gebruikt om de drie afleidingen in de extremiteiten te maken. Hij noemde deze afleidingen:

·        AVR: augmented voltage right (arm). De positieve elektrode zat op de rechterarm. De negatieve elektrode was een combinatie van de linkerarm en het linkerbeen, zodat de sterkte van het signaal op de rechterarm werd versterkt.

·        AVL: augmented voltage left (arm). De positieve elektrode zat op de linkerarm. De negatieve elektrode was een combinatie van rechterarm en linkerbeen, zodat de sterkte van het signaal op de linkerarm werd versterkt.

·        AVF: augmented voltage foot. De positieve elektrode zat op de linkervoet. De negatieve elektrode was een combinatie van de rechter en linkerarm, zodat de sterkte van het signaal op de linkervoet werd versterkt.

Wilson bedacht de precordial leads. Hij plaatste elektroden direct op de borstkas. De precordial leads beschrijven de hartactiviteit in een horizontaal vlak.

bijlage_circulatie_i_week_1.pdf