Deze samenvatting is gebaseerd op het studiejaar 2013-2014.

Gezondheidsrecht

2. De onderlinge verhouding tussen arts en patiënt

2.1 Vooraf

Sinds de jaren 70 speelt de discussie over de aard van de arts-patiënt relatie. Deze discussie speelt zich niet alleen af binnen de medische beroepsgroep, maar ook binnen de medische ethiek.

Groeiende emancipatie en meer medische mogelijkheden maakten het eind jaren 60 dat de patiënt mondiger werd en steeds vaker als het ware gedwongen wordt om uiteenlopende keuzes te maken op gezondheidszorggebied. Daardoor kwamen al snel de patiëntenrechten meer in opkomst en werd nagedacht over de ethische aspecten van de arts-patiëntrelatie.

Overeenkomstige toepassing WGBO zonder contract

De WGBO kan ook van toepassing zijn op situaties waarbij niet perse sprake is van een overeenkomst tussen arts en patiënt. Te denken valt aan gedetineerden of personen die verblijven in een justitiële inrichting, maar ook aan een keuring door een Arbo-arts in het kader van een arbeidsovereenkomst. De bepalingen van de WGBO kunnen dan ‘van overeenkomstige toepassing’ zijn. Dat wil zeggen dat dezelfde regels gelden als ware er wel een overeenkomst geweest tussen partijen.

Algemene beginselen in het kader van de arts-patiëntrelatie

Artikel 453 WGBO -> beginsel van goed hulpverlenerschap

Artikel 448, 450 en 456 WGBO -> beginsel van respect voor de keuzevrijheid van de patiënt

(NB: artikel 468 WGBO bepaalt dat de WGBO bepalingen van ‘dwingend recht’ bevat, hetgeen wil zeggen dat daarvan niet ten nadele van de patiënt kan worden afgeweken).

2.2 De geneeskundige behandelingsovereenkomst tussen arts en patiënt

Ontstaanswijze

Er is bij de behandelingsovereenkomst – net zoals bij de meeste reguliere private overeenkomsten –  sprake van een overeenkomst gesloten door twee partijen. Dat zijn namelijk aan de ene kant de medische hulpverlener en aan de andere kant de patiënt.

Belangrijk om je daarbij te realiseren is het volgende:

• Wordt de overeenkomst gesloten met een zelfstandige hulpverlener (deze werkt voor zichzelf en niet in loondienst), dan is deze hulpverlener als natuurlijke persoon de directe contractspartij. De hulpverlener werkt dan vaak op basis van een toelatingscontract in het ziekenhuis. Er wordt dan wel gebruik gemaakt van de gemeenschappelijke voorzieningen, maar verder is de hulpverlener geheel zelfstandig.
• Wordt de overeenkomst echter gesloten met het ziekenhuis of andere instelling, waar de hulpverlener wel in loondienst werkt, dan is niet de hulpverlener de directe contractspartij, maar het ziekenhuis of de instelling zelf.

Dit verschil kan een rol gaan spelen wanneer er sprake is van een klacht, de patiënt moet dan weten tot wie hij zich met de klacht kan wenden (zie ter illustratie daarvan uitspraak CTG op p. 29).

De wederpartij is in de meeste gevallen de patiënt zelf, maar dit hoeft echter niet. Het is ook mogelijk dat bijvoorbeeld in geval van minderjarigheid een overeenkomst wordt gesloten met diens ouders ten behoeve van een medische behandeling die de minderjarige betreft.

Opgemerkt dient te worden dat de patiënt geen recht heeft op de totstandkoming van een behandelingsovereenkomst. De patiënt kan dit dus niet bij een hulpverlener afdwingen. Het is wel zo dat de hulpverlener in kwestie niet al te gemakkelijk het aangaan van een behandelingsovereenkomst met een patiënt, die daarom verzoekt, kan weigeren. In geval van spoed is de hulpverlener overigens verplicht de patiënt de nodige hulp te verlenen.

Rechten omtrent het verkrijgen dan wel verstrekken van informatie

Art. 448 Wgbo bevat de kern van het recht op informatie. Kort weergegeven dient de patiënt voordat hij een medische (be-)handeling ondergaat te weten:

• Wat het doel ervan is en de aard
• De mogelijke gevolgen en eventuele risico’s
• Alternatieven die in aanmerking komen
• De gezondheidssituatie van de patiënt en de toekomstvisie van de arts daarop.

Informatie wordt verstrekt aan de patiënt zelf. In geval van vertegenwoordiging kan er ook informatie over de gezondheidssituatie van de patiënt aan de vertegenwoordiger worden gegeven indien dit overeenkomt met de eisen van goed hulpverlenerschap (art. 465 lid 4 Wgbo).

Aan patiënten jonger dan 12 jaar moet ook informatie worden gegeven, voor zover zij deze informatie kunnen begrijpen (ook al geven zij zelf geen toestemming voor een medische behandeling, maar diens vertegenwoordiger(s)).

Verzwijgen van informatie voor de patiënt door de hulpverlener

Dit heet in juridische termen ook wel de “therapeutische exceptie”. De hulpverlener kan informatie voor de patiënt achterwege laten als hij van mening is dat dit de patiënt onnodig zou schaden en niet ten goede komt (het moet gaan om een ‘ernstig nadeel’ voor de patiënt). Dit mag wel alleen bij hoge uitzondering plaatsvinden. Het voornemen om van de exceptie gebruik te maken dient de hulpverlener bovendien te bespreken met een collega. In sommige situaties kan het verder van belang zijn dat de naasten van de patiënt wel worden ingelicht.

Inhoud van de te geven informatie

Als norm geldt dat de hulpverlener die informatie geeft aan de patiënt die hij/zij in alle redelijkheid behoort te weten. Daarbij valt te denken aan de duur van een behandeling, de meest voorkomende complicaties en risico’s, bijwerkingen en mogelijke negatieve uitkomsten. Voorts geldt dat er hogere eisen aan de informatieplicht worden gesteld wanneer het gaat om een behandeling zonder strikt medische noodzaak (te denken valt aan sterilisatie).

Wijze van informatie geven

Het geven van informatie vindt doorgaans mondeling plaats, tenzij de patiënt verzoekt om een afschrift, dan is de hulpverlener verplicht daaraan mee te werken. Verder dient de informatie op ‘duidelijke wijze’ te worden verstrekt, waarbij dus rekening dient te worden gehouden met de taal die de patiënt spreekt. (Zie art. 448 Wgbo).

Geen informatie willen ontvangen

Als patiënt kun je er ook voor kiezen om bewust geen informatie te willen ontvangen. Kan bijvoorbeeld gaan om kwesties als erfelijke aandoeningen. Dit recht geldt niet wanneer het recht om ‘niet te weten’ ernstig nadeel voor hem of anderen tot gevolg heeft. (Zie art. 449 Wgbo). Bij de gelding van dit recht zal er bijna altijd een belangenafweging moeten plaatsvinden.

Vereiste van toestemming

Art. 450 lid 1: voordat er een medische (be-)handeling plaatsvindt is de toestemming van de patiënt nodig.

Zelfbeschikking (autonomie van de patiënt) -> art. 11 Gw

De patiënt mag zelf bepalen wie er aan zijn lichaam zit als het ware, zijn lichamelijk integriteit mag niet worden geschonden.

Aantekening in medisch dossier van toestemming

Bij ingrijpende behandelingen is het van belang dat de toestemming uitdrukkelijk wordt verleend en daarvan een aantekening wordt gemaakt in het medisch dossier van de patiënt. Bij behandelingen van minder ingrijpende aard kan de toestemming op meer impliciete wijze worden verleend (stilzwijgende toestemming).

Sommige standaard wijzen van informatie geven worden niet opgenomen in het medisch dossier omdat dit zo vanzelfsprekend is, dat ervan mag worden uitgegaan dat dit is gebeurd. Te denken valt aan het meegeven van een informatiefolder. Dit soort zaken worden meestal op protocollair niveau geregeld en iedere hulpverlener dient zich daaraan te houden.

Vooraf opgestelde verklaring inhoudende weigering van behandeling

Kortweg: de niet-behandelverklaring. Een patiënt kan met het oog op een toekomstige situatie in een schriftelijk document laten vastleggen dat hij in de toekomst, wanneer hij bijvoorbeeld wilsonbekwaam is geworden, een bepaalde behandeling of ingreep niet wenst te ondergaan. Denk aan een non-reanimatieverklaring. Dit komt vaak voor bij oudere patiënten die andere aandoeningen hebben en bijvoorbeeld bij een hartstilstand niet meer willen worden gereanimeerd. (Zie art. 450 lid 3 Wgbo).

Als er getwijfeld wordt aan de authenticiteit van het document of dat getwijfeld wordt dat het document de daadwerkelijke wil van de patiënt weergeeft, kan het document in sommige situaties terzijde worden geschoven. Men moet dan wel goede argumenten hebben. Maar ambulancepersoneel zal niet zo snel in noodsituaties zulke verklaringen opvolgen. (Zie ook de uitspraak van CTG op pagina 36).

Veronderstelde toestemming

Bij minder ingrijpende medische (be-)handelingen zal er sprake zijn van veronderstelde toestemming van de patiënt. Gelet op de aard van de verrichting is het dan niet noodzakelijk dat er sprake is van expliciete toestemming van de patiënt. Doorgaans zal deze verrichting dan gepaard gaan met weinig risico’s (zie art. 466 lid 2 Wgbo).

Bijhouden dossier (statusvoering)

Art. 454 lid 1 Wgbo geeft aan dat de hulpverlener verplicht is het dossier van zijn patiënten bij te houden. Het gaat om gegevens als de diagnose, onderzoeksuitslagen, overzicht van het ziekteverloop, foto’s indien aanwezig. Het doel daarvan is het bevorderen van de kwaliteit van de behandeling en dat er sprake is van een zekere continuïteit in de behandeling (zie uitspraak Hoge Raad (HR) op pagina 37). Ook de patiënt kan stukken doen opnemen in het dossier, zoals bijvoorbeeld de eerder genoemde niet-behandelverklaring. Persoonlijke aantekeningen van de hulpverlener of gegevens die de hulpverlener zelf betreffen horen niet in het dossier (zie ook uitspraak van het Gerechtshof Leeuwarden op pagina 38).

De patiënt heeft recht op inzage van zijn dossier wanneer hij daarom verzoekt , art. 456 Wgbo.

Geheimhoudingsplicht hulpverlener

Er is sprake van een vertrouwensrelatie tussen de medisch hulpverlener en de patiënt. Alle informatie die de hulpverlener in het kader van zijn beroepsuitoefening te weten komt blijft geheim en mag niet worden vrijgegeven. De hulpverlener heeft een zogeheten medisch beroepsgeheim (zie uitspraak HR op pagina 39).

Medisch beroepsgeheim en recht zich te verschonen

Het medisch beroepsgeheim is neergelegd in art. 457 Wgbo, maar zie ook de strafbepaling art. 272 Sr en de overige bepalingen: art. 88 Wet BIG en art. 9, 12, 16 en 21 Wet Bescherming Persoonsgegevens (WBP).

Het verschoningsrecht houdt kortweg in dat de hulpverlener mag weigeren om een verklaring voor de rechter af te leggen indien dit een schending van het beroepsgeheim en de zwijgplicht betekent. Daarbij zijn drie opmerkingen op zijn plaats:

• De verschoningsgerechtigde bepaalt zelf of het beroepsgeheim dan wel zwijgplicht in het geding zijn.
• Het beroep op het verschoningsrecht dient te worden gedaan voor een rechter in persoon. Dus niet op afstand.
• Het betreft een verplichting van professionele aard om zich als arts op het verschoningsrecht te beroepen (dit is dus niet geheel vrijblijvend).

Uitbreiding van het verschoningsrecht

“Afgeleid verschoningsrecht” genoemd. Dat houdt in dat het verschoningsrecht zich ook uitstrekt tot andere hulpverleners die bij de behandeling van de patiënt betrokken zijn . Te denken valt aan verplegend personeel.

Doorbreking van het beroepsgeheim

Ook het beroepsgeheim kent zijn grenzen. Soms prevaleert een ander belang boven het belang van het medisch beroepsgeheim. Het belang wat met het medisch beroepsgeheim wordt gediend is een vrije toegang tot de gezondheidszorg voor iedereen. In sommige situaties kan bijvoorbeeld een strafrechtelijk belang in het kader van opsporing en vervolging prevaleren. Het beroepsgeheim kan worden doorbroken indien:

• Een wettelijke regeling dat bepaalt
• De patiënt daarvoor toestemming heeft gegeven
• De arts in een zogeheten ‘conflict van plichten’ terecht komt.

Bij een conflict van plichten is er een situatie aan de orde die onverenigbaar is met de geheimhouding. Te denken valt aan een SOA bij een partner van een andere patiënt. Voor de ene patiënt geldt normaal gesproken dat deze kwestie onder het beroepsgeheim valt, maar de andere patiënt kan door deze situatie in gevaar komen. Door dit gevaar voor de andere patiënt mag het beroepsgeheim worden doorbroken en mag deze patiënt op de hoogte worden gesteld van de SOA van zijn partner.

De voorwaarden voor doorbreking van het beroepsgeheim op pagina 43:

• Alles is in het werk gesteld om toestemming tot doorbreking van het beroepsgeheim te krijgen.
• Het niet-doorbreken van het beroepsgeheim levert voor een ander ernstige schade op.
• De zwijgplichtige verkeert in gewetensnood door het handhaven van de zwijgplicht.
• Er is geen andere weg dan doorbreking van het beroepsgeheim om het probleem op te lossen.
• Het moet vrijwel zeker zijn dat door de geheimdoorbreking de schade aan de ander kan worden voorkomen of beperkt.
• Het geheim wordt zo min mogelijk geschonden.

In sommige situaties kunnen ook nabestaanden de gegevens van een overleden patiënt inzien. Namelijk wanneer:

• De nabestaande door de patiënt bij leven daarvoor is gemachtigd.
• De nabestaande tijdens het leven van de patiënt een bijzondere verantwoordelijkheid had voor diens verzorging.
• Aannemelijk is dat de overleden patiënt geen bezwaar ertegen zou hebben dat anderen zijn dossier inzien na diens overlijden.

Minderjarige patiënten

De Wgbo kent drie categorieën minderjarigen:

(1) kinderen < 12jr, (2) 12 – 16jr en (3) 16 – 17 jr.

Voor de eerste categorie geldt dat de behandelingsovereenkomst moet worden nagekomen jegens de ouders van het kind (art. 465 lid 1 Wgbo). Indien beide ouders bekleed zijn met het ouderlijk gezag, moeten zij beiden toestemming geven voor een behandeling (Zie ook uitspraak RTC Adam op pagina 47). Ook hier geldt dat voor niet-ingrijpende verrichtingen toestemming in de meeste gevallen wordt verondersteld.

Voor de tweede categorie geldt dat indien de minderjarige wilsbekwaam kan worden geacht, zelf toestemming kan en mag geven, naast de ouders. Indien sprake is van wilsonbekwaamheid dienen de ouders alleen toestemming te geven (Zie voorbeelden van voorkomende situaties op pagina 47 en 48).

Voor de derde categorie geldt dat er vanuit wordt gegaan dat zij zelfstandig een behandelingsovereenkomst kunnen aangaan (zie art. 447 Wgbo).

Meerderjarige patiënten die wilsonbekwaam zijn

Omdat deze patiënten niet in staat zijn tot een redelijke waardering van hun belangen, worden zij geacht daarom ook niet in staat te zijn een behandelingsovereenkomst aan te gaan. Deze patiënten kunnen worden bijgestaan door de volgende vertegenwoordigers (p.49), in volgorde van belangrijkheid:

• Curator: de persoon wordt de rechter als gevolg van een geestelijke stoornis handelingsonbekwaam verklaard en de rechter stelt dan een curator aan die namens die persoon in het vervolg rechtshandelingen verricht (art. 378 – 391 Boek 1 BW).
• Mentor: mentorschap wordt ingesteld wanneer iemand als gevolg van een tijdelijke of duurzame geestelijke aandoening niet in staat is zijn niet-vermogensrechtelijke belangen te behartigen. Dus financiële aangelegenheden vallen hier niet onder, wel medische beslissingen (art. 450 - 462 Boek 1 BW). Curatele en mentorschap kunnen niet naast elkaar bestaan. Wel kan naast mentorschap een bewindvoerder zijn aangesteld die over de financiële belangen gaat.
• Schriftelijke gemachtigde: elke patiënt kan, wanneer hij nog wilsbekwaam is, iemand anders machtigen die zijn belangen behartigt in het kader van de Wgbo voor het geval hij in de toekomst wel wilsonbekwaam mocht worden. Daarbij geldt: schriftelijke vastlegging, duidelijke aanwijzing van een bepaalde persoon, gedateerd en ondertekend document.
• Echtgenoot, geregistreerde partner of andere levensgezel
• Ouder, kind, broer of zus van de patiënt.

Zie pagina 52 – 54 voor uitgebreide beschrijving van de inhoud van de vertegenwoordiging. Het gaat erom dat de vertegenwoordiger de belangen van de patiënt altijd in acht neemt en bij beslissingen rekening houdt met diens wensen.

2.3 De patiënt en diens plichten

Naast de rechten van de patiënt heeft deze zelf ook een aantal plichten richting de hulpverlener. Eén van die plichten is dat de patiënt volledig moet zijn in de informatie die hij aan de hulpverlener heeft in het kader van de behandeling (art. 452 Wgbo). Voor een optimaal behandelingsresultaat is het immers noodzakelijk dat alle gegevens omtrent de medische toestand van de patiënt bekend zijn. Vanzelfsprekend dient de patiënt zich ook naar de hulpverlener toe te gedragen, agressie en dergelijke zijn niet toegestaan.

(Zie uitspraak Rb Den Haag op pagina 55 en van de Kg Alkmaar op pagina 56).

2.4 Voorrangsregel m.b.t patiëntenrechten in andere regelingen

Patiëntenrechten komen naast de Wgbo ook voor in andere wetten. Zoals de WBP, Wet op de orgaandonatie (WOD) en de Wet medisch-wetenschappelijk onderzoek met mensen (WMO).  De Wgbo bevat de algemene regelingen als het gaat om patiëntenrechten. De voorrangsregel is dat de specifieke regeling boven de algemene regeling gaat. De bepaling die de patiënt de meeste rechtsbescherming biedt dient altijd te prevaleren.

2.5 Regelingen in de toekomst

Met de invoering van de nieuwe Zorgverzekeringswet en de Wet marktordening zorg zijn er veel aanpassingen geweest in de structuur van ons gezondheidszorgsysteem. Om die reden ligt er een wetsvoorstel om ook de rechten van de patiënt zodanig aan te passen zodat deze meer aansluiting vinden bij het nieuwe systeem. Het voorstel is om een alle patiëntenrechten onder te brengen in  een nieuwe wet: de Wet cliëntenrechten zorg (Wcz). Deels zullen bepalingen uit de Wgbo dan ook komen te vervallen. De belangrijkste veranderingen:

• Er komt een systeem waarin 7 cliëntenrechten centraal zullen staan (zie p. 58).
• De patiënt wordt ‘cliënt’ genoemd.
• De positie van cliënten zal worden versterkt onder meer door het formuleren van tweezijdige algemene voorwaarden door cliëntenorganisaties en zorgaanbieders.
• De toepasselijkheid van cliëntenrechten zal niet meer op de behandelingsovereenkomst rusten, maar voortvloeien uit de wet. De cliëntenrechten worden ook van toepassing wanneer er geen behandeling plaatsvindt, bijvoorbeeld in het kader van verpleging en verzorging.
• Het systeem dat de zorginstellingen een klachtencommissie moeten hebben wordt vervangen door de invoering van een klachtenfunctionaris die belast is met de afhandeling van klachten. Deze klachtenfunctionaris zou ook schadevergoedingseisen kunnen behandelen tot een bedrag van € 25.000,- .

Het zal echter nog wel even duren voordat dit wetsvoorstel door de kamer wordt aangenomen. Critici pleiten ervoor om de Wgbo op bepaalde plaatsen aan te passen in plaats van een geheel nieuwe wet in te voeren.

Recepten voor een goed gesprek

1. Wat is een goed arts-patiënt gesprek?

Een goede arts-patiënt benadering is van groot belang. Het draagt bij aan goede communicatie tijdens gesprekken tussen de arts en de patiënt. Een goede arts-patiënt relatie heeft invloed op de volgende zaken:

• keuze voor een optimaal beleid;
• informeren en instrueren van een patiënt op de best mogelijke manier;
• verkrijgen van relevante informatie van de patiënt.

Wanneer de arts-patiënt relatie goed is, zal dit leiden tot een grotere tevredenheid bij de patiënt, wat op zijn beurt een grotere therapietrouw (compliance) bewerkstelligt en uiteindelijk leidt tot een betere gezondheid van de patiënt.

Het opbouwen van een goede arts-patiënt relatie is afhankelijk van allerlei factoren, zoals de situatie waarin de communicatie tussen arts en patiënt plaatsvindt, de culturele achtergrond van zowel arts als patiënt, de aard van het probleem dat samengaat met de klacht, het specialisme van de arts en persoonlijke kenmerken van zowel arts als patiënt.

Arts-patiënt modellen

Er zijn vier verschillende arts-patiënt modellen. Bij elk van deze modellen worden de volgende vier factoren anders benaderd:

1. autonomie van de patiënt
2. normen en waarden van de patiënt
3. verplichtingen van de arts
4. het doel van de communicatie tussen arts en patiënt

De vier arts-patiënt modellen die we onderscheiden zijn als volgt:

• Paternalistisch model:

Dit model gaat uit van het principe “doctor knows best”: de kennis en kunde van de arts staat in dit model voorop. De patiënt heeft weinig inspraak in het besluitvormende proces. Dit model werd vroeger standaard toegepast en heeft vaak nog steeds de voorkeur van oudere, erg zieke of sommige buitenlandse patiënten. Wanneer er sprake is van een spoedsituatie, of wanneer de patiënt bijvoorbeeld bewusteloos is, wordt dit model vaak toegepast.

• Informatieve model:

Het informatieve model is gebaseerd op een duidelijke hulpvraag van de patiënt. De patiënt weet wat hij/zij wilt, maar heeft alleen niet de juiste medische kennis en gegevens om tot een uiteindelijk oordeel te komen. De arts fungeert als een informatiegever en uit hierbij zijn eigen overtuigingen niet. De patiënt kiest uiteindelijk voor de behandeling of interventie die het beste bij hem of haar past. Wil het informatieve arts-patiëntmodel werken, dan dient de patiënt zich goed bewust te zijn van de situatie waar hij/zij zich in bevindt. Een patiëntgroep waarbij het informatieve model gebruikt wordt, zijn bijvoorbeeld chronisch zieke patiënten die veel ervaring hebben met hun ziekte of aandoening. Vaak is er bij hen ook sprake van een langdurige arts-patiënt relatie.

• Interpretatieve model:

Bij het interpretatieve model helpt de arts de patiënt bij het nemen van een juiste beslissing. De arts geeft uitleg en laat de patiënt zien wat voor- en nadelen zijn van een bepaalde keuze. De patiënt neemt uiteindelijk het besluit. Dit model wordt vooral toegepast bij patiënten die op een bepaald moment nog niet volledig op de hoogte zijn van de situatie.

• Overlegmodel:

In het overlegmodel helpt de arts de patiënt bij het maken van de beste keuze. De arts legt uit wat de beste keuze voor de patiënt is (zijn/haar eigen overtuiging), maar houdt hierbij uitgebreid rekening met de hulpvraag en wensen van de patiënt. Het kan gebeuren dat de arts en patiënt niet vanuit hetzelfde model met elkaar communiceren. Dit belemmert een goede communicatie en samenwerking tussen de arts en patiënt. Een flexibele houding van beide partijen is in zo’n situatie wenselijk.

Satisfactie

Satisfactie is de mate van tevredenheid van de patiënt met de medische zorg die hij of zij ontvangt. Hierbij draait het voor de patiënt om de volgende twee basisbehoeften:

• Care:   de behoefte om verzorgd te worden (vaak langdurig, bij een chronische ziekte)
• Cure:   de behoefte om genezen te worden (vaak korter van duur, bij een te genezen ziekte)

Om aan deze twee basisbehoefte te voldoen, moet de arts zowel ‘affectief’ (angst wegnemen, zorgen verminderen) als ‘instrumenteel’ (uitleg, informatie, etc) gedrag vertonen. In het Engels drukt men dit uit aan de hand van twee termen voor het woord ziekte:

·        Disease: symptomen en/of aandoening (objectiever, medisch)

·        Illness: ervaringen met betrekking tot de ziekte (subjectiever, eigen ervaring)

Compliance

Een ander woord voor compliance is de therapietrouw van de patiënt. Het gaat er hierbij om of de patiënten de voorschriften en adviezen die de arts gegeven heeft, opvolgen. Wanneer de patiënt tevreden is (hoge satisfactie), zal de compliance ook groter zijn.

Wanneer de therapietrouw laag is, heeft dit veel gevolgen. Patiënten zullen bijvoorbeeld medicijnen voorgeschreven krijgen, maar deze niet gebruiken en hierdoor langer onder behandeling van een arts blijven. Patiënten kunnen ziek blijven, waardoor de herstelperiode langer is dan nodig zou zijn of waardoor patiënten onnodig in het ziekenhuis opgenomen worden.

Therapieontrouw wordt vaak gezien als de schuld van de patiënt, maar in werkelijkheid is er meestal sprake van een probleem in de samenwerking tussen arts en patiënt. Voor deze samenwerking is goede communicatie van groot belang. Goede communicatie tussen arts en patiënt kenmerkt zich door het volgende:

Deling van de regie in het gesprek tussen patiënt en arts:

• begrip van de psychosociale context die uniek is;
• achterhalen van het perspectief van de patiënt;
• bereiken van begrip tussen beide partijen, rekening houden met waarden van de patiënt.

Wanneer de communicatie in het gesprek gericht is op de patiënt zal dit leiden tot een beter zelfvertrouwen bij de patiënt, het zal een deel van de zorgen van de patiënt wegnemen en de kwaliteit van leven van de patiënt zal verbeteren.

Recepten voor een goed gesprek

2. Basisattitude van een arts

Een goede basisattitude van een arts wordt gekenmerkt door de volgende drie vaardigheden:

     1.  de vaardigheid om ‘echt’ en ‘open’ te zijn;

2. de vaardigheid om betrokken en empathisch te zijn;

3. de vaardigheid om de patiënt en zijn bijkomende problemen te accepteren en te respecteren.

Het is van groot belang dat je als arts respect toont naar je patiënten toe. Dit kan je doen door:

• altijd tijd te nemen voor je patiënten;
• ‘u’ zeggen tegen de patiënt en “meneer/mevrouw” gebruiken;
• je altijd voor te stellen;
• aan de patiënt te laten merken dat je gehoord hebt wat de patiënt zegt of dat je begrijpt wat de patiënt bedoelt;
• Te vragen naar de emotionele- en privé-gevolgen van de ziekte voor de patiënt;
• Te zorgen dat de patiënt zich comfortabel voelt tijdens het gesprek;
• Bij lichamelijk onderzoek de patiënt zich ook zo comfortabel mogelijk te laten voelen;
• Goed uit te leggen waarom je bepaalde dingen doet.

Als het niet lukt om respect te tonen voor de patiënt (bijvoorbeeld omdat de patiënt vervelende eigenschappen heeft), probeer dan toch met de weerstand die de patiënt bij je oproept om te gaan. Dit kan bijvoorbeeld door de weerstand die je bemerkt, in het gesprek te benoemen. Dit wordt ook wel meta-communicatie genoemd.

Medische Ethiek
 

1. Ethiek

Ethiek is een onderwerp dat voor iedereen van belang is. Typische ethische onderwerpen zijn euthanasie, arts-patiëntrelatie, beroepsgeheim, stamceltherapie en klonering. Ethiek gaat over het ‘waarom’, “waarom gebeurt dit?” en “waarom gebeurt dat?” Ethiek betrekt zich voornamelijk op waarden en minder op normen en kan als volgt onderverdeeld worden:

• descriptieve ethiek
• normatieve ethiek
• meta-ethiek

Ethische problemen

Iets is een ethisch probleem doordat de vraagstelling twijfel opwekt over wat goed of slecht is. In eerste instantie roept een ethisch probleem een gevoel van onbehagen op. Een ethisch probleem laat mensen zich afvragen wat goed is in een bepaalde situatie en hoe zij dan zouden moeten handelen.

Bij het zoeken naar een oplossing voor het ethische probleem is er sprake van uiteenlopende waarden en ongelijksoortige belangen welke in de beoordeling van het probleem moeten worden betrokken. Er is vaak sprake van verschillende perspectieven om het probleem te bekijken. Deze perspectieven moeten worden vergeleken en tegen elkaar afgezet worden door verschillende redenen te bedenken waarom elk perspectief het juiste is. Uiteindelijk combineer je deze redenen met een waarde of norm en op deze manier kom je tot een oordeel.

Ethiek is een onderdeel van wijsbegeerte en bij ethiek vraagt men zich af of bepaalde dingen rechtvaardig zijn. Het oordeel is willekeurig en bijvoorbeeld cultuurafhankelijk omdat het oordeel wat rechtvaardig is, verschilt van land tot land. Ethiek is een bepaalde denkwijze of theorie, het is een ‘product van bezinning’, omdat alle hoeken van een probleem geanalyseerd en beoordeeld worden. Ethiek is ook een proces, namelijk het proces van nadenken en discussiëren.

Morele ervaring

Iedere persoon heeft morele ervaring, waaruit ethiek zich vormt aangezien ethiek mensen laat nadenken over wat goed handelen is. Ethiek ontstaat uit het verlangen van mensen om de situatie beter te begrijpen. Ethiek gaat over wat een persoon zelf vindt, maar om ethiek te realiseren, is een dialoog met andere personen nodig. Hierbij worden argumenten aangedragen voor het eigen handelen in vergelijking tot het handelen van anderen, wat leidt tot een discussie over de handelwijze.

Terminologie

Ethiek is afkomstig van het Griekse woord éthos, wat twee betekenissen heeft: ‘gewoonte’, ‘gebruik’, maar ook ‘gezindheid’, ‘karakter’, ’innerlijke houding’. Beide begrippen zijn van belang voor het woord ethiek. De betekenis gewoonte/gebruik staat voor de externe factoren van ethiek: het gaat hierbij om de gewoonten en gebruiken van een bepaalde groep. De betekenis karakter/innerlijke houding staat voor de interne factoren, oftewel de houding van de persoon die deze gewoonten en gebruiken uitvoert.

Belangrijk in de ethiek is het woord ‘moraal’, dit betekent ‘systematisering van zeden vanuit het perspectief van goed en kwaad.’ Het staat voor de gedragsregels die gelden binnen een bepaalde samenleving en waarnaar de mensen binnen die samenleving leven. Het is een uiting van de normen en waarden van deze samenleving. Moreel is het bijvoeglijk naamwoord van moraal en het betekent: “gegrond op innerlijk gevoel van zedelijkheid’ en ook “overeenkomstig de zeden”. Er is dus veel overeenkomst met ethiek, omdat het gaat over een oordeel over een bepaald gedrag. Een andere betekenis van moreel is “het goed”. In deze betekenis is moreel dus niet meer hetzelfde als iets ethisch, omdat het oordeel over goed en slecht al geveld is. De ethiek die zich bezig houdt met de verschillen tussen het ethische en het niet-ethische noemen we meta-ethiek.

Descriptieve en normatieve ethiek

Wanneer er een bepaalde feitelijke constatering wordt gedaan over een stand van zaken, valt er objectief te controleren of deze uitspraak klopt. Dit noemen we een descriptieve (beschrijvende) uitspraak. Wanneer een uitspraak niet aan de werkelijkheid getoetst kan worden (zoals bij een descriptieve uitspraak), maar je wel na kunt gaan wat voor criteria (normen) zijn gebruikt om tot een bepaald oordeel te komen, is er sprake van een  normatieve uitspraak. Er bestaan ook nog expressieve uitspraken: hierbij gaat het om een uitlating van een besef of gevoel, oftewel een mening. Er zijn minimaal twee verschillen tussen expressieve en normatieve uitspraken:

• Normatieve uitspraken kunnen uiting geven aan gevoelens van afkeuring of juist instemming, maar uiteindelijk leiden ze tot een handelsimplicatie. Een normatieve uitspraak bevat bijvoorbeeld een gebod, een verbod, een advies of een voorschrift. Normatieve uitspraken zijn appellerend van karakter en zijn bedoeld om sturing te geven aan andermans gedrag.
• Normatieve uitspraken eisen geldigheid op, ze eisen op terecht te zijn of niet.

In de ethiek gaat het met name om normatieve uitspraken. De meeste ethische uitspraken zijn normatieve uitspraken. Dit wil echter niet zeggen dat alle normatieve uitspraken ethisch zijn.

Benadering van ethiek

In de filosofie wordt er verschil gemaakt tussen twee soorten ethiek:

• ethiek in formele zin: het gaat hierbij om iedere vorm van ethiek, over argumentatie over opvattingen en stelling over rationaliteit.
• ethiek in materiële zin: hierbij gaat het om de inhoud van ethiek, de morele stellingen en opvattingen die verdedigd worden.

Ethische reflectie, zoals dat gebeurt bij methodische benadering van ethiek verloopt in drie fasen:

• Fase 1: Het schrijven, analyseren en systematiseren van normen en waarden die gelden in een bepaalde samenleving.
• Fase 2: Ethische reflectie. Er wordt gezocht naar wijzen om de feitelijk gehanteerde normen te rechtvaardigen.
• Fase 3: Kritische toetsing van gehanteerde normen en waarden. Hierbij gaat het erom hoe de mensen zich zouden moeten gedragen in plaats van hoe zij zich daadwerkelijk gedragen.

Een norm is een middel om te meten. Het zijn regels om richting te geven aan gedrag en om dit gedrag te beoordelen. Normen worden meestal negatief geformuleerd doordat ze het handelen begrenzen. Bijvoorbeeld: “je mag niet liegen”. Een norm geeft meestal een gebod aan en is in principe haalbaar. Een norm is iets dat je na kunt leven. Hierin verschillen normen van waarden. Een waarde is eigenlijk een soort vraag. Waarden worden juist meestal positief geformuleerd en staan voor iets dat nastrevenswaardig is. Een waarde is nooit volledig na te leven, maar het doel is juist om naar waarden te leven.

Verschillen en overeenkomsten tussen normen en waarden zijn van groot belang voor de ethiek. Normen moeten worden bepaald vanuit waarden en niet andersom. Vanuit de waarde ‘eerlijkheid’, wordt de norm ‘niet liegen’ geformuleerd en niet andersom.

Morele termen

Morele termen zijn een soort uitdrukking van menselijk handelen. Met morele termen evalueren mensen dit handelen. Het houdt het volgende in:

1. prescriptiviteit: opvattingen zijn moreel doordat ze richtlijnen geven voor het handelen. Het beoogt het menselijk handelen in een bepaalde (juiste) richting te sturen.
2. materieel: voor de keuze van het handelen worden bepaalde redenen aangevoerd. Bij deze redenen wordt rekening gehouden met zowel de belangen van de eigen persoon als met de belangen van derden.
3. universaliseerbaarheid: dit is de bereidheid dat het principe waarop het oordeel waar het handelen op berust op ieder persoon gelijk van toepassing is.

Ethiek draagt bij aan het menselijk bestaan door te pogen dit te verbeteren, of in ieder geval te pogen dit niet te verslechteren. Ethiek kan niet uitgevoerd worden als mensen zich onttrekken van morele overwegingen.

Recht

De term ‘recht’ kent meerdere betekenissen:

1. rechtvaardigheid van rechtsregels
2. het geheel van rechtsregels dat geldt in elke gemeenschap
3. bevoegdheid om ergens aanspraak op te maken of om iets te doen of te bezitten

Het verschil tussen recht en ethiek is dat ethiek niet afdwingbaar is en recht wel. Door middel van straf kan recht afgedwongen worden, maar dit geldt niet voor ethiek. Ethische uitspraken zijn vaak niet uitvoerbaar of niet ten volle na te streven, terwijl dit wel zo is bij rechtsregels.

Indelingen van vormen van ethiek

We kunnen ethiek onderverdelen in meta-ethiek, descriptieve ethiek en normatieve ethiek:

• Meta-ethiek:

Dit is de ‘kritische studie van begrippen en methoden die bij beraad over normatief-ethische kwesties worden gebruikt’. Deze vorm van ethiek streeft naar het analyseren op welke gronden de oordelen over een bepaalde manier van handelen in een situatie mogelijk zijn.

• Descriptieve ethiek:

Descriptieve ethiek bekijkt welke normen en waarden nu echt gelden in een bepaalde gemeenschap. Er wordt gekeken hoe normen en waarden in verschillende perioden in de geschiedenis ontstaan zijn en hoe deze bestaan zijn gebleven.

• Normatieve ethiek:

Hierbij gaat het om de vraag hoe (de descriptief bepaalde) normen en waarden beoordeeld moeten worden. Normatieve ethiek staat ook wel bekend als de eigenlijke ethiek. Hierbij wordt namelijk daadwerkelijk beargumenteerd wat de beste normen zijn.

De normatieve theorieën zijn in twee groepen te verdelen:

Deontologische theorieën

‘deon’ =  dat wat gedaan moet worden; deontologische theorieën zien een zaak als moreel goed als deze beantwoordt aan een bepaalde norm. Eerst wordt gekeken wat de normen zijn en vervolgens wordt gekeken welk gedrag voldoet aan deze normen.

Teleologische theorieën         

‘telos’= doel; teleologische theorieën stellen vast wat verplicht, wenselijk of nastrevenswaardig is en als een zaak leidt tot een bepaald, wenselijk doel, is het moreel goed.

2. Medische ethiek

Medische ethiek heeft twee belangrijke kenmerken:

1. medische ethiek geeft aanleiding tot codificering, waarmee o.a. de beroepscode van artsen wordt bedoeld. De beroepscode van artsen zijn allerlei voorschriften die het handelen van artsen vastleggen.

2. Medische ethiek heeft gezorgd voor typering van de ideale arts. Doel hierbij is niet het bepalen wat een arts behoort te doen, maar hoe de arts behoort te zijn. Om een goede arts te zijn moet de dokter bepaalde, menselijke eigenschappen bezitten. Deze eigenschappen hoeven niet van nature aanwezig te zijn, maar ze moeten kunnen worden aangeleerd, getraind en onderhouden worden.

In de medische ethiek stond vroeger met name deugdzaamheid voorop. Dit heeft zich verplaatst naar deugdzaamheid in de zin van relaties, met name met collega’s en inmiddels staat voornamelijk deugdzaamheid naar de patiënt voorop. In medische ethiek gaat het niet om de problematiek van de geneeskunde, maar om de ervaringen van de patiënten. Patiënten moeten tegenwoordig zelf aangeven wat zij willen en de arts is niet langer de enige persoon die beslist. De patiënten zijn ‘mondiger’, hebben ‘zelfbeschikking’ en ‘autonomie’ is een groot goed in de medische ethiek.

Gezondheidsethiek, gezondheidszorgethiek en bio-ethiek

Gezondheidsethiek is ‘de systematische bestudering van ethische vragen rondom de gezondheidszorg’. Dit is eigenlijk bijna hetzelfde als gezondheidszorgethiek, maar hierbij staat gezondheid iets minder centraal. Bio-ethiek is het combineren van biologische kennis

(bio-) met de kennis van menselijke waardestelsels (-ethiek). Het doel van bio-ethiek is overleving van de menselijke soort door uit te gaan van concepten en paradigma’s van biowetenschappen. De drie termen ‘gezondheidszorgethiek’, ‘gezondheidsethiek’ en ‘bio-ethiek’ zijn alledrie betrekkelijk nieuw. Deze termen geven aan dat er een verbreding is opgetreden in de medische ethiek in vergelijking tot het verleden.

Drie niveaus van medische ethiek

Centraal in het domein van de medische ethiek staat de hulpvragende patiënt. Dit medisch ethische domein kan in drie niveaus worden verdeeld:

• Microniveau:   

Op microniveau gaat de medische ethiek over de relatie tussen arts en patiënt. Hierbij gaat het om zaken als privacy van de patiënt, ‘informed consent’ en het beroepsgeheim.

• Mesoniveau:   

Op mesoniveau in de medische ethiek gaat het om het niveau van organisaties en instellingen die binnen de patiëntenzorg worden verleend.

• Macroniveau: 

Op macroniveau in medische ethiek gaat het om de manier van uitvoering van gezondheidszorg in de context van samenleving en cultuur.

Deze indeling in drie niveaus is belangrijk omdat deze indeling laat zien dat er onderscheid is tussen ethische vraagstukken per niveau en hierbij kent elk niveau kent zijn eigen typische vragen. Een andere reden dat deze indeling belangrijk is, is dat ethische vraagstukken altijd op meerdere niveaus met elkaar samenhangen.

Toegepaste ethiek

Toegepaste ethiek gaat over de externe morele normen en regels die in een maatschappij als geheel gelden. Opvattingen in toegepaste ethiek bevatten een aantal veronderstellingen die met elkaar samenhangen:

1. het doel van ethiek is het verkrijgen van theorie gegronde adviezen over praktisch handelen;
2. medische ethiek is eigenlijk gewoon algemene ethiek die toegepast wordt op geneeskunde;
3. ethiek is het toepassen van ethische theorie;
4. ethische theorieën dienen toegepast te worden op praktische problemen.

Deze ethische expertise bestaat uit drie hoofdbestanddelen:

1. het vermogen dat een waarnemer die niet deelneemt aan de uitvoering van deze ethiek handelsalternatieven tegen elkaar af kan wegen;
2. er is vaardigheid in het analyseren van de ethische begrippen;
3. er is kennis van de ethische theorieën en deze kennis kan toegepast worden op morele problemen.

Toegepaste ethiek laat zien dat bij externe moraliteit juist het beroep kunnen doen op normatieve principes en theorieën zo belangrijk is. In plaats van enkel externe moraliteit benadrukt interpreterende ethiek ook de interne moraliteit van medische kwesties. In de huidige ethiek ligt de nadruk vooral op externe moraliteit, waarbij de interne moraliteit van geneeskunde veronachtzaamd wordt.

Medical Biochemistry 

3. Structuren van de belangrijkste componenten van het lichaam

Het menselijk lichaam is opgebouwd uit koolstof-, waterstof-, stikstof-, sulfaat-, fosfor- en zuurstofdeeltjes die door middel van covalente bindingen aan elkaar vast zitten.

Koolhydraten

Koolhydraten kunnen opgedeeld worden in monosachariden, disachariden, oligosachariden en polysachariden:

• Monosachariden: Bestaat uit een enkele suikerketen.
• Disachariden: Bestaat uit twee monosacchariden, bijvoorbeeld lactose.
• Oligosachariden: Bestaat uit 3 tot 12 monosacchariden die aan elkaar vastzitten door middel van stikstof- of zuurstofbindingen.
• Polysachariden: Bevatten 10 tot 1000 monosacchariden, bijvoorbeeld glycogeen.

Vetten

Vetzuren zijn ketens met aan het ene eind een methylgroep en aan het andere eind een koolzuurgroep. De meeste vetzuren bestaan uit 16 tot 20 koolstofatomen. We kunnen vetzuren onderverdelen in gesatureerd en ongesatureerd:

• Gesatureerde vetzuren:                     

Deze hebben slechts enkele bindingen tussen de koolstofatomen in de keten.

• Ongesatureerde vetzuren:     

Deze hebben één of meer dubbele bindingen in hun koolstofatoomketen.

Acylglycerolen

Een acylglycerol bestaat uit een glycerol (1,2,3-propaantriol) met één of meer vetzuren. Het deel vetzuren wordt de acylgroep genoemd.

Vrije radicalen

Radicalen zijn samenstelling bestaande uit een enkel elektron. Vrije radicalen leven onafhankelijk van omliggende structuren en zijn vaak de intermediërende reactant in een reactie. Veel bouwstenen van het menselijk lichaam kunnen omgezet worden in vrije radicalen. Een voorbeeld hiervan is water. Onder invloed van straling verandert het waterstofatoom van water in een hydroxylradicaal:

H₂0      à        H⁺        +          OH^-

Vrije radicalen spelen een belangrijke rol in celdood en vernietiging van weefsels. Ze spelen een grote rol bij chronische ziekten als diabetes mellitus en emfyseem. Mechanismen in de cel beschermen tegen schade aan onze cellen, waardoor de invloed van vrije radicalen meestal omschreven kan worden als normale veroudering van het menselijk lichaam.

4. Aminozuren en eiwitten

Er zijn 20 verschillende aminozuren gevonden in eiwitten. Dit zijn allemaal zogenaamde alfa-aminozuren, omdat elke aminogroep verbonden is aan een alfakoolstofatoom. Aminozuren zijn de bouwstenen voor de synthese van eiwitten. Een andere volgorde van aminozuren betekent een ander eiwit. De codering van de verschillende aminozuren is gelegen in het DNA van een cel. In het DNA worden de volgende vier stoffen gevonden:

• Guanine
• Cytosine
• Adenine
• Uracil/thymine (uracil in RNA en thymine in DNA)

Een opeenvolging van drie van de vier bovenstaande basen (bijv. guanine-adenine-cytosine, of thymine-cytosine-guanine) wordt een codon genoemd. Een codon codeert voor een specifiek aminozuur. Aangezien er meer codon-combinaties mogelijk zijn dan dat er verschillende soorten aminozuren zijn, zijn er meer codon-combinaties die leiden tot het inbouwen van één bepaald aminozuur in de eiwitketen. De codering voor een eiwit is dus gelegen in het DNA, waarbij meerdere codons leiden tot de koppeling van specifieke aminozuren, waardoor er een eiwit wordt opgebouwd.

In het DNA komen de vier basen altijd in bepaalde complementaire duo’s voor. Zo staan thymine of uracil en adenine altijd tegenover elkaar en guanine en uracil ook. In principe staan niet bijvoorbeeld thymine en guanine tegenover elkaar en als dit toch zo is, is er sprake van een (punt)mutatie.

Variaties in de eiwitstructuur

Verschillende isoformen of isozymen van een eiwit kunnen tijdens de embryonale ontwikkeling gesynthetiseerd worden. Alle isoformen van een eiwit hebben dezelfde functie. Alle isozymen reageren op eenzelfde wijze. Er zijn bepaalde weefselspecifieke isoformen of isozymen. Deze zijn gespecialiseerd voor een bepaald soort weefsel waar zij in functioneren.

5. Structuren – functionele relaties tussen eiwitten

Eiwitten zijn normaal netjes gestructureerd in verschillende geclassificeerde groepen:

• Fibreuze eiwitten                     - lange en smalle polymeren

• Transmembraan eiwitten        - eiwitten met een of meer regionen om het 

                                                              vetmembraan te passeren

• DNA-bindende eiwitten           - worden op een aparte manier geclassificeerd

De structuur van eiwitten kan verdeeld worden in primair, secundair, tertiair en quaternair. Hierbij gaat het om het aantal terugkerende structuren in de keten. De primaire structuur wordt gevormd door de daadwerkelijke, basale aminozuurketen. De secundaire structuur komt tot stand door lokale vouwing van de aminozuren onder invloed van waterstofbruggen tot bijv. de alfa-helix of de beta-sheet. Tot slot ontstaat de tertiaire structuur van het eiwit door alle krachten bij elkaar op te tellen (ook sulfide-bruggen, ion-interacties, etc.). De quaternaire structuur komt soms voor als een eiwit een complex vormt met een ander molecuul (een voorbeeld hiervan is hemoglobine).

Denaturatie van eiwitten

Denaturatie van eiwitten is het uiteenvallen van de ketens. Dit gebeurt onder invloed van bijvoorbeeld temperatuur of pH. Wanneer de pH in een omgeving laag is, zullen de ion- en waterstofbindingen uiteenvallen. Hierdoor is het belangrijk dat de pH in het lichaam altijd tussen bepaalde waarden (7,35-7,45) schommelt.

15. ATP en O₂

De belangrijkste rol van ATP is samengevat in de ATP-ADP cyclus. Bij deze cyclus gaat het erom dat ATP gegenereerd wordt door oxidatie, en dat hydrolysering van ATP naar ADP leidt tot vrijkomen van energie wat nodig is voor processen in het lichaam.

De hoeveelheid energie die vrijkomt is afhankelijk van de chemische hoeveelheden van producten als fosfor, die zorgen voor de productie van ATP. ATP in de cel wordt niet direct gehydrolyseerd. Energie die vrijkomt wanneer ATP zich splitst in ADP en een vrij fosfor molecuul kan ook niet direct gebruikt worden, eerst moet er een fosforylerings-transfer-reactie plaatsvinden.

Actief transport

Actief transport is transport dat energie kost. Deze energie wordt geleverd doordat ATP gekliefd wordt door bijv. de natrium-kalium-ATPase-pomp. Hierdoor raakt ATP gefosforyleerd en worden er actief natriumionen de cel uitgepompt. Voor iedere drie natriumionen die de cel uitgepompt worden, gaan er twee kaliumionen de cel in. Hierdoor is de concentratie natrium buiten de cel hoog.

16. Tricarbocyl Acid Cycle

De tricarbocyl acid cycle is een cyclus waarbij een groep acetyl coenzymen A worden geoxideerd in twee CO₂ moleculen. Door deze cyclus wordt energie gegenereerd door middel van oxidatie. Deze cyclus, de TCA cyclus, wordt vaak ook de ‘cyclus van Krebs’ genoemd. In deze cylcus wordt GTP omgezet in GDP, waardoor er energie vrijkomt.

Dermatoveneorelogie 

1. Bouw en functie van de huid

De huid is opgebouwd uit drie lagen, elke laag heeft specifieke functies:

1. epidermis/opperhuid;
2. dermis/lederhuid: bevat zweetkliertjes, talgkliertjes en haarzakjes (adnexen)
3. subcutis/onderhuis bind- en vetweefsel: ligt tussen de dermis en de spierfascie.

De huid heeft twee belangrijke vitale functies:

1. handhaven van het interne evenwicht tussen lichaamstemperatuur en lichaamsvocht;
2. bescherming tegen het externe milieu: dit gebeurt door middel van witte bloedcellen die in de dermis circuleren en door bijvoorbeeld melanocyten in de epidermis, die melanine (pigment) produceren en zo beschermen tegen UV-straling.

De epidermis

De epidermis is het buitenste deel van de huid en bevat vier soorten cellen:

Langerhanscellen

2% van de cellen in de epidermis zijn langerhanscellen, welke geproduceerd worden in het beenmerg. Langerhanscellen fagocyteren continu eiwitantigenen en presenteren deze aan andere leukocyten (o.a. T-lymfocyten). Langerhanscellen zijn dan ook antigeen presenterende cellen (APC’s). Door middel van MHC-II-complexen/antigeencomplexen kunnen T-lymfocyten worden geactiveerd.

Melanocyten, pigmentcellen

3-5% van de cellen in de epidermis zijn melanocyten. Productie van melanine is de belangrijkste functie van melanocyten. Melanine zit ingepakt in melanosomen welke als een soort parapluutjes dienen voor de keratinocyten. Op deze manier beschermen de melanosomen de keranocyt tegen UV-straling. Er bestaan twee soorten melanine: roodgeel (phaeomelanine dat zwavel bevat) en bruinzwart melanine (eumelanine). De verhouding van deze twee melaninesoorten bepaald de uiteindelijke kleur van de huid. De huidskleur van negroïde mensen wordt bepaald door het aantal melanosomen in de huid en niet door het aantal melanocyten. Verkleuring van de huid door UV-straling wordt bepaald door toename van het aantal actieve melanocyten (en dus meer pigmentatie) en door toename van het aantal melanosomen in de keratinocyt.

Keratinocyten, ook wel hoorncellen genoemd:

Een keratinocyt bestaat voor 80% uit keratine. Keratine is weer onder te verdelen in verschillende typen keratine-eiwit, welke allen in een verschillende laag van de epidermis voorkomen. Keratinocyten zijn met elkaar verbonden door middel van desmosomen en adherens junctions. Door deze verbindingen wordt de barrièrefunctie van de huid bepaald. Keratinocyten maken ook eiwitten die antimicrobieel zijn (β-defensines) en op deze manier vormen de keratinocyten de eerste verdedigingslinie tegen binnendringers van het externe milieu (dit heet innate immunity, oftewel de aangeboren afweer). Keratinocyten transformeren in de loop der tijd en doordat de buitenste laag van de epidermis verloren gaat (huidschilfers) verplaatsen de cellen zich naar de buitenzijde van de huid.

Naarmate de cellen meer naar buiten verplaatsen, veranderen ze en op deze manier onderscheiden we weer een aantal lagen (van binnen naar buiten):

• Stratum basale met melanocyten en delende keratinocyten.
• Stratum spongiosum met veel desmosomen, dit is de breedste laag.
• Stratum granulosum waarin doorgaande verhoorning plaatsvindt.
• Stratum corneum is een laag van geheel verhoornde cellen aan het buitenoppervlak van de huid. Deze laag is weinig doorlatend voor water.
• Stratum lucidum komt alleen voor op handpalmen en voetzolen, de hoornlaag is hier veel dikker dan op andere plaatsen in de huid.
• Merkelcellen

1-5% van de cellen in de epidermis zijn merkelcellen. De functie van de merkelcellen is onbekend.

Basale membraan

De basale membraan is het stuk huid tussen de epidermis en de dermis. Deze verbindingslaag bevat onder andere type-IV-collageen.

Adnexen

De adnexen van de huid zijn de haren, de zweetklieren en de talgklieren. Beharing is, doordat door beweging de follikels worden gestimuleerd, belangrijk voor de tastzin. De haargroei kent drie cyclische fases:

• anogene fase/groeifase: duurt ongeveer drie jaar;
• katagene fas/overgangsfase: duurt ongeveer drie weken;
• telogene fase/rustfase: duurt ongeveer drie maanden, hierna valt de haar uit.

In het haarzakje zitten follikelepitheelcellen, talgklieren en melanocyten. Talgklieren voeren talg af via de talgklierafvoergang welke in de haarfollikel uitmondt. Er zijn een paar plaatsen op het lichaam waar talgklierafvoergangen direct op het huidoppervlak afvoeren: dit zijn het ooglid, de tepel en de genitaliën. Doordat talg de huid voorziet van een dun vetlaagje beschermd het tegen uitdroging van de huid. Hiernaast zitten er in de talg stoffen die groei van schimmels, gisten en bacteriën op de huid tegengaan. Talgproductie wordt beïnvloed door androgenen (geslachtshormonen).

In de huid bevinden zich ook zweetklieren, welke in twee verschillende soorten opgedeeld kunnen worden:

• eccriene klieren (worden nagenoeg overal gevonden op het lichaam)
• apocriene klieren (in de ‘geslachtszones’, zoals oksels, borsten, nabij de genitalia, etc.)

Beide soorten zweetklieren hebben een eigen functie en eigen vorm van secretie. Zweetklieren zijn belangrijk voor thermosregulatie en voor de homeostase van water en elektrolyten

Dermis

De dermis is de 1 tot 3 millimeter dikke laag onder de epidermis. In deze laag bevinden zich fibroblasten die elastine, collageen, eiwitten en mucopolysachariden produceren. Deze stoffen zorgen voor het volume en de soepelheid van de dermis. De dermis is ook onder te verdelen in verschillende lagen:

·        Stratum papillare is een laag met uitlopers (papillen) naar de epidermis.

·        Stratum reticulare is de laag die tussen het stratum papillare en de subctis ligt en bevat dikkere elastine- en collageenvezels.

In tegenstelling tot de epidermis bevat de dermis wel capillairen. Deze capillairen zijn zeer belangrijk voor de thermoregulatie van de huid, maar ook voor de immuunfunctie, doordat de ze lymfocyten aanvoeren. In de dermis bevinden zich ook mestcellen en macrofagen en in de dermis bevinden zich de uiteindes van zenuwen, waardoor de dermis belangrijk is voor pijnsensatie en gevoel.

Subcutis

De subcutis bevindt zich onder de dermis en bestaat vooral uit vetweefsel wat dient als energiereserve voor het lichaam. Hiernaast doet de subcutis dienst als isolerende laag, stootkussen en waterreservoir.

Huidskleur

De kleur van de huid wordt bepaald door een samenspel van de volgende factoren:

·        Bloedvaten geven een rode tot blauwe reflectie

·        Melanine zorgt voor bruine tot zwarte reflectie

·        Hoorn geeft een gele reflectie

·        Bindweefsel maakt de huid wit

·        Lipiden zorgen ook voor een gele kleur

2. Anamnese en dermatologische inspectie

Bij examinatie van de huid gaat inspectie vaak nog vooraf aan de anamnese:

Bij de anamnese is het altijd belangrijk te vragen naar huidziekten die eerder doorgemaakt zijn of huidziekten die voorkomen in de familie. Ook is het belangrijk te vragen naar eczeem, hooikoorts en astma, zowel bij de patiënt zelf of bij familieleden in verband met de mogelijkheid van het atopisch syndroom. Een efflorescentie is een zichtbare huidverandering en meerdere efflorescenties vormen bij elkaar een huidaandoening.

‘Provoke’ systeem

Voor lokalisatie en rangschikking van een huidafwijking kan gebruik gemaakt worden van het provoke-systeem:

Plaats:                         waar bevind de huidafwijking zich?

Rangschikking:            hoe is de afwijking gerangschikt op de huid?

Omvang, aantal:          hoeveel plekken zijn er aanwezig?

Omvang, grootte:        hoe groot zijn de plekken?

Vorm:                          wat is de vorm van de plekken

Omtrek:                       hoe zijn de plekken begrensd?

Kleur:                           wat is de kleur van de plekken?

Efflorescenties:           wat voor efflorescenties zijn er te zien?

9. Eczemateuze dermatosen

Constitutioneel (atopisch) eczeem

Constitutioneel eczeem is onderdeel van het atopisch syndroom. Het atopisch syndroom is een familiaire of persoonlijke aanleg om in reactie op een lage dosis allergenen grote hoeveelheden IgE-antistoffen te produceren. Hierdoor worden de symptomen passende bij eczeem, astma of hooikoorts veroorzaakt (de drie onderdelen van het atopisch syndroom).

75% van de patiënten met atopisch eczeem krijgt symptomen voor het eerste levensjaar. Dit soort eczeem komt met name voor in het gelaat, waarbij het zogenaamde ‘narcosekapjegebied’ (gebied rond de mond en neus) vrij blijft. Eczeem kenmerkt zich in het acute stadium door nattende en crusteuze afwijkingen op de huid. In het niet acute stadium is er sprake van roodheid, papels, schilfering en papulovesikels.

Nadat een kind de eerste periode van atopisch eczeem doorgemaakt heeft, zijn er verschillende beloopsvormen: het eczeem kan definitief genezen, het eczeem kan zich verder ontwikkelen in elleboog- en knieholtes en op de polsen en enkels, het eczeem kan tijdelijk verdwijnen waarbij in het latere leven exacerbaties en remissies optreden.

Bij 50% van de kinderen verdwijnt het eczeem voor de leeftijd van 3 à 4 jaar, al blijft het atopisch syndroom bestaan, waardoor deze mensen op latere leeftijd vaak last krijgen van hooikoorts of astma. Wanneer het eczeem wel aanwezig blijft, zijn hier meestal na het 50^e levensjaar geen symptomen meer van te zien.

Diagnose atopisch eczeem

Om de definitieve diagnose atopisch eczeem te stellen moet er sprake zijn van jeuk. Hiernaast moet er sprake zijn van minimaal 3 van de 5 nevencriteria:

1. begin voor de leeftijd van 2 jaar;
2. persoonlijke voorgeschiedenis met astma of hooikoorts (of hier is sprake van bij een familielid van de patiënt dat jonger is dan 4 jaar);
3. voorgeschiedenis met eczeem in elleboog- of knieholtes, nek of wreef;
4. zichtbaar flexuraal eczeem;
5. voorgeschiedenis van een droge huid in het afgelopen jaar.

Complicaties van atopisch eczeem zijn secundaire bacteriële infecties, meestal veroorzaakt door S. Aureus.

Therapie

Er zijn veel niet-medicamenteuze maatregelen die te nemen zijn tegen atopisch eczeem. Patiënten hebben vaak een droge huid, waardoor het belangrijk is niet te veel zeep en zalf te gebruiken. Een veelgehoorde fabel is dat voeding invloed uitoefent op constitutioneel eczeem, maar dit is echter niet bewezen. Wat wel helpt, is emotionele stabiliteit. Emotionele stress kan namelijk eczeemklachten uitlokken.

15. Premaligne en maligne huidtumoren

Melanoom

Een melanoom is de meest agressieve vorm van huidkanker. Patiënten presenteren zich meestal met een moedervlek die van kleur of in grootte toeneemt. Symptomen zijn kleurveranderingen, toename in grootte, asymmetrie in aspect en kleur, onregelmatige contouren, een rode hof, jeuk, etc. In een later stadium is er sprake van symptomen als pijn, ulceratie en bloeding. Elke buiten het normale patroon vallende moedervlek dient nader onderzocht te worden.

Er zijn verschillende soorten melanomen te onderscheiden:

·        LMM; Lentigo maligna melanoma:

Een melanoom dat alleen voorkomt in het gelaat op oudere leeftijd. Deze tumor groeit langzaam maar kan wel degelijk metastaseren. De frequentie van dit type melanoom is 5%.

·        SSM; superficial spreading melanoma/NM; nodulaire melanoom:

Dit is het meest voorkomende type melanoom, want 70% van de melanomen is van het type SSM en 20% NM. Dit melanoom groeit eerst horizontaal en daarna verticaal waarbij er invasie van de diepere huidlagen plaatsvindt. SSM en ND komen op alle leeftijden voor, met name tussen de 40 en 50 jaar. Voorkeurslocatie is bij mannen de rug en bij vrouwen de benen.

·        ALM; acrolentigineuze melanomen:

Dit zijn melanomen van handpalmen en voetzolen en subunguale (onder de nagel) melanomen. Deze melanomen zijn zeldzaam (5%) en hebben een slechte prognose.

Incidentie

Melanomen komen het meest voor bij blanke mensen met rood haar en met sproeten. Zij hebben een drie keer zo grote kans op een melanoom als mensen zonder deze drie eigenschappen. De incidentie van melanomen in Nederland is ongeveer 3000 per jaar.

5% van de patiënten met een melanoom zijn familiair belast.

16. Vesiculobulleuze dermatosen

Brandwonden

Ernst van brandwonden wordt bepaald door een combinatie van factoren: uitgebreidheid, leeftijd en conditie van de patiënt, lokalisatie, diepte en bijkomend letsel (zoals inhalatietrauma). Uitgebreidheid van letsel wordt uitgedrukt door middel van percentage lichaamsoppervlak wat aangedaan is. Hierbij wordt de ‘regel van negen’ gebruikt. Het lichaam wordt opgedeeld in stukken van 9%; deze regel gaat alleen niet op voor de geslachtsorganen, welke een oppervlak van 1% uitmaken. Zo is bij volwassenen het hoofd 9%, één arm 9%, een been 2 x 9%, de romp 4 x 9%. Voor kinderen gelden andere percentages, omdat hun hoofd groter is tov de rest van hun lichaam. Deze benadering gaat niet op voor eerstegraads brandwonden. Voor de definitie wond moet de continuïteit van het weefsel immers aangedaan zijn, wat bij een eerstegraads brandwond niet het geval is.

Wanneer meer dan 15% van het huidoppervlak bij een volwassene is verbrand, dient de patiënt opgenomen te worden voor vochtsuppletie met een infuus, omdat er anders shock optreedt. Bij kinderen en ouderen geldt dit vanaf 10%. Wanneer er minder huidoppervlak verbrand is, kan het vochttekort opgeheven worden door extra te drinken. 

Vormen van verbranding

• Eerstegraads

Oppervlakkige verbranding, de huid is gevoelig bij aanraken en is gezwollen en rood. Dit is bijvoorbeeld een karakteristieke zonverbranding.

• Tweedegraads

De brandwond is dieper dan een eerstegraads brandwond en er treedt blaarvorming op. Dit is zeer pijnlijk. De bodem van de brandwond is bijna volledig bezaaid met vitale epitheelcellen van waaruit genezing plaatsvindt. Genezing duurt meestal 10 dagen tot twee weken. Hierna is er sprake van geen tot weinig littekens. Bij diepe tweedegraads brandwonden duurt het herstel langer en is er vrijwel altijd sprake van littekenvorming.

• Derdegraads

Een derdegraads brandwond is weer dieper dan een tweedegraads brandwond. De huid is wit of zwart verkleurd en lederachtig of verkoold. Derdegraads brandwonden doen geen pijn, omdat de zenuwen zijn verbrand. Bij derdegraads brandwonden zijn er geen epitheelcellen meer te vinden in de diepte van de wond, waardoor genezing alleen plaatsvindt vanuit de wondranden. Genezing duurt dan ook lang.

Incidentie

Per jaar worden 60.000 mensen behandeld in verband met brandwonden. Hiervan worden 1500 patiënten voor behandeling opgenomen in het ziekenhuis.

Pathofysiologie

Brandwonden worden meestal veroorzaakt door vuur of hete vloeistoffen, maar kunnen ook veroorzaakt worden door elektriciteit of chemische stoffen.

Behandeling

Eerstegraads brandwond: vaselinegaasje of iets anders wat verlichting van de pijn geeft.  Zelfs komkommer kan gebruikt worden (wordt vaak toegepast bij zonverbranding). Niets is gecontraïndiceerd om op de huid te doen, aangezien er geen sprake is van een wond.

Oppervlakkige tweedegraads brandwond: dehydratie tegengaan, maar ook voorkomen dat een wond te nat wordt (maceratie). Zilversulfadiazine créme (brandzalf) kan op de wond gesmeerd worden en de wond dient bedekt te worden om infectie te voorkomen. Bij tweedegraads brandwonden moet altijd gedacht worden aan het risico op tetanusbesmetting.

Wanneer er sprake is van grote, diepe brandwonden en specialistische hulp is vereist, dient de wond afgedekt te worden met steriel materiaal als tuleverband of aluminiumfolie. Kleren mogen niet losgetrokken worden omdat de wond dan kan openscheuren (wegknippen mag wel). Sieraden moeten verwijderd worden wegens het risico op oedeemvorming. Patiënten zullen vaak dorst hebben, maar toch mag de patiënt niet te veel drinken in verband met het risico op aspiratie bij braken.

De patiënt moet verwezen worden voor specialistische hulp wanneer er sprake is van:

• chemische verbrandingen
• elektrische verbrandingen
• brandwonden waarbij ook sprake is van inhalatietrauma of ander begeleidend letsel
• circulaire brandwonden aan hals, ledematen en thorax
• brandenwonden groter dan 10% (5% bij kinderen)
• derdegraads brandwonden groter dan 5%
• brandwonden in functionele gebieden als handen, gewrichten, gelaat en genitaliën

Fysiologie

1. Introductie

Cellen zijn de meest simpele maar toch functionele eenheden waarin een organisme kan worden onderverdeeld, om nog de functie van het leven te bevatten. Het specialiseren van een cel wordt ook wel celdifferentiatie genoemd. Gedifferentieerde cellen migreren naar verschillende plaatsen en vormen weefsels die samen organen vormen. Organen zijn opgebouwd uit functionele eenheden die de functie van het orgaan uitvoeren. Samenwerkende organen kunnen orgaansystemen vormen.

Vier grote categorieën van cellen kunnen worden gemaakt:

• Spiercellen: gespecialiseerd in het genereren van mechanische krachten die nodig zijn voor beweging.

• Zenuwcellen: kunnen elektrische signalen voortbrengen en vaak over lange afstanden.

• Epitheelcellen: deze cellen kunnen ionen en organische moleculen selectief uitscheiden of opnemen. Basaalmembranen vormen een grens tussen verschillende compartimenten en epitheel zorgt ervoor dat externe substanties niet binnen kunnen komen.

• Bindweefselcellen: ze ondersteunen en binden de structuren in het lichaam.

Om elke cel zit de extracellulaire vloeistof waarin de extracellulaire matrix zit. Deze matrix bevat collageenvezels, eiwitten en elastinevezels.

Lichaamsvloeistoffen

De vloeistofverdeling in het lichaam is als volgt: het extracellulaire vocht (bloedplasma en het interstitium, oftewel de vloeistof die de weefselcellen omringt) vormt 1/3 van het lichaamsvocht. Van het extracellulaire vocht is 20% bloedplasma en 80% het interstitiële vocht. De rest van het lichaamsvocht (2/3^e) is intracellulair gelegen en zit dus in de cellen. Kortom, het lichaamsgewicht bestaat uit 55-60% water, waarvan 2/3^e intracellulair en 1/3^e  extracellulair zit.

Vloeistofverdeling:

• 1/3^e extracellulaire vloeistof: (15 liter)

Waarvan 20% plasma (3 liter)

Waarvan 80% interstitieel vocht (12 liter)

• 2/3^e intracellulaire vloeistof (30 liter)

Homeostase

Homeostase is een dynamisch proces dat in balans wordt gehouden door homeostatische controle mechanismen. Bij dit proces is er sprake van een relatieve balans tussen fysiologische variabelen, binnen bepaalde grenzen. De variabelen kunnen erg verschillen gedurende de dag, maar over een langere tijd gezien is er een gemiddelde waar alle waarden in de buurt komen. Over het algemeen ben je gezond als al je orgaansystemen op een homeostatische manier werken.

Om te kijken of iemand gezond is moeten meerdere metingen worden gedaan en moet er niet worden gekeken naar slechts één meting, omdat men dan net een schommeling kan treffen. Door bij vele gezonde personen te meten zijn er nu standaardwaarden opgesteld.

In een steady state van het lichaam verandert de grootte van een variabele niet, maar ondervindt het lichaam wel steeds veranderingen om deze staat vast te houden. Kortom, bij een steady state moet het lichaam energie verbruiken om de waarde van de variabele constant te houden. Bij een equilibrium / evenwicht verandert de variabele ook niet, maar hoeft het lichaam ook niets aan te passen om dit in stand te houden (geen input van energie).

Een voorbeeld van een homeostatisch regelmechanisme is het systeem van de lichaamstemperatuur. Bij temperatuur wordt de gemiddelde waarde van de variabele lichaamstemperatuur (37°C) het set point van het thermo-regulerende systeem genoemd. Als de temperatuur van het lichaam afneemt, bijvoorbeeld omdat men zich in een koude kamer bevindt, gebeuren er meerdere dingen in en met het lichaam.

Vasoconstrictie treedt op, men gaat opgekruld liggen en rillen. Hierdoor neemt het warmteverlies af en de lichaamstemperatuur gaat oplopen totdat de set-point waarde weer is bereikt. Hier is dus sprake van negatieve feedback: na een verandering in de homeostase komen er reacties die het tegengestelde effect bewerkstelligen om zo de balans weer te herstellen. Heel soms komt positieve feedback voor, waarbij er een explosieve versnelling komt van een proces. Dit gebeurt bijvoorbeeld bij de geboorte. Hierbij leidt druk van het hoofd van de baby op de baarmoedermond tot afgifte van oxytocine. Oxytocine leidt tot een heftige contractie van de baarmoeder, waardoor de druk op de baarmoedermond hoger wordt. Dit leidt tot een nog hogere afgifte van oxytocine, etc. Door dit fysiologische principe wordt de baby ter wereld gebracht.

Bij koorts wordt het setpunt omhoog gezet, bijvoorbeeld bij een infectie, zodat ziekteverwekkers niet verder kunnen delen. Belangrijk is dat meerdere systemen invloed hebben op een parameter. Dit is handig omdat er zo fijner ingesteld kan worden. Als er door wat voor reden dan ook een systeem uitvalt, kunnen de andere systemen dit nog compenseren.

Feedforward regulatie is als volgt: als het lichaam al aanpassingen doorvoert, voordat de externe factor het lichaam heeft kunnen bereiken of variabelen heeft kunnen veranderen. Vaak zit hier ook een proces van leren bij. Na meerdere keren kan het lichaam beter reageren door middel van een feedforward mechanisme.

Reflexen

Een reflex is een specifieke, onvrijwillige en aangeboren respons op een bepaalde stimulus. Reflexen kunnen echter ook aangeleerd zijn. Het proces van reflex en effect wordt beschreven in een reflexboog, die bestaat uit verschillende onderdelen. Allereerst is er een stimulans (prikkel): een verandering in de interne of externe omgeving. Vervolgens herkent een receptor de verandering. Via de receptor gaat er dan een signaal naar het integratiecentrum (via de afferente weg). Vervolgens komt er vanuit het integratie centrum via de efferente weg een signaal naar de effector die van invloed is op de prikkel of de gevolgen van de prikkel. De respons leidt vaak tot negatieve feedback.

Spieren en klieren zijn de meest voorkomende effectoren voor controlesystemen.

Lokaal kunnen er homeostatische responsen optreden via chemische boodschappers.

Cellen kunnen op verschillende manieren en via verschillende boodschappers communiceren.

Hormonen kunnen cellen laten communiceren door in te werken op een doelcel en ze gebruiken het bloed hierbij als vervoer. Neurotransmitters zijn chemische boodschappers die zenuwcellen met andere cellen kunnen laten communiceren. Paracriene stoffen zijn stoffen die een effect bij naburige cellen kan bewerkstelligen. Tot slot geeft een autocriene cel stoffen af die inwerken op dezelfde cel.

Adaptatie en acclimatisatie

Adaptatie zorgt ervoor dat een cel kan overleven in specifieke omstandigheden. Bij acclimatisatie wordt het functioneren van bestaande homeostase mechanismen verbeterd. Vaak is dit weer reversibel als men niet meer traint. Toch kan acclimatisatie onomkeerbaar zijn als het gebeurt tijden de kritieke periode van ontwikkeling.

Biologisch ritme

Het circadiaans ritme is het dagritme van 24 uur. Een lichaamsritme kan al reageren voordat er veranderingen optreden in de omgeving. Deze ritmes worden van binnenuit geregeld, maar externe factoren zijn nodig om het in stand te houden. Fase veranderingen treden op als men naar een andere tijdzone vliegt, maar het nieuwe ritme komt dan niet direct. Daarom krijgen mensen last van een jet lag (slapeloosheid, darmverstoringen, verminderde oplettendheid en gevoel van ziekte). In de hypothalamus zitten pacemaker cellen die de ritmes regelen. Ze kunnen bijvoorbeeld zorgen dat de pijnappelklier (epifyse) ‘s nachts melatonine uitscheidt.

Balans in de homeostase van chemicaliën

Het lichaam kan aan materialen komen door voedselinname, via de luchtwegen en via synthese in het lichaam zelf. In het lichaam kan dit materiaal worden opgeslagen of worden veranderd in andere moleculen.

Een persoon kan in drie verschillen lichaamsbalansen zijn:

1. Negatieve balans: meer verlies dan winst aan stoffen
2. Positieve balans: meer winst dan verlies aan stoffen
3. Stabiele balans: gelijke winst en verlies van stoffen

Essential Cell Biology

1. Eerste kennismaking met cellen

Alle levende dingen zijn gemaakt van cellen. Dit zijn kleine eenheden, gevuld met een geconcentreerde waterige substantie van chemische stoffen, die het vermogen hebben zich te delen door te groeien en zich in tweeën te delen. Er bestaan eencellige organismes en meercellige organismes. Meercellige organismes worden gecoördineerd door (complexe) intrinsieke communicatie systemen.

In dit hoofdstuk zullen de volgende zaken over cellen besproken worden:

• De grote variëteit in cellen
• De chemische instrumenten die alle cellen gemeen hebben
• Hoe cellen door middel van microscopie in zicht gebracht kunnen worden
• De overeenkomsten tussen de verschillende vormen van leven op aarde

Overeenkomsten en verschillen tussen cellen

Cellen kunnen verschillen in:

• Grootte: Lactobacillus paar micrometer à mensenhaar 25x zo groot à kikkerei 1 mm
• Vorm en functie:
  • Zenuwcellen zijn uitgerekte cellen, die signalen op afstand verzenden.
  • Een paramecium is een cel in een druppel water, die omgeven is door allemaal microcilia, die ervoor zorgen dat de cel zich al roterend voort kan bewegen.
  • Een bdellovibrio is een worstvormige bacterie, met een staart. De staart oftewel flagellum dient als een propellor, zodat de bacterie zich voort kan bewegen.
  • Een neutrofiel of macrofaag kruipt door het lichaam, constant veranderend van vorm. Zij fagocyteren (eten) lichaamsvreemde micro-organismes en dode of stervende cellen.
• Celwand: Sommige cellen worden alleen omgeven door een membraan. Cellen kunnen zich echter ook omgeven met slijm, rigide celwanden of met hard, gemineraliseerd materiaal (botten).
• Chemische rekrutering en activiteit:
• Sommige cellen leven op zuurstof (aëroob), andere gaan er juist dood aan
• Sommige cellen leven van lucht, zonlicht en water, andere cellen hebben een complexe mix nodig van moleculen, geproduceerd door andere cellen.
• Sommige cellen produceren specifieke stoffen als hormonen, vet, latex of pigment. Andere zijn elektrische generatoren.
• Specialisatie: Sommige cellen zijn zo gespecialiseerd dat ze niet meer kunnen delen. Specialisatie van cellen is alleen nuttig in meercellige organismes. Cellen worden hierdoor namelijk afhankelijk van de cellen uit hun omgeving.

Cellen hebben ook overeenkomsten:

• Cellen bevatten over het algemeen dezelfde functionele componenten (organellen)
• Cellen bestaan uit dezelfde soort moleculen, die deelnemen in dezelfde chemische reacties (zie hoofdstuk 2)
• Genetische instructies (genen) bevinden zich in het DNA, dat wordt opgeslagen in DNA moleculen:
  • Geschreven in dezelfde chemische codering bestaande uit dezelfde chemische bouwstenen, namelijk vier monomeren, genaamd de nucleotiden
  • Geïnterpreteerd door dezelfde chemische machinerie. In iedere cel wordt het DNA voorgelezen, oftewel getranscribeerd, naar een chemisch gerelateerde set polymeren, genaamd het RNA.
  • Gedupliceerd op dezelfde manier. Het messenger RNA wordt afgelezen en vertaald (translatie) door ribosomen naar een eiwit.
• Het gedrag van de cel wordt bepaald door eiwitten. Eiwitten kunnen verschillende functies hebben, zoals het bieden van steun, chemische katalysator, moleculaire motor, etc. Eiwitten worden gevormd uit dezelfde 20 verschillende aminozuren. Deze aminozuren worden in verschillende sequenties aan elkaar gekoppeld, waardoor de moleculen verschillende drie-dimensionale vormen en samenstellingen krijgen.

Virussen zijn DNA of RNA pakketjes, meestal omgeven door eiwitten, die zich niet voort kunnen planten. Deze kunnen zich alleen voortplanten door de reproductieve machinerie van een gastheercel te gebruiken. Daarom worden deze strikt genoemd ook niet gerekend tot de levende dingen (organismen).

Er zijn twee vormen van reproductie:

• Cellen kunnen zich reproduceren door het DNA te verdubbelen en zich daarna in tweeën te delen. Hierdoor ontstaan twee identieke cellen. Dit gaat echter niet altijd perfect en dan ontstaan er mutaties.
• Seksuele reproductie, waarbij twee cellen van dezelfde soort fuseren en waarbij het DNA van beide cellen wordt gecombineerd. Hierdoor ontstaat genetische variatie, die verder versterkt kan worden door mutaties gedurende dit proces.

Deze mutaties en genetische samensmeltingen kunnen nadelig (eigenschap(pen) gecreëerd die de overleving bemoeilijken), voordelig (eigenschap(pen) gecreëerd die de overleving bevorderen) of neutraal (eigenschap(pen) gecreëerd die de overlevingskans niet beïnvloeden) zijn voor het nageslacht. De ‘survival of the fittest’ zal de eerste soort elimineren, in het voordeel werken van de tweede variant en de derde tolereren. Dit principe vormt de basis van de evolutie (het proces waarin levende wezens zich geleidelijk aanpassen aan hun omgeving). De evolutie gaat ervan uit dat alle organismes ontstaan zijn uit dezelfde voorouder en daarom in de basis zo op elkaar lijken, maar door de aanpassingen alle verschillen zijn ontstaan en ook de verschillende organismes.

Het genoom van de cel, opgeslagen in het DNA, zorgt voor het genetische programma, dat de cel instrueert hoe deze moet functioneren en, in geval van planten en dieren, hoe deze moet uitgroeien tot een complex meercellig organisme. In meercellige organismes bevinden zich een breed scala aan celtypes. Deze gedifferentieerde celtypes komen allen voort uit dezelfde eicel en allen bevatten zij dezelfde DNA kopieën van het betreffende organisme. Hun variëteit wordt bepaald door de verschillen in genexpressie. Dit wil zeggen dat de cellen alleen bepaalde eiwitten produceren, afhankelijk van de informatie die zij hebben gekregen van hun voorloper cellen en aan de hand van informatie uit de omgeving van de cel.

Cellen bekijken onder de microscoop

Er bestaan verschillende soorten microscopen:

• Lichtmicroscopie: De lichtmicroscoop kan cellen tot 1000x vergroten en kan details tonen van 0.2 micrometer klein. Men heeft drie dingen nodig:
  • Het licht moet gefocust zijn op het preparaat door lenzen in de condensor
  • Het preparaat moet nauwkeurig bereid worden, zodat het licht erdoor heen kan vallen
  • De juiste lenzen zijn nodig om het beeld van het preparaat op het oog te focussen.

Er kan op verschillende manieren naar de onaangekleurde cel worden gekeken:

• Rechtstreekse optiek
• Fase contrast optiek
• Interferentie-contrast optiek

Op deze manier kunnen drie verschillende beelden worden verkregen met dezelfde microscoop. De twee laatste technieken maken gebruik van het feit dat het licht anders reist, indien de refractie indexen wisselen.

De meeste weefsels zijn niet klein genoeg en niet transparant genoeg om direct bekeken te kunnen worden onder de lichtmicroscoop. Deze worden dan eerst gefixeerd, dan ondersteund door ingebed te worden in vaste wax of resine en worden dan in plakjes gesneden. Deze plakjes kunnen op een glazen plaatje gelegd worden en eventueel kan een kleuring worden toegevoegd.

• Fluorescentie microscopie: In dit geval wordt een fluorescentie kleuring aangebracht, die opgevangen kan worden door de fluorescentie microscoop. Fluorescentie kleuringen absorberen licht van een bepaalde golflengte en zenden deze vervolgens weer uit in een andere, langere golflengte.

Het licht van de microscoop dat wordt opgevangen gaat door twee filters. Filter 1 filtert het licht voordat dit het preparaat bereikt en laat alleen dat licht door dat de specifieke fluorescentie kleuring activeert. Filter 2 blokkeert het licht dat voortkomt uit filter 1 en laat alleen de golflengtes door van de fluorescerende kleuring. De aangekleurde objecten kleuren helder aan in de donkere achtergrond. 

Met een fluorescentie microscoop kunnen bepaalde delen van de cel worden aangekleurd, doordat de fluorescentie kleuring aan specifieke cellen bindt. Ook is het mogelijk antistoffen op deze manier aan te kleuren.

• Confocale microscopie: Dit is een gespecialiseerd type fluorescentie microscoop, dat de afbeelding samenstelt door middel van een laser straal. De straal wordt gefocust op één punt met een specifieke diepte in het preparaat. In een kleine opening in de detector wordt alleen fluorescentie van dit specifieke punt opgevangen. Door met de straal het gehele preparaat te scannen kan een scherp beeld gevormd worden van het vlak van aandacht. Dit wordt wel een optische sectie genoemd. Door optische secties te maken van verschillende dieptes in het preparaat kan een driedimensionaal beeld samengesteld worden.
• Transmissie elektronen microscopie (TEM): Voor de transmissie elektronen microscoop (TEM) dien het preparaat in zeer dunne plakjes gesneden te worden en eventueel gekleurd te worden met zware metalen. De TEM werkt hetzelfde als de lichtmicroscoop, alleen is het licht vervangen voor een straal elektronen en de glazen lenzen voor magnetische spoelen. De TEM kan cellen miljoen keer vergroten en details zichtbaar maken tot 2 nm.
• Scannende elektronen microscoop (SEM): Hierbij wordt het preparaat bedekt met een klein laagje/vliesje van zware metalen. Een straal van elektronen scant het preparaat. Van ieder punt op het preparaat wordt met een detector gemeten hoe de elektronen in verschillende richtingen wijken, wanneer zij in aanraking komen met het vlies van zware metalen. Hieruit worden verschillende intensiteiten gemeten door de detector op verschillende plaatsen in het preparaat, die worden geregistreerd op een beeldscherm. Hierdoor ontstaat een scherp driedimensionaal beeld. Details tot 3-20 nm kunnen hiermee worden geregistreerd, afhankelijk van het apparaat dat wordt gebruikt.

Op de microscoop kan worden gezien dat weefsel uit duizenden cellen bestaat. Deze kunnen dicht op elkaar gepakt zijn of omgeven worden door extracellulaire matrix. Extracellulaire matrix is een soort dichte massa bestaande uit eiwitvezels in een polysacharide gel. De cel heeft een specifieke anatomie:

• Membraan (5nm):
  • Plasma membraan: omgeeft de cel
  • Interne membraan: omgeeft de organellen van de cel
• Nucleus: De kern van de cel. Deze bevindt zich in het midden van de cel
• Cytoplasma: Het interieur van de cel om de celkern heen. Hierin bevinden zich de organellen (cel orgaantjes). Deze zijn alleen moeilijk te zien met de lichtmicroscoop. Deze kunnen alleen beter bekeken worden met microscopen, die meer detail in beeld kunnen brengen.

Prokaryoten

Er worden twee typen cellen onderscheiden: prokaryoten en eukaryoten. Prokaryoten bevatten geen celkern, terwijl eukaryoten wel een celkern bevatten.

Prokaryoten zijn typisch bolvormig, staafvormig of spiraalvormig en zijn klein. Ze hebben vaak een harde, stevig buitenkant, de celwand, die het plasma membraan omgeeft. Het celinterieur bestaat uitsluitend uit cytoplasma en DNA en over het algemeen bevat de prokaryoot geen organellen. De cellen kunnen snel delen: wanneer de condities goed zijn, kan de cel wel binnen 20 minuten delen. Door deze snelle vermenigvuldiging evolueren de prokaryoten snel, waardoor zij bijvoorbeeld nieuw voedsel gebruiken of resistent worden tegen antibiotica.

Prokaryoten zijn een zeer divers en kunnen in allerlei soorten habitat aangetroffen worden en onder allerlei omstandigheden. Er bestaat het vermoeden dat de mitochondriën in eukaryote cellen oorspronkelijk prokaryoten waren, die zich ooit in een eukaryote cel genesteld hebben. De prokaryoten verzorgen een belangrijke rol in de levenscyclus van planten en dieren.

Er worden twee soorten prokaryoten onderscheiden. Dit zijn de bacteriën en de archaea. De bacteriën komen het meest voor en worden bijvoorbeeld gezien in de grond, voedsel of in geval van ziekte. De archaea komen hier ook voor, maar worden ook vooral gezien in omstandigheden die meestal gevaarlijk zijn voor cellen, zoals grote hittes, zure omgeving, etc. Dit kan zowel op aarde (vulkanen, diepe wateren, etc) als in het lichaam zelf zijn (bijv. de maag).

Eukaryoten

Eukaryoten bevatten per definitie een celkern (nucleus). Eukaryoten zijn over het algemeen groter dan prokaryoten. Eukaryoten kunnen zowel eencellig voorkomen, als ook meercellig. Alle complexe meercellige organismes, zoals planten, dieren en schimmels, bestaan uit eukaryote cellen. Naast een celkern hebben eukaryote cellen vaak ook andere celorganellen. De celorganellen van eukaryote cellen zullen nu besproken worden.

·        De celkern (nucleus): De celkern wordt omgeven door twee concentrische membranen, de nucleaire envelop genaamd. De celkern bevat het DNA van de cel. Een prokaryoot bevat dus ook DNA, maar niet omgeven door een nucleaire envelop.

·        Mitochondriën: Mitochondriën worden gevonden in alle eukaryote cellen. Het zijn worst- of wormvormige organellen, omgeven door twee losse membranen. Het binnenste membraan is sterk geplooid. Mitochondriën bevatten hun eigen DNA en planten zich voort door zich te delen. Mitochondriën genereren de chemische energie voor de cel. Zij gebruiken de energie uit het voedsel om adenosine trifosfaat (ATP) te produceren, wat de chemische brandstof is voor het overgrote deel van de celactiviteit. Omdat bij dit proces zuurstof wordt gebruikt en CO₂ wordt afgegeven, wordt dit proces ook wel cellulaire respiratie genoemd. Zonder mitochondriën zou zuurstof giftig zijn voor het lichaam. Cellen die anaeroob zijn, bevatten dan ook geen mitochondriën.

·        Chloroplasten: Chloroplasten zijn grote, groene organellen, die alleen voorkomen in planten en algen. De chloroplast wordt omgeven door twee membranen. In de cel bevinden zich daarnaast nog stapels membranen, die het groene pigment chlorofyl bevatten.

Chloroplasten zijn de organellen, die ervoor zorgen dat planten energie kunnen genereren uit zonlicht, door middel van fotosynthese. Bij fotosynthese wordt de energie van zonlicht vastgehouden in chlorofyl moleculen. Deze energie wordt gebruikt om energierijke suikermoleculen samen te stellen. Bij dit proces komt zuurstof vrij. De planten kunnen deze opgeslagen energie (de suikermoleculen) aanspreken wanneer zij willen, door deze suikers te oxideren in hun mitochondriën. Chloroplasten generen dus zowel voedingsstoffen als zuurstof.

• Endoplasmatisch Reticulum (ER): Dit is een irregulair netwerk van verbonden ruimtes, die worden omgeven door een membraan. Hier worden de meeste membraancomponenten en export materialen gemaakt.
• Golgi-apparaat: Deze ontvangt en modificeert vaak de moleculen, die in het endoplasmatisch reticulum zijn gemaakt en dirigeert deze naar het exterieur van de cel of verschillende locaties in de cel.
• Lysosomen: Dit zijn kleine, irregulair gevormde organellen, die zorgen voor intracellulaire vertering, waardoor voedingsstoffen vrij komen of ongewilde moleculen worden afgebroken voor recycling of excretie.
• Peroxisomen: kleine, membraan omsloten blaasjes die zorgen voor een beschermde omgeving waarin hydroxyperoxidase (een schadelijke chemische stof die andere stoffen afbreekt) wordt geproduceerd en afgebroken.
• Blaasjes: Er is een continue uitwisseling van materialen tussen het endoplasmatisch reticulum, het Golgi-apparaat, lysosomen en het exterieur van de cel. Dit gebeurt door middel van kleine blaasjes. Om stoffen de cel in te krijgen fuseren blaasjes met endosomen, die zich ontwikkelen tot lysosomen. Dit proces wordt ook wel endocytose genoemd. Wanneer het tegenovergestelde gebeurt, wordt er gesproken van exocytose.
• Cytosol: Het cytosol is het gedeelte van de cel, dat niet ingesloten is in een intracellulair membraan. In de meeste cellen maakt het cytosol het grootste deel van de cel uit. In het cytosol vinden belangrijke chemische processen plaats. Een van de belangrijkste processen van eiwitsynthese (het aflezen van het RNA) vindt plaats in het cytosol, door middel van de ribosomen.
• Cytoskelet: De cel wordt verstevigd door het cytoskelet. Dit bestaat uit drie componenten:
  • Actine filamenten: Het dunste filament. Deze komt vooral voor in spieren, waar het deel uitmaakt van de machinerie die zorgt voor de spiercontractie.
  • Intermediaire filament: verstevigen van de cel
  • Microtubuli: De dikste variant van de drie. Deze spelen ook een rol bij de deling van de cel, waarbij zij de chromosomen uit elkaar trekken, nadat deze verdubbeld zijn. 

Het cytoskelet geeft de cel zijn mechanische sterkte, bepaalt zijn vorm en zorgt en richt de beweging van de cel. Daarnaast speelt het cytoskelet een grote rol in verschillende processen van de cel (zoals bijvoorbeeld celdeling).

8. Controle van gen expressie

Genen kunnen worden afgelezen, maar er zijn ook factoren die voorkomen dat dit gebeurt. Als dit niet zo is, wordt DNA afgelezen: dit begint bij de initiation site, en 50 nucleotides tegengesteld aan de richting waarin het DNA wordt afgelezen. Deze 50 nucleotides zijn noodzakelijk, omdat hier RNA polymerase aan bindt, zodat het DNA afgelezen kan worden. Behalve deze promotors bevat bijna elk gen ‘regulatory DNA sequences’, die het gen aan of uit kunnen zetten. Deze regulatory DNA sequences kunnen in lengte variëren tussen de 10 en 10,000 nucleotiden. De langere bevinden zich voornamelijk in eukaryoten en de kortere in prokaryoten. De kortere hebben het vermogen om te reageren op één signaal wat het gen aan of uit zet. De langere hebben de mogelijkheid om op meerdere signalen te reageren en hieruit de conclusie te trekken of, en hoeveel transcriptie er plaats moet vinden. Deze DNA sequences werken door middel van gene regulatory proteins, die op hele specifieke manieren op het DNA kunnen gaan zitten, meestal in de major groove van de DNA helix. Het is een zeer specifieke binding van de regulatory proteins aan het DNA. Het individuele contact tussen het eiwit en het DNA is zwak, maar in totaal zorgt deze binding voor de sterkste, meest specifieke binding die bekend is in de biologie. Hoewel elk van deze eiwitten uniek zijn, kunnen de manieren waarop ze zijn opgevouwen wel meer algemeen worden weergegeven.

Meestal zijn er 2 eiwitten die de binding met het DNA aangaan, om zo de sterkte van de binding te vergroten, maar ook de specificiteit, terwijl er niet veel verschillende eiwitten nodig zijn.

Als voorbeeld hoe genregulatie werkt, nemen we de best begrepen genregulatie, namelijk die van de E. coli bacterie. Van deze bacterie weten we dat er 5 genen zijn die coderen voor enzymen die het aminozuur tryptofaan synthetiseren. Deze 5 genen worden tot één lange mRNA streng afgelezen. Als tryptofaan al aanwezig is in de cel, zijn deze enzymen niet meer nodig. Deze 5 genen behoren tot één operon, een set van genen die is overgeschreven in één mRNA streng. Binnen de promotor, die het begin van deze genen aangeeft, zit een klein stukje van 15 nucleotides dat herkend wordt door een gene regulatory protein. Wanneer dit eiwit aan de promotor bindt, kan er geen RNA polymerase aan binden en vindt er geen transcriptie plaats. Als deze gene regulatory protein gaat binden met de operator, kunnen deze genen niet meer afgelezen worden.

Dit eiwit, de gene regulatory protein, heet de tryptofaan repressor, en wordt gereguleerd doordat het alleen aan het DNA kan binden, als er meerdere tryptofaan moleculen aan het eiwit zijn gebonden. Wanneer er in een cel dus minder tryptofaan aanwezig is, laat het los van de tryptofaan repressor, waardoor deze loslaat van het DNA. De repressor is altijd aanwezig doordat hij continu langzaam gesynthetiseerd wordt: dit proces heet continue transcriptie en wordt ook wel constitutive gene expression genoemd. De tegenhanger is een activator. Alleen wanneer een activator, meestal in combinatie met een 2^e molecuul, aan een promotor is gebonden, kan RNA polymerase de promotor herkennen en zo wordt transcriptie tot stand gebracht. Een voorbeeld is als volgt: CAP moet eerst aan AMP binden voordat het op de promotor gaat zitten. CAP reageert op het level cAMP in een bacterie, wat zegt dat er geen glucose genoeg aanwezig is.

Een operator kan ook door zowel een activator en een repressor gereguleerd worden. Het lac operon in een E.coli bacterie heeft een gen voor de vertering en import van lactose, na glucose de beste voedingsbron. CAP zet de genen aan die toestaan dat de cel gebruik maakt van lactose, maar dit heeft alleen zin als er lactose is. De lac repressor zorgt ervoor dat dit operon alleen actief is als er ook lactose aanwezig is. Op deze manier voldoet het operon aan 2 voorwaardes. De eerste is afwezigheid van glucose, de tweede is aanwezigheid van lactose.

Er zijn vier belangrijke verschillen tussen prokaryoten en eukaryoten in hun manieren om DNA transcriptie te controleren:

1. Prokaryoten hebben één RNA polymerase enzym, eukaryoten hebben RNA polymerase I,II en III (voor verdere eigenscheppen zie tabel 8-1 op blz 276).

2. Prokaryoten kunnen met enkel RNA polymerase aan DNA transcriptie doen, eukaryoten moeten general transcription factors hebben om het polymerase te ondersteunen.

3. Bij prokaryoten ondersteunen gene regulatory proteins de transcriptie dichtbij het gen wat transcriptie ondergaat, bij eukaryoten kan dit duizenden nucleotiden weg zijn, en heeft zo ontelbaar veel regulatory sequences op het DNA zitten.

4. Bij eukaryoten moet transcriptie plaatsvinden in een verpakte vorm van DNA in nucleosomen en andere verpakte vormen van chromatine structuren, bij prokaryoten is dit niet nodig.

Intra-cellulaire compartimenten en transport

In een cel vinden tegelijkertijd vele verschillende reacties plaats, om deze reacties te controleren heeft de cel twee mechanismen ontwikkeld:

• door verschillende enzymen die een reactie moeten katalyseren in één enkel eiwitcomplex hun werk te laten doen,

• door verschillende metabole processen, en de eiwitten die nodig zijn om die processen uit te voeren, van elkaar te scheiden door ze in te sluiten in verschillende compartimenten omgeven door een membraan.

Opbouw van de cel

In een eukaryote cel zijn er veel verschillende compartimenten omgeven door een membraan, die niet nader gerangschikt lijken te zijn, waar enzymen hun werk kunnen doen zonder last te hebben van reacties in andere compartimenten. Zo’n compartiment noemen we een organel. Elke organel bevat een unieke set van kleine en grote moleculen en heeft een eigen functie.

Celkern (nucleus) is omgeven door de nucleaire envelop, die uit twee membranen bestaat.

Het buitenste membraan raakt het endoplasmatisch reticulum (ER) en hier worden nieuwe membranen gesynthetiseerd. Plaatsen op het ER waar ribosomen liggen noemen we ruw endoplasmatisch reticulum. Ribosomen produceren eiwitten.

Het Golgi apparaat ligt dichtbij de celkern, ontvangt eiwitten en vetten van het ER, verandert ze, en verspreidt ze vervolgens door de cel. De cel kan stoffen opnemen door een proces dat endocytose heet: stoffen die zo worden opgenomen moeten eerst door een serie endosomen. Zo worden moleculen geselecteerd, waarna ze naar lysosomen gaan. Lysosomen bevatten digesterende enzymen. Peroxisomen worden omgeven door 1 membraan en ze zijn klein. Mitochondria en chloroplasten produceren ATP door respectievelijk oxidatieve fosforylering en fotosynthese; beiden worden omgeven door een dubbele membraan. Veel organellen zijn verbonden met het cytoskelet van de cel, en kunnen zich hier ook langs bewegen. Hierbij spelen motor-eiwitten een rol. Alle organellen samen maken ongeveer de helft uit van het totale volume van een cel. Door te centrifugeren kun je een bepaald organel scheiden van de rest.

De organellen hebben zich op verschillende manieren ontwikkeld. Men denkt dat de voorlopers van de eerste eukaryote cellen, simpele micro-organismen waren. Een bacterie is klein, en het plasmamembraan raakt aan een groot deel van de inhoud van de cel, om deze reden is het plasmamembraan voldoende om alle vitale functies van de cel te vervullen. Om als cel te kunnen groeien was er meer membraan oppervlakte nodig. De membranen om de organellen zijn, naar men denkt, ontstaan door invaginatie van het plasmamembraan. Alle membranen en hun inhoud behoren tot het endomembraan-systeem. Men denkt dat mitochondria en chloroplasten anders zijn ontstaan, omdat zij over een eigen genoom beschikken en sommige van hun eigen proteïnen kunnen maken. Men vermoedt dat dit eerst zelfstandige bacteriën waren, opgenomen in een primitieve eukaryote cel; dit verklaart ook het dubbele membraan.

11. Membranen: opbouw en transport

Membraanstructuren

Het plasmamembraan van een cel is de container van een cel: het houdt de inhoud op zijn plaats en voorkomt dat alles zomaar naar buiten stroomt. Het plasmamembraan doet echter veel meer dan dat, want het zorgt ervoor dat er selectief stoffen naar binnen kunnen die de cel in staat stellen te groeien, of stoffen die in de cel gesynthetiseerd worden naar buiten te laten. Dit gebeurt door zeer selectieve pompen aan die aan het plasmamembraan vastzitten. Hier zitten ook sensoren aan vast die ervoor zorgen dat een cel kan reageren op prikkels die van buiten de cel komen. Het membraan is ook in staat om bij celgroei zichzelf te vergroten, zodat de cel daadwerkelijk in staat is te groeien.

Bacteriën hebben alleen een plasmamembraan. In eukaryoten (cellen met een celkern) zijn meerdere organellen te vinden die allemaal membranen bevatten. Hoewel ze veel eigenschappen hetzelfde hebben als het plasmamembraan, zijn het de interne membranen die om de verschillende organellen zitten die de unieke eigenschappen geven aan dit organel. Ook voorkomen ze dat er delen van het organel voortijdig uitgewisseld worden met de rest van de cel. Onafhankelijk van wat voor membraan het is, bestaat het membraan altijd uit een dubbele lipide laag en een aantal eiwitten die het membraan een aantal belangrijke, unieke eigenschappen geven.

Lipiden

De lipiden combineren twee zeer verschillende eigenschappen in één molecuul. Elk lipide heeft een hydrofiele kop en één of twee hydrofobe staarten. Fosfolipiden zijn de lipiden die het meest aangetroffen worden in interne membramen. Fosfatidylcholine heeft choline als hydrofiel hoofd heeft en 2 lange koolwaterstofstaarten als hydrofobe staarten. Moleculen met zowel hydrofiele als hydrofobe eigenschappen worden amfifiel genoemd. Andere membraanlipiden die deze eigenschap hebben, zijn sterolen en glycolipiden. Bij deze moleculen voldoen suikers als gedeelte voor het hydrofiele hoofd.

Hydrofiele moleculen zijn hydrofiel omdat ze een oneven verdeling tussen positieve en negatief geladen atomen hebben en daardoor polair zijn. Hierdoor zijn ze in staat hydrogene verbindingen te vormen met water moleculen. Daarentegen zijn hydrofobe moleculen niet in staat deze bindingen te vormen omdat (vrijwel) al hun moleculen apolair zijn. Wanneer een apolaire structuur aan water wordt toegevoegd, wordt het water gedwongen een soort kooiachtige vorm om het apolaire molecuul aan te nemen. Het aannemen van deze kooiachtige structuur kost energie. Om deze extra hoeveelheid energie tot het minimum te beperken, verkleint de apolaire structuur het contact met water zoveel mogelijk. Om dit te realiseren, vormen alle apolaire deeltjes één grote druppel. Een lipide dubbellaag is blootgesteld aan twee tegengestelde krachten.

Wanneer een amfifiel molecuul in water terecht komt, gaan de hydrofiele hoofden aan de buitenkant staan (in de richting van het water), terwijl de hydrofobe staarten aan de binnenkant komen te staan en vormen zo een dubbele cirkel met alleen maar hydrofiele hoofden aan de buitenkant (en de staarten naar binnen gekeerd). Wanneer een gedeelte van deze zo gevormde cirkel wordt doorbroken, is dit energietechnisch gezien niet voordelig, omdat er hydrofobe gedeeltes aan water worden blootgesteld. Als het een kleine scheur betreft, zal het water naar buiten worden geduwd. Wanneer de scheur te groot is, zal de grote cirkel zich opdelen in kleinere cirkels van dubbele lipiden. Op deze manier wordt een blootstelling aan water heel snel opgelost. De vorm waarbij het voor een lipide dubbellaag het minste energie kost om in water te overleven is een bol te vormen waarbij het binnenste afgesloten is van het buitenste. Op deze manier zien we dus dat de vorm van een membraan volledig te verklaren is door de energie zuinige manier van het vormen van amfifiele moleculen in water.

Hoewel lipiden dus niet aan het membraan kunnen ontsnappen, kunnen ze binnen het membraan wel vrij bewegen, wat een zeer belangrijke eigenschap is, want hierdoor kunnen de cellen bewegen.

Een andere eigenschap is het vermogen om te buigen. Het is heel makkelijk om proeven te doen met de vloeistof met lipide dubbellagen, omdat deze lagen heel makkelijk gevormd kunnen worden door gesynthetiseerde amfifiele moleculen in water te doen. Deze vormen dan gesloten liposomen. Op deze manier is er veel onderzoek verricht naar de bewegingen binnen een lipide dubbellaag. Zo is men er achter gekomen dat het bewegen van een lipidemolecuul van één dubbellaag naar de andere, zogenaamde flip-flop bewegingen, zeer zeldzaam zijn. Het bewegen binnen één dubbellaag komt echter ongelooflijk veel voor en dit gebeurt voornamelijk heel erg snel. Binnen één seconde kan één lipide molecuul een hele membraan van één bacterie rondgaan. Wanneer de temperatuur toeneemt, neemt het aantal van deze bewegingen af. Ook in echte membranen vinden flip-flops nauwelijks plaats, en de bewegingen in één laag vinden wel zeer veel plaats. Ook draaiingen om de eigen as van een staart vinden heel veel en snel plaats.

Fluidity

De fluidity is de gemakkelijkheid waarmee de lipide moleculen binnen één laag van een dubbellaag bewegen. Dit is zeer belangrijk voor bepaalde functies van cellen en moet binnen bepaalde grenzen worden gehouden om goed te kunnen functioneren. Hierbij mag een cel niet te stroef zijn, noch te soepel. De twee belangrijkste eigenschappen die de fluidity bepalen zijn:

• het aantal ongesatureerde bindingen
• de lengte van de koolwaterstof staarten in een amfifiel molecuul

Een kortere lengte van de ketting vermindert de neiging van koolwaterstof staarten om bindingen aan te gaan met andere koolwaterstof staarten, en daardoor geldt dat hoe langer een staart is, hoe stroever hij is. De staarten kunnen een lengte tussen de 14-24 atomen hebben, waarbij tussen de 18-20 het meeste voorkomt. Bij twee koolwaterstof staarten geldt dat meestal één van de twee staarten geen dubbele bindingen heeft, en de ander één of twee en hierdoor een knik in de staart heeft. Bij een dubbele binding zit er niet langer het maximum aantal waterstofbindingen wat er mogelijk aan vast kan zitten, en daardoor is een staart met dubbele bindingen ongesatureerd voor waterstof.

De koolwaterstof staart zonder dubbele bindingen heeft het maximale aantal. Elke dubbele binding zorgt ervoor dat er een knik in de staart ontstaat. Deze knik zorgt ervoor dat het moeilijker wordt om aan deze staarten te binden. Hierdoor zijn lipide membranen met veel ongesatureerde bindingen meer ‘fluid’ dan membranen die gesatureerder zijn.

Membranen hebben de mogelijkheid om hun fluidity aan te passen aan hun omgeving, bijvoorbeeld aan de temperatuur. Bij een hoge temperatuur zullen cellen langere staarten en meer gesatureerde bindingen maken. Op deze manier behoud de cel zijn fluidity optimaal. Bij de bereiding van margarine wordt dit principe gebruikt. Het vet van planten is normaal gesproken vloeibaar bij kamertemperatuur, in tegenstelling tot dierlijk vet. Bij de productie margarine wordt er gebruik gemaakt van deze eigenschappen. Plantaardige vetten zijn bij kamertemperatuur nog vloeibaar, maar door hier veel waterstof aan toe te voegen, raken de koolwaterstof staarten gesatureerder, en als gevolg daarvan minder vloeibaar, waardoor ze vast zijn bij kampertemperatuur. Cholesterol zit tussen 2 lipide moleculen in om het iets stijver te maken en minder doorlaatbaar voor moleculen.

De fluidity is voor veel processen van levensbelang. Het zorgt ervoor dat eiwitten de cel in en uit kunnen diffunderen zonder bindingen aan te gaan met het plasmamembraan. Ook zorgt het ervoor dat interne membramen en plasmamembranen kunnen fuseren. Bovendien zorgt het voor een gelijke verdeling van het membraan bij de celdeling. Zonder al deze eigenschappen zou een cel niet kunnen leven, groeien en zich reproduceren.

Het membraan is asymmetrisch: de binnenkant ziet er anders uit dan de buitenkant. Echter, ook de ene buitenkant verschilt van de andere buitenkant. Er zitten verschillende fosfolipiden en glycolipiden in een verschillende volgorde in het membraan. Deze asymmetrie wordt tijdens de synthese tot stand gebracht. In eukaryoten worden de fosfolipiden gemaakt door het ER aan de kant waar het cytosol zit. Hiervoor gebruiken ze substraten van vetzuren die verkrijgbaar zijn aan die kant van de lipide laag, de cytosolische monolaag, en in deze laag laten ze hun fosfolipiden ook los. Om te voorkomen dat het membraan aan één kant veel groter wordt dan aan de andere, worden door speciale enzymen, flippases, fosfolipiden van de ene monolaag naar de andere getransporteerd. Sommige flippases kunnen maar één soort fosfolipiden transporteren en zo ontstaat een verschil in samenstelling van fosfolipiden tussen verschillende monolagen van de lipide dubbellaag.

In alle eukaryoten worden membranen in het ER gemaakt, vormen dan vesikels en fuseren dan weer tot een membraan. Tijdens dit vesiculaire proces blijft de bepaalde binnenkant van de dubbellaag de binnenste laag en de buitenste laag de buitenste. Dit wordt ofwel de cytosolische kant van een membraan, ofwel de niet-cytosolische kant van een membraan genoemd. Deze lagen hebben verschillende eigenschappen. Alleen de niet-cytosolische kant van een membraan kan glycolipiden bevatten: hier vormen ze een beschermende koolwaterstoflaag die de meeste dierlijke cellen omvat. De suikers voor de glycolipiden worden door het Golgi-systeem gemaakt, waarbij er rekening wordt gehouden met de niet cytosolische kant van het membraan. Aangezien er geen flippases zijn voor deze glycolipiden, blijven ze ook aan de niet cytosolische kant buiten de cel uitsteken.

Er zijn meerdere lipide moleculen met een speciale functie die maar aan één kant van de lipide lagen voorkomen, zoals de inositol fosfolipiden, die een rol spelen in het uitzenden van de celoppervlakte naar de intracellulaire componenten. Deze reageren alleen nadat het signaal is getransporteerd door het plasmamembraan en zitten alleen in de cytosolische helft van de lipide laag.

Membraaneiwitten

De belangrijkste functies in een membraan worden uitgeoefend door de membraaneiwitten. Ze vervoeren niet alleen belangrijke voedingsstoffen en ionen door de lipide dubbellaag, maar doen veel meer. Sommige gaan verbindingen aan met een macromolecuul buiten de cel, sommige functioneren als receptoren en nog anderen werken als enzymen. Bij elk verschillend celtype bevatten de membranen verschillende eiwitten, die goed overeenkomen met hun functie.

Membraaneiwitten kunnen op verschillende manieren aan het membraan zijn verbonden. Veel eiwitten passeren de dubbellaag en steken aan beide kanten uit; hierbij is er een hydrofobe kant in de lipide dubbellaag en een hydrofiele laag hierbuiten. Sommige eiwitten liggen geheel in het cytosol en zijn met een klein stukje eiwit, als α-helix opgevouwen, aan één helft van de dubbellaag verbonden. Anderen liggen geheel buiten de cel en zijn alleen via covalent gebonden lipide groepen verbonden met de lipide laag.

De laatste mogelijkheid is dat de eiwitten geheel buiten het membraan liggen en via andere eiwitten met het membraan verbonden zijn. De eiwitten die met het membraan verbonden zijn, kunnen alleen van het membraan loskomen als het membraan uiteenvalt, deze worden integral membrane proteins genoemd. De andere eiwitten, de peripheral membrane proteins, kunnen makkelijk van het membraan verwijderd worden die ingrijpen op de protein-protein verbindingen, maar de lipide laag intact houden.

Doordat de membraancellen heel dun zijn, is voor de versteviging via een framework van eiwitten met transmembraaneiwitten een heel systeem aangelegd. Zeker de vorm van de cel en de mechanische eigenschappen worden door deze celcortex geregeld. De celcortex van rode bloedcellen is relatief simpel en de structuur ervan is heel duidelijk. Het hoofdeiwit van de cortex is spectrine, een lang, dun touw. Het wordt aan het membraan gebonden via intracellulair gelegen punten die aan transmembraaneiwitten vastzitten. De vorm en stevigheid worden voor een groot gedeelte hierdoor geregeld, bij muizen en mensen waar dit systeem niet goed is, zijn rode bloedcellen niet langer of verminderd bruikbaar voor hun doel (zuurstoftransport). Vrijwel elke cel heeft zo’n cortex, alleen is deze veel ingewikkelder doordat deze naast stevigheid ook actief de vorm en bewegingen regelt.

Suikers

De suikers die aan het plasmamembraan vast zitten, zijn meestal korte suikerketens, de oligosachariden. Deze zitten tevens aan de eiwitten van het plasmamembraan en deze worden dan glycoproteïnen genoemd. Wanneer er een lange keten aan een plasmamembraan eiwit zit, heetten ze een proteoglycans. Al deze suikers steken naar buiten aan de niet cytosolische kant van het membraan en vormen hier een koolwaterstoflaag.  Deze suikers reageren met water om zo een slijmerige laag te vormen die bijvoorbeeld voorkomt dat bloedcellen aan het membraan van de bloedvatwanden blijven plakken, en die witte bloedvaten in staat stelt tussen de cellen door de bloedvatwand te komen en zo in de weefsels te migreren. Ook speelt de koolwaterstoflaag een rol bij de cel-cel herkenning. Eiwitten kunnen elkaar herkennen en zo een binding aangaan, maar sommige eiwitten (lectinen) zijn gespecialiseerd in het herkennen van bepaalde koolwaterstofgroepen en brengen zo een binding tot stand.

Oligosachariden zijn door hun verschillende bindingsvormen enorm divers. De oligosachariden spelen een belangrijke rol in de herkenning van cellen en hun identiteit en functie. Ze spelen een rol bij de herkenning van een eicel door sperma, maar ook bij een ontstekingsreactie. Bij een bacteriële infectie herkennen de bloedvatwandcellen via lectine de oligosachariden van witte bloedcellen (neutrofielen). Ze zorgen voor de aantrekking van meer neutrofielen en stellen ze in staat naar het weefsel te migreren. Doordat het plasmamembraan 2 lagen heeft, zijn de moleculen binnen deze 2 lagen goed in staat zich vrij te bewegen in de ruimte. Binnen het membraan zijn wel gespecialiseerde plekken waar zich bepaalde eiwitten bevinden en het membraan zo lokale functies uitoefent: dit worden membrame domains genoemd.

12. Transport door een membraan heen

Transport door een membraan heen van hydrofiele stoffen gebeurt door middel van ‘membrane transport proteins’. Dit kan gebeuren door carrier eiwitten, die van vorm veranderen en zo kleine moleculen van de ene kant van het membraan naar de andere kant kunnen transporteren. Channel eiwitten zijn hele kleine poriën in het membraan waar kleine moleculen door kunnen diffunderen; de meeste eiwitten laten alleen niet organische ionen door en heten dus ion channels. Door de elektrische lading die ionen hebben, zijn ze in staat hele sterke veranderingen in de cel aan te brengen.

Lading van de cel

In en om de cellen zijn zeer verschillende concentraties van zowel positief geladen ionen (cations) als negatief geladen ionen (anions). Deze verschillen spelen een zeer belangrijke rol in het functioneren van de cel. Om er voor te zorgen dat de cel niet uit elkaar getrokken wordt, moet de totale lading van zowel de cel als de omgeving ongeveer 0 zijn. De ionverdeling wordt deels geregeld door de activiteit van transporteiwitten in het membraan en deels door de permeabiliteit zelf.

Kleine non-polaire en ongeladen polaire moleculen diffunderen wel redelijk goed door een membraan heen, daarentegen diffunderen ionen en geladen moleculen absoluut niet. Voedingsstoffen en andere grote stoffen kunnen dus alleen door middel van actief transport door het membraan heen diffunderen. De transport eiwitten in een membraan zijn ontzettend selectief, ze zijn soms zelfs molecuul-specifiek. Zo zijn er ion channel eiwitten die wel Na⁺ doorlaten maar geen K⁺. Deze kanalen bepalen dus precies wat er wel en niet de cel in kan, en representeren zo hun functie voor een gedeelte. Doordat een eiwit meerdere keren door het membraan gaat, raken de moleculen de hydrofobe binnenlaag van het membraan helemaal niet aan.

Het belangrijkste verschil tussen carrier en channel eiwitten is de manier waarop ze selecteren wat door mag en wat niet. Channel eiwitten laten alles door wat de goede elektrische lading heeft en klein genoeg is. Carrier eiwit hebben hele specifieke bindingsplaatsen waar maar een heel klein aantal moleculen in passen voordat ze deze transporteren. Wanneer transport door het membraan met de concentratie gradiënt mee, dat wil zeggen van een hoge concentratie naar een lage concentratie (downhill), gebeurt, wordt dit passief transport genoemd omdat het geen energie kost. Als het tegen de concentratie gradiënt (uphill) in gebeurt, wordt het actief transport genoemd en kost het energie. Dit gebeurt alleen via bepaalde carrier eiwitten die energie vrij kunnen maken. Voor een mitochondrium geldt bijvoorbeeld dat er een carrier eiwit is voor pyruvaat de cel in en voor ATP de cel uit, en zo geeft het de functie van het organel weer.

Een ander voorbeeld is een pomp die Ca²⁺ uit de cel in het sarcoplasmatisch reticulum, een gespecialiseerd gedeelte van het endoplasmatisch reticulum in een spiercel, pompt. De exacte vorm en precieze functie van een paar carrier eiwitten zijn maar bekend, maar toch kan van de rest een goed beeld gemaakt worden. Een voorbeeld van een carriereiwit is die voor glucose: als de glucose concentratie in het bloed hoog is, zorgt het voor glucose in de cel (onder invloed van insuline), en als de glucose concentratie in het bloed laag is, zorgt het ervoor dat, als glycogeen onder invloed van glucagon is afgebroken tot glucose, glucose het bloed bereikt. Dit gebeurt passief, maar selectief zodat alleen D-glucose, en niet het spiegelbeeld L-glucose, wat niet geschikt is voor glycolyse, wordt getransporteerd.

Bij geladen deeltjes, ionen, spelen meerdere krachten een rol. Het plasmamembraan is, vanwege bepaalde redenen, negatief geladen. Hierdoor spelen en de concentratiegradiënt en de membraanpotentiaal een rol. Deze krachten samen worden de ‘electrochemical gradiënt’ genoemd. Soms werken deze samen, wat bij Na⁺ het geval. Hiervan is de concentratie buiten de cel groter. Aangezien het milieu in de cel iets lager is dan erbuiten en de concentratie van Na⁺ in de cel laag is, zal Na⁺ elke kans pakken om de cel in te komen. Bij K⁺ is dit andersom: de concentratie is groter in de cel, maar de cel is negatiever dan de omgeving. Hierdoor zal er weinig netto beweging zijn van K⁺, ondanks de hoge concentratie. Al dit transport gebeurt passief. Daartegenover zijn er drie vormen van actief transport:

1. De eerste is coupled transport, waarbij de uphill transport substantie, samen met een downhill transport van een andere substantie, door een carrier eiwit door het membraan getransporteerd worden. Hierbij is er dus letterlijk sprake van een gekoppeld transport, vaak in tegengestelde richting.

2. De tweede gebeurt door ATP-driven pumps een deeltje te transporteren, waarbij de energie komt van de hydrolyse van ATP.

3. De laatste komt tot stand door light-driven pumps. Hierbij wordt het deeltje getransporteerd met behulp van de energie van licht.

Omdat er eerst een uphill transport plaats moet vinden, voor er sprake is van downhill transport, zijn deze met elkaar verbonden. Na⁺ wordt eerst via ATP-pompen uit de cel gepompt tegen zijn electrochemical gradient in, maar gaat vervolgens via coupled transport weer de cel in. Bij dit coupled transport komen veel meer ionen de cel in die aan Na⁺ gekoppeld zijn. Deze terugkoppeling is essentieel voor het behouden van concentraties Na⁺ en de gekoppelde stoffen via dit systeem.

Het plasmamembraan is permeabel voor water en water zal stromen van een kant met veel opgeloste deeltjes naar een deel met weinig opgeloste deeltjes om zo de concentratie van de opgeloste deeltjes gelijk te krijgen. Dit proces wordt osmose genoemd, en het verschil in de druk tussen 2 oplossingen wordt de osmotic pressure (osmotische druk) genoemd. Als er geen proces was die dit tegenwerkt, zouden dierlijke cellen hierdoor opzwellen en barsten.

Echter, de vloeistof waarin cellen liggen, zijn ook vol met moleculen, waardoor er een mindere osmotic pressure is. Een belangrijke rol hierin speelt de Na⁺/K⁺ pomp, die Na⁺ uit de cel pompt wat per ongeluk in de cel lekt. Tegelijkertijd, om het membraanpotentiaal te handhaven, zorgt deze pomp er ook voor dat er geen Cl^- in de cel stroomt. Als deze cel zou stoppen met werken, of als er te weinig ATP is om de cel te laten werken, zou er Na⁺ en Cl^- de cel instromen en zo het membraanpotentiaal opheffen en de osmotische balans veranderen, zodat de cel zwelt en openbarst.

Tight junctions zijn verbindingen tussen cellen die communicatie tussen cellen mogelijk maakt, maar er voor zorgen dat water oplosbare moleculen niet tussen deze cellen kunnen lekken. Deze tight junctions worden gevormd door de eiwitten claudins en occludins die horizontale verbindingen maken tussen de cellen.

16. Celcommunicatie

De meest reguliere manier van communicatie tussen cellen door het gehele lichaam gebeurt door middel van hormonen, die door endocriene cellen worden gemaakt en via de bloedstroom bij hun doelcellen komen en daar een reactie op uitoefenen. Een lokale manier van communicatie gebeurt door paracriene signalering: dit zijn stoffen die worden uitgescheiden in de vloeistof rondom de cel en daar een lokale functie uitoefenen. Neuronale communicatie gebeurd door middel van elektrische signalen die het hele neuron af gaan en die zich aan het einde van het neuron omzetten in stoffen die door het neuron worden afgegeven. Deze stoffen heten neurotransmitters en worden vlakbij hun doelcel uitgescheiden. Een vierde manier van communicatie is contactafhankelijke communicatie: dit gebeurt door middel van receptoren die op het plasmamembraan van een cel zitten. Dit is voornamelijk van belang tijdens de embryonale ontwikkeling, omdat het een manier is om aan te geven dat een cel zich in een bepaald type moet specialiseren (differentiatie). Een cel staat bloot aan talloze verschillende signaalmoleculen in de omgeving van de cel. Of een cel hierop kan reageren, hangt af of een cel de juiste receptor voor de stof heeft. Als hij die niet heeft, is er ook geen reactie.

Waarom het zo complex is hoe een cel op een bepaalde stof reageert, is voornamelijk afhankelijk van 2 factoren. De eerste is dat de mogelijkheden hoe een cel kan reageren divers zijn. Een cel kan van vorm veranderen, zijn metabolisme aanpassen, de genexpressie verhogen en beweging kan anders worden. Vanaf het plasmamembraan waar de receptor zich bevindt, gebeurt de communicatie via een aantal andere moleculen tot het doel is bereikt. Dit doel is per cel afhankelijk, zodat verschillende cellen verschillende reacties kunnen geven op dezelfde stof. De tweede moeilijkheid is dat er zoveel verschillende receptoren zijn, honderdduizenden verschillende types. Hierdoor staat een cel bloot aan verschillende gegevens. Soms kan dit functioneren als dat de reactie van één zorgt dat de volgende reactie kan plaatsvinden, of dat één bepaalde reactie versterkt kan worden. Hierdoor is een cel in staat te overleven, of te differentiëren. Doordat er vaak synthese van nieuwe eiwitten bij betrokken is, kan deze cellulaire respons een paar uur duren, maar meestal zijn er maar een paar moleculen, in verschillende volgorde, bij betrokken.

Elke doelwit van een extracellulair signaal, is een receptor eiwit op de cel, de geactiveerde receptor brengt op zijn beurt weer een intracellulair molecuul op gang die ook weer andere moleculen op gang brengt tot het doel is bereikt. Dit doel wordt de respons van de cel genoemd. Deze signaleringscascades in de cel hebben een belangrijke functie:

• Ze zetten het signaal om in een moleculaire vorm die geschikt is voor het doorgeven van het signaal.
• Ze begeleiden het signaal van het punt in de cel waar het is ontvangen naar het punt waar de respons is geproduceerd.
• Vaak versterken deze signaleringscascades ook nog het oorspronkelijke signaal.
• Een signaal kan divergeren en op deze manieren het signaal aan meerdere doelen afgeven, om zo een complexere reactie af te geven.
• Elke afgelegde weg heeft de mogelijkheid onderweg te veranderen door andere signalen van buitenaf.

Extracellulaire messengers

De extracellulaire messengers zijn in te delen in 2 hoofdgroepen:

• de grotere en hydrofiele die niet door het celmembraan heen kunnen diffunderen, dit is de grootste groep;
• de kleine hydrofobe (oftewel lipofiele) die wel door het celmembraan heen kunnen diffunderen.

Van de laatste groep is nitric oxide (NO) de belangrijkste. Dit is met name een paracriene agens. Doordat het namelijk een halfwaarde tijd heeft van 5-10 sec moet het snel reageren. Endotheelcellen in de bloedvatwand laten NO vrij als respons op stimulering door zenuwuiteinden. NO diffundeert naar naburige spiercellen (bijvoorbeeld spiercellen in de bloedvatwand), waar het zorgt voor de relaxatie van de spier. De werking van NO in nitrocglycerine wordt al meer dan 100 jaar gebruikt als medicijn om de hartvaten te laten verwijden bij een hartinfarct. Zenuwcellen gebruiken NO ook om naburige cellen te waarschuwen, bijvoorbeeld bij de erectie van de penis. In een cel bindt NO aan het enzym guanylyl cyclase, wat de formatie van cyclisch GMP van de nucleotide GTP stimuleert. Cyclisch GMP is ook weer een signaal voor een ander molecuul als volgende stap in de signaaltransductie. Viagra grijpt in op de moleculen die de afbraak van cyclisch GMP regelen, vermindert hiermee deze afbraak en verlengt zo de werking van NO. Cyclisch GMP lijkt in zijn structuur en functie veel op cyclisch AMP, wat een grote rol speelt als intracellulair messenger molecule.

Naast NO kunnen ook de steroïde hormonen (cortisol, estradiol, testosteron, thyroxine en andere thyreoide hormonen) door het membraan diffunderen om vervolgens aan de nucleus of intracellulaire receptoren te binden. Hierna gaat het eiwit een vormverandering aan die de activatie of remming van de transcriptie van bepaalde genen regelt. De hormonen binden aan slechts één receptor, en deze receptoren slechts aan bepaalde genen. Steroïde hormonen vervullen een belangrijke functie die te zien is wanneer testosteron niet goed functioneert. Mensen die als man zijn geboren, met een XY chromosoom, maar geen testosteron receptor hebben, zullen zich uiteindelijk als vrouw ontwikkelen doordat testosteron zijn werk niet kan doen.

Tegenover deze hormonen en NO staan de moleculen die met een receptor op het plasmamembraan in reactie gaan. Deze receptoren zijn onder te verdelen in:

• ion-channel coupled receptors
• G-protein-linked receptors
• enzyme-linked receptors

De respons van een ion-channel coupled receptor bestaat uit een stroom van ionen de cel in, die zo de elektrische lading van een cel veranderen. Die van een G-protein-linked receptor bestaat uit de vorming van een membraan-gebonden eiwit dat ergens anders op het plasmamembraan weer meerdere reacties teweeg brengt. Enzyme-linked receptors reageren of zelf als enzym, of synthetiseren een enzym waarbij talloze responsen kunnen ontstaan.

Receptoren

Er zijn meer receptoren dan stoffen die op de receptoren reageren, doordat er voor sommige stoffen meerdere receptoren bestaan die een andere functie uitoefenen. Acetylcholine bijvoorbeeld zorgt in spiercellen voor een verhoogde spiercontractie via ion-channel-linked receptors en in het hart als werkt het via een G-protein-linked receptor en verlaagt het juist de contractiefrequentie. Receptoren zijn ook gevoelig voor lichaamsvreemde stoffen. Heroïne, nicotine en slaappillen zijn stoffen die op de receptor inwerken door hem of te blokkeren of het effect na te bootsen en te versterken. Sommige voedingsstoffen (hete pepers) en veel geneesmiddelen voeren op deze manier hun functie uit. De ion-channel-linked receptors worden voornamelijk gebruikt door het zenuwstelsel om ionen een cel in of uit te pompen en zo de membraanpotentiaal te veranderen: door deze verandering kunnen veel veranderingen plaatsvinden. De aansturing en contractie van spiercellen wordt op deze manier geregeld.

De activatie via G-eiwitten of enzymen gebeurt altijd door het doorgeven van eiwitten (op cyclisch AMP of GMP en Ca²⁺ na). Hierna wordt bijna altijd een inactief eiwit actief om zo een ander intracellulair proces aan te zetten en wordt daarna weer inactief. Dit zijn molecular switches, na elke activatie stap vindt een inactivatie van de vorige stap plaats. Deze eiwitten zijn in 2 groepen in te delen. De grootste groep is die actief of inactief gemaakt wordt door phosphorylation (fosforylering). Hierbij wordt de switch de ene kant op geregeld door een kinase eiwit, wat een phosphate groep aan het switch eiwit toevoegt en de andere kant op wordt het gereguleerd door een phosphatase eiwit, wat de phosphate groep weer van het eiwit af haalt. Het zijn meestal zelf ook protein kinases en ze zijn vaak georganiseerd in phosphorylation cascades, waarbij de phosphorylation van één kinase eiwit zorgt voor de phosphorylation van het volgende kinase eiwit om zo het signaal te versterken en te veranderen tot het bij het doel terechtkomt. De tweede groep is die van cyclisch GTP waarvan de status bepaald wordt door de binding met GTP en GDP. Er zijn grote verschillen in hoe snel cyclisch AMP kan reageren: betreft het een metabolisch verschil bijvoorbeeld via PKA in spiercellen, wat weer enzymen fosforyleert die glycogeen in glucose omzetten, is dit in seconde voor elkaar, maar als PKA moet zorgen voor een verschil in genexpressie, kan dit minuten tot uren duren.

In endocriene cellen in de hypothalamus zorgt PKA voor de vergrote afgifte van somatostatine, een peptide hormoon. In zenuwcellen zorgt meer cyclisch AMP voor een goed lange termijn geheugen.

17. Het cytoskelet

Spiercontractie

Een lange spiervezel is opgebouwd uit grote cellen, opgebouwd uit kleinere cellen. Het cytoplasma bestaat uit myofibrillen, de contractiele elementen van een spier. Een myofibril bestaat weer uit kleinere units, de sarcomeren. Eén sarcomeer bestaat uit dikke myosinefilamenten en dunne actinefilamenten. De actinefilamenten zijn bevestigd aan de Z-disc en zij overlappen de myosinefilamenten. Een contractie ontstaat wanneer de filamenten langs elkaar schuiven door dat een myosine kopje gaat lopen langs een actinefilament, waarbij elke keer een molecuul ATP wordt gehydrolyseerd. Door deze beweging worden bij een spiercontractie de sarcomeren korter, zonder dat de filamenten zelf van lengte veranderen. Elk myosinefilament heeft 300 myosine kopjes, waardoor een myosine kopje wel tot 5 keer per seconde aan actine kan binden. De filamenten kunnen hierdoor zeer snel langs elkaar schuiven waardoor een spier in minder dan een tiende van een seconde volledig kan contraheren. 

Intermediaire filamenten

Intermediaire filamenten hebben als belangrijkste functie de versteviging van de cel en het doorstaan van mechanische stress bij het strekken van de cel. Ze vormen een netwerk van rondom de nucleus tot het plasmamembraan en ze zijn de sterkste en stevigste filamenten van het hele cytoskelet. Ze zitten in bijna alle dierlijke cellen en zitten ook in de nucleus, waar ze de nuclear lamina vormen. Een intermediate filament bestaat uit een N-terminal head en een C-terminal tail met daartussen een α-helix vorm, die met 2 filamenten een coiled-coil dimeer aangaat. Twee van deze dimeren vormen een tetrameer en meerdere tetrameren zorgen uiteindelijk voor de stevige touwen (fig. 17-4). Al deze touwen zijn met elkaar verbonden via noncovalente verbindingen.

De α-helix bindingen van individuele filamenten zijn precies even lang en met dezelfde nucleotide volgorde, zodat ze dezelfde diameter en interne structuur hebben. De kop en staart daarentegen zijn per filament wel anders en gaan andere bindingen aan in het cytoplasma. Intermediate filamenten zijn aanwezig in cellen die onder grote mechanische stress staan, zoals lange zenuwcellen en spiercellen. Intermediate filamenten zijn in vier groepen in te delen.

De keratine filamenten zijn in epitheel cellen te vinden, de vimentin en en vinemtin-related filaments in connective-tissue cells, spiercellen en ondersteunende cellen van het neuronale systeem, de neurofilamenten in zenuwcellen en de nuclear lamins in de kern. Alle filamenten worden gevormd door de polymerisatie van hun overeenkomstige eiwit subunits. De meest diverse van deze filamenten zijn de keratines. Ze verspreiden zich door de cel van de ene kant van de cel naar de andere. Ze komen in vrijwel elk epitheel voor en zijn in elk epitheel weer anders. Ze zitten ook in haar, veren en klauwen. Ze komen samen op bepaalde punten op het plasmamembraan, waar ze in de naburige cellen weer verdergaan. Deze punten worden desmosomen genoemd.

Hun belang wordt duidelijk als we naar de zeldzame erfelijke ziekte epidermolysis bullosa simplex kijken, waarin mutaties in de keratine genen tot uiting komen in de formatie van keratine filamenten in de epidermis. Het gevolg hiervan is dat de huid zeer kwetsbaar is voor mechanisch letsel, en lichte druk al cellen doet scheuren, waarbij blaren op de huid ontstaan. Een belangrijk eiwit waar de intermediaire filamenten mee samenwerken, is plectine, wat de filamenten bindt aan de microtubuli, actine en desmosomen. Zonder plectine ontstaat een levensbedreigende ziekte waarbij onder andere epidermolysis, spierdystrofie en neurodegeneratie is te zien. In de kern vormen de filamenten de nucleaire lamina, die een hele andere vorm heeft dan die in een cel. Het zijn minder goed georganiseerde tetrameren, na celdeling vormt het netwerk zich weer helemaal opnieuw.

De afbraak en wederopbouw van de nucleaire lamina gebeurd door de fosforylering en defosforylering van de lamina door protein kinases. Wanneer de lamina gefosforyleerd zijn, is er een vormverandering die de binding verzwakt en uit elkaar doet vallen. Defosforylering aan het einde van de mitose zorgt dat de lamina zich weer vormen.

Microtubuli

Microtubuli zijn de dikste filamenten van het cytoskelet en spelen een belangrijke rol in alle eukaryoten. Het zijn lange, holle pijpen van eiwit die snel gemaakt en afgebroken kunnen worden. Ze groeien uit een centraal gedeelte in een cel dat het centrosoom heet. Vanuit hier gaan ze naar het celmembraan om zo een systeem te creëren waarlangs vesikels, organellen en andere celcomponenten getransporteerd kunnen worden. Tijdens de mitose worden de microtubuli afgebroken en opgebouwd tot de trekdraden die voor een gelijke verdeling van chromosomen bij de dochtercellen zorgen. Dit wordt de mitotic spindle genoemd. De haar en staartachtige structuren (cilia en flagella) die sommige cellen kunnen hebben, bestaan ook uit microtubuli. De organiserende functie die microtubuli kunnen hebben, hangt voor een groot gedeelte af van hun samenhang met motor proteins.

Microtubuli bestaan uit tubuli moleculen, die op zichzelf bestaan uit een dimeer van α-tubulin en β-tubulin. De tubulin zijn verbonden via noncovalente bindingen en vormen een lange streng, de protofilamenten. Dertien protofilamenten naast elkaar vormen een holle buis. De protofilamenten hebben een structurele polariteit, een richting, met α-tubulin aan de ene kant en β-tubulin aan de andere kant. Hierbij wordt er bij de β-tubulin kant gesproken van een plus kant, en bij de α-tubulin kant van een negatieve kant. De positieve kant groeit sneller dan de negatieve. De polariteit, de richting, zorgt ervoor dat de microtubuli als transportwegen kunnen dienen, zodat de moleculen weten welke richting ze op moeten.

Het centrosoom ligt aan één kant op de nucleus, en bestaat uit honderden ringen, die van γ-tubuline zijn gemaakt, en elke γ-tubuline dient als het begin van een microtubuli. Dit wordt de nucleation site genoemd. De αβ- dimeren binden aan deze nucleation site, op zo’n manier dat de negatieve kant aan de γ-tubulin kant zit, zodat de microtubuli uit de plus kant groeit. In het centrosoom liggen ook de centrioles: structuren die bestaan uit kleine microtubuli die cilinders vormen, maar hun functie is onbekend. Ze lijken wel, of zijn gelijk aan, de basal bodies van waaruit de cilia en flagella groeien. Microtubuli hebben nucleation sites nodig om goed te groeien, anders zou hun concentratie veel hoger moeten zijn om aan de snelheid te kunnen voldoen. In vitro en in hoge concentratie groeien ze wel zonder nucleation site, maar zoals gezegd, vele malen langzamer.

Een microtubuli kan spontaan groeien, dan stoppen en weer krimpen in een paar minuten. De opgebouwde microtubuli kan zelfs helemaal verdwijnen.  Dit wordt dynamic instability genoemd. Elk vrij tubuline molecuul heeft een GTP molecuul aan zich gebonden.

Wanneer de tubuline moleculen in een protofilament zitten, wordt het sterk gebonden GTP omgezet in GDP wat minder sterk gebonden zit met het tubuline. Het gedeelte groeit sneller dan dat het GDP gehydrolyseerd kan worden, waardoor er een kop ontstaat met alleen GTP, en de rest van de microtubuli die uit GDP bestaat. Die kop wordt de GTP cap genoemd.

De microtubuli blijft groeien zolang de GTP cap bestaat, wanneer echter één keer de kop naar GDP is omgezet voor er een nieuw tubuline molecuul aan vast zit, zal de tubuli uit elkaar vallen en dit gebeurt in een zeer hoog tempo. Hierdoor neemt de hoeveelheid vrije tubuline moleculen in het cytosol toe. Deze worden dan weer gehydrolyseerd en kunnen weer opnieuw gebruikt worden. Gemiddeld genomen zal in een cel die niet in deling is, de helft van het tubuline gebruikt worden in een microtubuli en de rest zwerft als vrije moleculen los in het cytosol.

De instabiliteit is cruciaal voor de werking van de microtubuli: dit wordt aan de hand van het middel colcichine goed duidelijk. Colcichine bindt aan de vrije tubuline, waardoor deze geen polymeren meer kunnen vormen. Dit heeft als gevolg dat bij mitose de chromosomen niet meer verdeeld kunnen worden. Hierdoor wordt zichtbaar dat de mitotic spindle wordt gevormd door een continue toevoeging van tubuline, als dit niet plaats kan vinden vervalt de spindle volledig. Taxol heeft het tegenovergestelde effect: het zorgt dat microtubuli kunnen vormen, maar niet uiteen kunnen vallen en ook dit resulteert dat cellen blijven steken in mitose. Doordat de mitose niet doorgevoerd kan worden, sterft de cel. Hierdoor zijn deze antimitotische middelen goed tegen kanker. Vanuit het centrosoom worden constant microtubuli gemaakt en weer afgebroken. Het is echter ook nodig microtubuli stabiel te houden, om hun transportfuncties te vervullen. Dit gebeurt wanneer het uiteinde van de microtubuli met iets anders, bijvoorbeeld het plasmamembraan, verbonden is.

Cellen zijn in staat om de dynamic instability van hun microtubuli voor sommige doeleinden te veranderen. Wanneer cellen in mitose gaan, worden microtubuli dynamischer en switchen vaker tussen groeien en krimpen dan cytoplamatsche microtubuli normaal gesproken doen. Wanneer een cel gedifferentieerd is, verkrijgen de microtubuli meer stabiliteit doordat krimpen onderdrukt wordt door eiwitten die binden aan de uiteinden.

De meeste dierlijke cellen zijn gedifferentieerd en polarized, wat zeggen wil dat één kant van de cel structureel of functioneel anders is dan de andere kant. Zenuwcellen zijn hier een goed voorbeeld van. Microtubuli passen zich hieraan aan door zich in één richting te binden, waarlangs moleculen zich kunnen bewegen.

Moleculen bewegen langs deze microtubuli met een snelheid van bijvoorbeeld 10cm per dag: ze doen er dan alsnog meer dan een week over om bij de axon terminal van een zenuwcel te komen, maar als het door diffusie zou zijn, zou dit jaren in beslag kunnen nemen. Microtubuli werken samen met eiwitten die ze verbinden met andere delen van het cytoskelet, of ze aan het plasmamembraan binden. Ook zorgen motor proteins, dat membraan gebonden organellen zich langs microtubuli kunnen bewegen. Ze leveren energie hiervoor via ATP moleculen.

De motor proteins binden zich aan een microtubulus via een ATP head en een tail waar zich cargo aan kan binden, zoals vesikels of organellen. Deze motor proteins hebben een bepaalde richting: de kinesins bewegen zich in de plus kan van de microtubuli en de dyneinen richting de min kant van de microtubuli.

Microtubuli spelen ook een belangrijke rol bij de positionering en de handhaving van deze plek bij organellen. Het ER zit bijvoorbeeld aan de buitenrand en het Golgi systeem aan de binnenkant van de cel. Wanneer een cel wordt blootgesteld aan de drug colcichine (waarbij de microtubuli krimpen), bijvoorbeeld, zal het ER langzaam naar het midden van de cel teruggaan en het Golgi systeem zal uiteen vallen in vesikels. Door de microtubuli zitten de organellen op de plek waar ze het best functioneren. Ze komen daar via receptoren die aan motor proteins binden, voor het ER de kinesins en voor het Golgi systeem de dyneins.

De cilia die al eerder genoemd zijn, zijn een soort haren van de cellen, omsloten door plasmamembraan, die vloeistoffen die over de cel komen een beweging geven. In het ademhalingsstelsel zitten deze cilia er om slijm naar boven te krijgen, om zo uitgehoest te worden. Ze bestaan uit meerdere stabiele microtubuli, die uit een basal body groeien. Het basal body is de organisatiecentrum voor de cilia. Flagella zijn staarten van cellen die een propellor-achtige beweging maken en zo de cel voortbewegen. Ze lijken veel op de cilia, maar ze zijn vaak langer. Sperma cellen bevatten een flagellum, die regelmatig beweegt en zo een golfslag creëert die het de cel mogelijk maakt door een vloeistof te bewegen. De microtubuli in cilia verschillen iets in die van het cytoplasma. Ze bestaan uit 9 microtubuli in een rondje, met in het midden nog 2 microtubuli. Deze 11 bindingen zijn sterk met elkaar verbonden door eiwitten. Het belangrijkste eiwit, wat voor de beweging en de buiging zorgt, is het motor protein ciliary dinein.

Dit lijkt op cytoplasmatisch dyneine, alleen zit het met het head vast aan de microtubuli en met de staart aan een microtubuli ernaast. Zo zorgt een beweging richting een kant voor een buiging van de microtubuli.

Actine filamenten

Actine filamenten bestaan, net als microtubuli, uit stabiele en onstabiele filamenten. Zonder actine zou een cel niet kunnen delen, niet kunnen bewegen en een spiercel zou niet kunnen samentrekken. Actine kan bijvoorbeeld stevige constructies geven aan de microvilii, de borstelzone van het verteringsstelsel. Actine kan een cel doen samentrekken als een soort spier en ze kunnen tijdelijke structuren vormen die de cel laten kruipen. Ook vormen ze de contractile ring bij celdeling, die de 2 cellen uiteindelijk van elkaar scheidt.

Een actine filament bestaat uit gedraaide aan elkaar gekoppelde actine moleculen, die allemaal dezelfde kant opwijzen langs de as van de ketting. Net zoals een mictrotubuli heeft een actine filament een plus en een min kant. Actine filamenten zijn dunner, flexibeler en korter dan microtubuli. Er zijn echter veel meer filamenten, waardoor hun totale lengte veel groter is dan die van de microtubuli.

Actine filamenten komen nauwelijks geïsoleerd voor in een cel: ze gaan samen om zo sterkere filamenten te vormen. Actine maakt gebruik van ATP in plaats van GTP in microtubuli. Verder werkt het wel hetzelfde. ATP hydrolyseert tot ADP na binding aan het molecuul en vermindert door zwakkere binding de stabiliteit van het filament, waardoor het snel kan krimpen. Net zoals bij microtubuli is het belangrijk dat actine snel op kan bouwen en weer af kan breken. Ook deze binding kan door stoffen worden voorkomen, bijvoorbeeld door een gif wat door een schimmel gemaakt wordt, cytochalasine, wat de polymerisatie van actine voorkomt. Andere stoffen zorgen ervoor dat er geen depolymerisatie kan plaatsvinden, zoals de jasplakinolides, en zorgen al bij een kleine concentratie dat er geen beweging meer te zien is in cellen.

Er zijn veel eiwitten die de eigenschappen van actine beïnvloeden, zoals thymosine en profiline, die aan actine monomeren binden, om te voorkomen dat ze polymeren gaan vormen en houden zo een reserve voorraad actine achter. Actin-bundling proteins binden aan actine filamenten om ze tot parallelle bundels te houden in microvilli.

Er zijn ook eiwitten die de actinefilamten bij elkaar houden in de celcortex, een dun gelachtig laagje onder het plasmamembraan, bijvoorbeeld gelsolin, wat actine in kleinere lengtes knipt en zo de massa vloeibaarder houdt. In combinatie met motor proteins vormen ze het contractiele systeem in spiercellen.

Met name in de cortex zorgt actine voor stevigheid en voor het behoud van de vorm, zoals we al eerder hebben bekeken met de rode bloedcellen. In de meeste cellen werkt het ingewikkelder en complex en zijn er veel meer vormen en herhalingen mogelijk om het allemaal tot een geheel te scheppen.

Het kruipmechanisme van een cel is een ingewikkeld proces doordat het niet door één enkel organel of iets dergelijks wordt geregeld, maar door veel verschillende mechanismen. Grofweg is de kruipbeweging op te delen in 3 delen:

1. De cel duwt protrusions uit zijn “voorkant” (leading edge).

2. Deze protrusions binden aan het oppervlakte waar de cel over kruipt.

3. De rest van de cel trekt zich voort door te trekken aan deze bindingspunten.

De eerste stap, het vooruitduwen van het celoppervlak, wordt gereguleerd door actine polymerisatie. Hier worden lamellipodia uitgescheiden, een compact netwerk van actine filamenten, zo gelegen dat de plus kant richting het plasmamembraan wijst. Veel cellen scheiden ook filopodia uit, zowel in de leading edge als op andere plaatsen in de cel, ook met hun plus kant naar buiten georiënteerd. Deze bestaan uit een bundel van 10-20 actine filamenten. Het zenuwuiteinde van een axon bevat langere filopodia. Het zijn exploratieve, bewegende structuren die heel snel gesynthetiseerd en weer afgebroken worden, die bij het plasmamembraan liggen en dit vooruit duwen, zonder het stuk te trekken. De formatie en groei van actine filamenten aan de leading edge van een cel wordt ondersteund door verscheidene actine bindende eiwitten, die helpen om actine polymeren een het plasmamembraan te binden. Eén categorie van eiwitten, de actin-related proteins ARP’s, zorgen voor de vorming van vertakte actine filamenten. Deze eiwitten vormen een complex dat aan bestaande actine filamenten bindt, waar ze de groei van een nieuw filament regelen, wat in een hoek ten opzichte van het bestaande filament groeit. Dit web groeit aan de voorkant, maar krimpt aan de achterkant en duwt zo de cel vooruit.

Wanneer de lamellipodia en filopodia een plek hebben bereikt die een goede oppervlakte heeft, blijven ze plakken. Transmembraan eiwitten in de plasmamembraan die integrins heten, kleven aan moleculen in de extracellulaire ruimte of aan de oppervlakte van een andere cel waarover de cel kruipt.

Tegelijkertijd, aan de intracellulaire kant van het membraan van de kruipende cel, pakken integrins actine filamenten om zo een robuust anker te vormen voor het systeem van actine wat zich in de kruipende cel bevindt. Om deze verankering te gebruiken om zijn lichaam voort te duwen, maakt de cel nu interne contracties om een trekkende kracht te uiten. Dit is ook afhankelijk van actine, maar ook op een andere manier, door de interactie van actine filamenten met motor proteins die myosins heten. Het is nog niet zeker hoe deze trekkracht wordt geproduceerd, door contractie van bundels actine filamenten in het cytoplasma of door contractie van het actine netwerk in de cel cortex, of misschien allebei.

Alle actine bindende motor proteins horen tot de myosine familie. Ze binden en hydrolyseren ATP, wat voor de bewegingsenergie van actine filamenten van de min naar de plus kant zorgt. Er zijn verschillende types van myosine in de cel, waarvan myosin-I en myosin-II het meeste voorkomen. Myosin-I wordt in elk celtype gevonden, en is makkelijker in zijn structuur en functie.

Myosin-I moleculen hebben een hoofd en een staart. Het hoofd bindt aan actine filamenten en heeft ATP hydrolyse bewegingsactiviteit die hem in staat stelt langs het filament te bewegen door te binden, los te laten en weer opnieuw te binden. De staart van myosin-I verschilt van type tot type en het bepaalt welke celcomponenten mee worden getrokken met de motor. De staart bindt bijvoorbeeld aan een bepaald membraan omsloten vesikel en trekt het door de cel langs actine sporen, of het bindt het plasmamembraan en beweegt het naar de actine filamenten toe, en duwt zo het membraan in een andere vorm.

We hebben nu verschillende functies van actine besproken. Deze verschillende functies kunnen door extracellulaire reacties tot stand worden gebracht. Voor het actine cytoskelet worden zulke structuur veranderingen getriggerd door de activatie van een verscheidenheid aan receptor eiwitten, gelegen in het plasmamembraan. Al deze signalen convergeren in de cel tot een groep van zeer op elkaar lijkende GTP-bindende eiwitten, die de Rho protein family wordt genoemd.

De eiwitten van dit type gedragen zich als moleculaire processen door een cyclus van actief, GTP-gebonden staat en een inactieve, GDP-gebonden staat. In het geval van het cytoskelet zorgt de activatie van verschillende leden van de Rho familie voor de organisatie van actine filamenten op verschillende manieren. Bijvoorbeeld: de activatie van het GTP gebonden eiwit Cdc42 triggert actine polymerisatie en bundeling om filopodia te vormen, terwijl de activatie van Rac GTP-gebonden eiwitten de formatie van sheetlike lamellipodia stimuleert. Deze complexe structurele veranderingen vinden plaats omdat elk van deze moleculaire switches samenwerken met verscheidene doeleiwitten, zoals de kinase eiwitten en de bindingseiwitten die de actine organisatie en hun bewegingen controleren. Activatie van Cdc42 bijvoorbeeld regelt de actine binding aan het ARP complex. Rac heeft deze functie ook, maar promoot ook de hydrolyse aan de plus kanten van de actine filamenten. Dit zorgt ervoor dat er meerdere mogelijkheden zijn om actine aan het plasmamembraan te binden, wat de vorming van grote lammellipodia stimuleert.

Functionele Histologie

1. Waarnemingsmethoden

H1 en H2 geven een overzicht van de technieken om cellen en weefsels microscopisch te bestuderen. De meest gebruikte maten in de microscopie zijn de micrometer (µm) en de nanometer (nm). Zie de volgende tabel:

Weefselvoorbereiding

Organen en weefsel kunnen bijna nooit direct onder de microscoop bekeken worden. De coupes zijn alleen doorgankelijk voor licht indien deze dun genoeg zijn. Alleen uitstrijkjes van cellen of celkweken die een dunne laag vormen, kunnen soms direct onder de microscoop bekeken worden. De weefsels hebben van zichzelf meestal te weinig contrast om direct bekeken te worden onder de lichtmicroscoop en dienen daarom eerst gekleurd te worden. Om dunne coupes te maken, dienen de weefsels eerst gefixeerd te worden in een snijdbaar materiaal. Coupes, die met een microtoom gesneden worden, worden vervolgens gekleurd. Tijdens de bewerkingen kunnen kunstmatige veranderingen optreden, ook wel artefacten genaamd.

Fixatie:

Fixatie:

• stopt het metabolisme van de cel
• legt de moleculaire structuur van de cel vast
• bereidt voor op de volgende behandeling

Fixatie met chemicaliën houdt het crosslinken, denatureren en onwerkzaam maken van enzymen, structurele eiwitten en fosfolipiden in. De voorkeur is fixatie op zeer vers weefsel te doen, omdat anders verval van de weefselstructuur (autolyse) optreedt.

Er worden verschillende fixatieven gebruikt. Er worden verschillende fixatieven gebruikt voor verschillende microscooptechnieken:

• Voor de lichtmicroscoop (LM) wordt vooral Bouin gebruikt. Dit bevat vooral formaldehyde (ook wel Formaline) en princrinezuur. Formaldehyde/Formaline bestaat uit een verzadigde oplossing van formaldehydegas in water, ook wel formol genoemd.
• Fixatieven voor de elektronenmicroscoop (EM) bevatten vaak glutaaraldehyde, waarvan de twee aldehyde groepen de twee -NH² groepen van eiwitten crosslinken, een buffer en een stof om het fixatief isotoon te maken, zodat volumeveranderingen van cellen voorkomen worden. Voor elektronenmicroscopie wordt ook vaak dubbelfixatie toegepast. Hierbij voegt men na de glutaaraldehyde osmiumtetroxide toe. Osmiumtetroxide fixeert en crosslinkt verzadigde banden van vetzuren, waardoor een groot deel van de moleculen, waaruit een cel bestaat, bewaard blijft.

Fixatieven kunnen op twee manieren worden toegepast:

1. Immersie: Een stukje weefsel wordt in het fixatief ondergedompeld
2. Perfusie: Fixatief gaat via de bloedvaten door het orgaan. Deze methode geeft veel betere resultaten door de directe inwerking van het fixatief op de cellen en de extracellulaire componenten en kan dus voor grotere vergrotingen gebruikt worden.

Inbedding:

Om de weefsels goed te kunnen snijden moet het weefsel eerst ingebed worden in een vloeibaar inbedmiddel, dat vervolgens verhardt door afkoeling of polymerisatie. Dit gebeurt in een aantal stappen:

Voor de lichtmicroscoop:

1. Dehydratie in een graduele alcoholserie van 30-100%
2. Toepassing van lipideoplosmiddel, zoals xyleen of chloroform
3. Weefsel wordt met paraffine bij 60 ⁰C geïmpregneerd. Door afkoeling stolt de paraffine
4. Na afkoeling kan het weefsel met een zeer scherp mes in een microtoom worden gesneden van ongeveer 5 µm dik.
5. Coupes worden gesterkt op warm water, gemonteerd op objectglaasjes, gedeparafineerd, gekleurd en onder een dekglaasje ingesloten.

Voor de elektronenmicroscoop:

1. Dehydratie
2. Weefsel overgebracht in een plastic monomeer
3. Chemische polymerisator verhardt het plastic in twee dagen
4. Er wordt een hardere inbedding met epoxyharsen gebruikt, om dunnere plakjes te kunnen snijden.
5. Met een ultramicrotoom met een glazen mes of diamanten mes worden de coupes in plakjes gesneden met een dikte van 50-100 nm.
6. De coupes worden opgevangen op een wateroppervlak dat aansluit op de mesrand.
7. Coupes worden opgevangen door de preparaat drager (klein, metalen roostertje).
8. Coupes worden gecontrasteerd door een druppel met lood- of uranylionen, zodat deze door de trasmissie elektronen microscoop (TEM) bestudeerd kunnen worden.

Kleuring:

Doordat kleurstoffen op selectieve plaatsen in de cel binden, ontstaan kleurverschillen, die met de microscoop waargenomen kunnen worden. Componenten van de cel kunnen op twee manieren aankleuren:

1. Basofiele kleuringen: Dit zijn de zure componenten, die kleuren met basische kleurstoffen. Dit zijn weefselbestanddelen als nucleïnezuren. Voorbeelden van basofielen kleurstoffen zijn hematoxyline en methyleenblauw.
2. Acidofiele of eosinofiele kleuringen: Deze kleuren de basofiele componenten van de cel, zoals de -NH² groepen van eiwitten.

Een veel gebruikte kleuring is de hematoxylineeosine, die de kernen blauw kleurt en het cytoplasma rood. Deze kleuring heeft een lage specificiteit en wordt daarom vooral gebruikt ter histologische oriëntatie en wordt daarnaast gebruik gemaakt van specifiekere kleuringen, die gebaseerd zijn op specifieke chemische reacties.

Lichtmicroscopen

De lichtmicroscoop is de meest gebruikte microscoop. Deze microscoop maakt gebruik van doorvallend wit licht en wordt daarom ook wel helderveld-lichtmicroscoop (bright field LM) genoemd. Een lichtmicroscoop bestaat uit een optisch gedeelte en een fijnmechanisch gedeelte. Het optisch gedeelte bestaat uit drie lenssystemen:

1. condensor: Deze bundelt het doorvallende licht op het preparaat. Samen met het objectief bepaalt deze de lichtsterkte, het oplossend vermogen en de kwaliteit van het beeld. De juiste afstelling van deze twee lenssystemen werd beschreven aan de hand van de regels van de Köhlerse verlichting. Deze zijn dan ook nodig voor een optimaal beeld.
2. Objectief: Dit vormt een tussenbeeld en bepaald de kwaliteit van het beeld met de condensor (zie hierboven)
3. Oculair: Vergroot het tussenbeeld dat gevormd wordt door het objectief en projecteert deze op het netvlies van de waarnemer. Het oog kan ook vervangen worden voor een fotocamera of computer.

De eindvergroting van een lichtmicroscoop is gelijk aan de vergroting van het objectief vermenigvuldigd met die van het oculair. (vergroting objectief x vergroting oculair). De grens licht bij 1.000 x vergroting.

Het oplossend vermogen/de resolutie:

Het oplossend vermogen van een microscoop is gelijk aan de kleinste afstand tussen twee punten die nog net gescheiden waargenomen kunnen worden. Het oplossend vermogen wordt bepaald door het objectief en in mindere mate door de condensor. De beeldkwaliteit wordt bepaald door kleurweergave, transparantie, contrast, de resolutie van de lens en de eigenschappen van het preparaat.

Goede beeldinformatie wordt alleen verkregen indien de vergroting in verhouding is met de resolutie. Wanneer een hogere resolutie niet gepaard gaat met een hoger oplossend vermogen, resulteert dit in een nutteloze vergroting.

Het oplossend vermogen van het objectief kan worden beschreven aan de hand van de volgende formule:

R= K^. λ / NA

R = resolutie/ oplossend vermogen

K = constante

λ = golflengte van het licht

NA = numerieke apertuur

De numerieke apertuur (NA) is een getal dat aangeeft onder welke uiterste hoeken licht opgevangen of uitgestraald kan worden. Dit wordt bepaald door de tophoek van de lichtkegel die door een objectief kan worden opgenomen. Om de Numerieke apertuur te berekenen heeft men de halve openingshoek (helft van de tophoek) van de lichtkegel (µ) nodig en de brekingsindex (N). De formule is als volgt:

NA = N ^. sin µ

Aan de hand van de formule voor de resolutie (R= K^. λ / NA) kan ook beredeneerd worden, wat er nodig is voor een betere resolutie. Zoals uit de formule blijkt kan een verbeterde resolutie verkregen worden door een kleinere golflengte van het licht te gebruiken of met een hogere numerieke apertuur (NA). De grens van de lichtmicroscoop (LM) licht bij een resolutie van 0,25 µm. Dit kan behaald worden met een golflengte van 550 nm en een numerieke apertuur (NA) van 1,4.

De eigenschappen van een objectieflens staan meestal gegraveerd op de zijkant van de lens. Het gaat hier om de volgende eigenschappen:

·        Vergroting (2-100 x)

·        NA (tot 1,40)

·        Tubuslengte (160 mm, 170 mm of ∞)

·        Correctie voor dekglasdikte (0,17 mm)

·        Klasse objectief: Objectieven zijn samengesteld uit combinaties van verschillende glassoorten om te compenseren voor chromatische en sferische aberraties (beeld of lensfouten). Deze hebben verschillende namen, zoals achromaat of apochromaat (met kleurcorrectie) en planapochromaat (voor planiteit correctie (correctie voor oneffenheden in het preparaat))

Fasecontrastmicroscopie:

Fasecontrast microscopie wordt alleen toegepast op ongekleurde preparaten, zoals vers geïsoleerde of gekweekte cellen of vriescoupes van ongefixeerd en ongekleurd weefsel. De fasecontrast-lichtmicroscoop maakt gebruik van kleine faseveranderingen die ontstaan door kleine brekingsverschillen in het preparaat, waardoor amplitude veranderingen (licht/donker) ontstaan.

Levende cellen in kweek kunnen bestudeerd worden met een omkeer (invert) microscoop. Hierbij zijn de condensor en het objectief gewisseld. Hierdoor kan men in de dunne bodem van het kweekvat de cellen bekijken, zonder dat de objectieflens de kweekvloeistof in hoeft te gaan.

Dezelfde coupes kunnen ook bekeken worden met interferentiecontrast. Dit maakt gebruik van de fasevertragingen, die optreden wanneer het licht transparante objecten passeert met een verschillende brekingsindex. Het toepassingsgebied is hetzelfde als bij fasecontrast, maar toch kunnen soms andere dingen gezien worden. Daarom heeft het zin om beide methoden met elkaar te vergelijken, wanneer er gekeken wordt naar een onaangekleurd preparaat.

Polarisatiemicroscopie:

In een polarisatiemicroscoop wordt een polarisatiefilter aangebracht onder de condensor (polarisator) en een tweede tussen het objectief en de oculair (analysator). Waneer weefselcomponenten een periodieke of repititieve rangschikking van atomen, moleculen of supramoleculaire eenheden hebben, hebben deze het vermogen gepolariseerd licht te draaien. Er is dus geen uitdoving meer van het licht tussen de twee polarisatiefilters. Dit wordt ook wel dubbele breking of anisotropie genoemd. Bekende anisotrope structuren zijn spiercellen en collagene vezels in pezen.

Fluorescentiemicroscopie:

Fluorescerende stoffen zetten licht van een kortere golflengte om in licht van een langere golflengte. Het licht van de fluorescentie lichtmicroscoop passeert eerst het excitatiefilter. Dit filter beperkt het excitatielicht tot een bepaalde golflengte. Het excitatielicht gaat door het preparaat. Alleen het excitatielicht dat door de fluorescerende stoffen gaat krijgt een langere golflengte. Het emissielicht, dat wordt uitgezonden door het preparaat, wordt door een sperfilter geleidt. Deze verwijderd de rest van het excitatielicht uit de bundel, waardoor alleen het door de fluorescerende stoffen uitgezonden licht opgevangen wordt en afgebeeld wordt in een zwarte omgeving. Bij voldoende sterk fluorescentielicht kunnen structuren, kleiner dan 0,25 µm worden waargenomen.

Stoffen kunnen natuurlijke (auto)fluorescentie bevatten, zoals vitamine A of aangekleurd worden met fluorescerende probes (aankleuring van antigenen en nucleotiden).

Tijdens de aanstraling met excitatielicht verliest de stof zijn fluorescentie (Photo bleaching). Het kan daarom handig zijn te werken met een digitale camera en eventueel ook een beeldversterker. Zo kan al snel een beeld gevormd worden en kan naderhand met de computer het beeld verder versterkt worden.

Er wordt veel gebruik gemaakt van epifluorescentie (opvallende verlichting). Hierbij passeren de excitatiebundel en de emissiebundel hetzelfde objectief, gescheiden door een halfdoorlaatbare spiegel.

Confocale ‘laser scanning’ microscoop (CLSM):

Bij een fluorescentie microscoop is het emissielicht afkomstig uit het gehele preparaat. Hierdoor kan het beeld wazig worden. In de confocale ‘laser scanning microscoop wordt een scherpe monochrome laserbundel (excitatie) via een spiegelsysteem naar het preparaat gestraald. Deze monochrome laserbundel gaat van linksboven lijn voor lijn het beeld afwerken (als het lezen van een pagina). Alle beeldpunten op deze lijnen zenden fluorescentielicht uit, dat op een gaatje (pinhole) wordt geprojecteerd. Deze pinhole laat uitsluitend licht door van het focusvlak van de objectieflens (het confocale vlak). De hoeveelheid licht die de pinhole passeert wordt gemeten door een fotomultiplierbuis. Dit signaal wordt gedigitaliseerd door de computer, die elk beeldpunt met de juiste intensiteit en kleur weergeeft.

Hiermee kan een beeld verkregen worden met een resolutie van 0,18 µm. Daarnaast kan door beelden te verzamelen van opeenvolgende optische coupes een driedimensionaal beeld gevormd worden door de computer.

Elektronenmicroscopen:

Transmissie-elektronenmicroscoop (TEM):

Het oplossend vermogen van de transmissie-elektronenmicroscoop benadert 0,1 nm. De elektronenbundel kan gefocusseerd worden op een elektromagnetische lens. De bron van de elektronen is meestal een wolfraamdraad, de kathode. Deze gaat elektronen uitzenden, wanneer deze elektrisch wordt verwarmd. De kathode bevindt zich in een vacuüm. Dit is om de elektronen vrij te kunnen laten bewegen. Door een potentiaal verschil tussen de kathode en de anode (meestal 80 kV) worden de elektronen richting de anode versneld. De elektronen komen terecht in de kolom van de transmissie-elektronenmicroscoop. De wand van deze kolom wordt gevormd 5-7 elektromagnetische lenzen, die dezelfde functie hebben als de condensor, het objectief en de projectorlens. Het preparaat wordt net onder het objectief geplaatst. De elektronenbundel, die terecht komt op het preparaat springt uit elkaar. Deze worden donkerder afgebeeld. Als contrastmiddelen kunnen zware metalen worden aangebracht. Preparaten dienen vacuümresistent te zijn en zeer dun (50-100 nm).

Scanning-elektronenmicroscoop (SEM):

In de scanning-elektronenmicroscoop wordt het preparaatoppervlak gescand door een elektronenbundel. Hierdoor worden secundaire elektronen losgeweekt en door een positief geladen detector (+400 V) opgevangen en als signaal doorgegeven. Via een versterker wordt het signaal omgezet in grijswaarden. De scanning-elektronenmicroscoop beeldt het oppervlak af met een maanlandschapeffect en een schijnbaar driedemensionaal beeld. De hoogste vergroting ligt rond de 80.000 x, de resolutie is minder dan 6 nm.

Preparaten die bekeken worden met de scanning-elektronenmicroscoop (SEM) worden eerst bewerkt met een kritisch-punt-droogtoestel. Deze zorgt er voor dat de structuren in het preparaat beter bewaard blijven, dan wanneer de preparaten gedroogd worden aan de lucht. Om structuren zichtbaar te maken, worden de weefsels in de 100%-alcoholfase bevroren en daarna gebroken. Het breukvlak wordt in de scanning-elektronenmicroscoop (SEM) bekeken, nadat het gedroogd is en met een dun laagje goud is bedekt om het geleidend te maken.

Scanning-probe-microscopen (SPM):

Er bestaat een nieuwe generatie microscopen, de scanning probe-microscopen. De volgende types worden onderscheiden:

·        De scanning tunneling microscoop (STM): Meer voor materiaalonderzoek

·        Atomic force microscoop (AFM): vooral interessant voor de biomedische wetenschappen, omdat deze onder water met levende cellen in vitro kan werken. Deze microscoop tast met een zeer fijne naald op het uiteinde van een flexibele dunne siliconen bladveer het preparaat af. De bladveer komt in beweging door piëzo-elektrische kristallen, die zeer nauwkeurig in beweging komen door krachten uit het preparaat (dit kunnen van der Waals krachten, chemische verbindingen, etc. zijn). De krachten uit het preparaat kunnen zorgen voor afstoting (holle doorbuiging) en aantrekking (bolle doorbuiging). De grootte en richting van de verschillende krachten worden gemeten door de reflectie van een laserstraal. Deze informatie wordt verwerkt in de computer en met deze informatie wordt een beeld gevormd met verschillende grijstinten. De resolutie voor geschikte preparaten is onder de 0,1 nm. Voor intacte cellen is de resolutie rond de 25 nm.

·        Scanning near field optical microscoop (SNOM): is nog verder in ontwikkeling

Interpretatie van microscopische beelden

Doordat weefsel vaak eerst op zeer veel verschillende manieren bewerkt worden, voordat deze bekeken kunnen worden onder de microscoop is het niet altijd zeker dat het resultaat overeenkomstig is met de werkelijkheid. Soms ontstaan er artefacten, die reproduceerbaar kunnen zijn. Door de coupe dan met een alternatieve methode te vergelijken, kan een onderscheid gemaakt worden tussen artefacten en werkelijkheid. Het is bijvoorbeeld mogelijk een TEM-beeld te vergelijken met beelden van een vriesbreekpreparaat.

Daarnaast kan een tweedimensionaal beeld, in het geval dit verkregen is door coupes willekeurig in plakjes te snijden, erg vertekenend zijn. Door middel van een computer-beeldverwerking en 3D-reconstructieprogramma’s kan gepoogd worden de serie coupes tot een 3D beeld te maken.

Vriestechnieken

Het is mogelijk zeer snel coupes te maken door deze te maken van bevroren weefsel. Het bevroren water dient dan als inbedmiddel. Dit is niet alleen een zeer snelle techniek, maar ook blijven de oplosbare stoffen als ionen, monomere verbindingen, vetten, enzymen, receptoren, antigenen en adhesiemoleculen bewaard, die bij fixatie juist verloren gaan. Dit is een bekende techniek, waarmee ook vele cellen, weefsels en embryo’s bewaard worden. Door het invriezen kunnen echter ijskristallen ontstaan, die de cellen ernstig kunnen beschadigen. Deze vriesschade kan beperkt worden door de coupes zeer snel in te vriezen of door een cryoprotectant toe te voegen. Hierdoor ontstaat amorf (niet kristallijn) ijs, dat minder schade veroorzaakt. De vriescoupes kunnen bevroren bekeken worden met een cryo-TEM of cryo-SEM, met cryopreparaattafel of ontdooid met een SEM of TEM.

Een andere techniek is kijken naar het breukvlak van cellen of weefsels (vriesbreken). Het breukvlak volgt de contouren van intacte cellen en organellen, waardoor het zeer gedetailleerde informatie kan geven. Het breukvlak kan direct onder de SEM bekeken worden of na een replica (afdruk) gemaakt te hebben, kan deze bekeken worden onder de TEM. Door het bevroren breukvlak bloot te stellen aan vacuüm wordt het oppervlakte reliëf versterkt. Dit wordt vriesetsen genoemd.

Autoradiografie

Bij deze techniek worden radioactieve bronnen gelokaliseerd door middel van fotografische emulsie. Radioactieve isotopen, zoals tritium en jodium-125, worden ingebouwd aan verbindingen, die door de cel worden gebruikt voor synthese van moleculen, die bewaard blijven in de preparatieve procedure. De coupe wordt bedekt met fotografische emulsie, die de radioactieve straling detecteert. De fase waarin de emulsie deze informatie verzameld, heet de belichtingsfase. Deze fase kan enkele dagen tot maanden in beslag nemen. Het latente beeld wordt door fotografische ontwikkeling omgezet in zilverkorrels, boven de plaatsen waar de radioactiviteit zich bevond. Autoradiografie kan zowel uitgevoerd worden op LM- als op EM-preparaten.

Celkweek

Cellen kunnen worden geïsoleerd, gezuiverd en gekweekt worden. In een kweekmedium met de juiste voedingsstoffen en groeifactoren kunnen cellen overleven en soms ook prolifereren. Door celkweken te bekijken kan één celtype bekeken worden onder standaardcondities in vitro (in glas). Op deze wijze kunnen zowel menselijke cellen als tumorcellijnen, stamcellijnen en cellijnen van andere organismes worden bekeken. Celkweken worden gebruikt voor biomedisch onderzoek, biotechnologische productie en transplantatie.

Alle stappen van het celkweken dienen aan de hand van een volledig aseptische techniek te gebeuren, omdat wegens de afwezigheid van het natuurlijke afweersysteem schadelijke organismes vrij spel hebben. Het kweken van cellen bestaat uit:

·        Het isoleren van de juiste cellen: Bloedcellen zijn gemakkelijk te isoleren. Cellen die uit een vastweefsel verband geïsoleerd dienen te worden, zijn lastiger te isoleren. De laatste worden geïsoleerd door middel van enzymen, zoals collagenase en hyaluronidase. Deze verbreken de adhesiemoleculen en celcontacten.

·        Zuivering: celisolatie aan de hand van enzymen levert vaak meerdere celtypen op, waardoor zuivering nodig is.

·        Kweken: Cellen in vitro hechten zich meestal als een enkele laag aan de bodem van het kweekvat of kweekschaaltje. Normaal gesproken vermeerderen de cellen, totdat zij in contact komen met elkaar. Dit is het stadium van confluentie. In dit stadium stop de groei. Deze contactinhibitie kennen kankercellen niet.

5. Bindweefsel

Het bindweefsel of extracellulaire matrix is het ondersteunende weefsel en het weefsel dat weefsels en organen verbindt. Er bestaan verschillende bindweefseltypes. Dit hangt samen met de verhouding van de grondsubstantie, die opgebouwd kan zijn uit verschillende soorten vezels en weefselvloeistof. Been en kraakbeen zijn bijzondere type bindweefsel en zullen in aparte hoofdstukken worden behandeld.

Belangrijkste functies van bindweefsel zijn:

1.     Steunfunctie: Denk hierbij aan bot, kraakbeen, ligamenten en pezen.

2.     Mediumfunctie voor het transport van cellen (afweer) en van stoffen (aanvoer van voedingsstoffen en afvoer van schadelijke stoffen): In het bindweefsel bevinden zich de bloedvaten en lymfevaten, die voor celtransport zorgen.

3.     Beschermende functie tegen de verspreiding van micro-organismen: De opbouw van het bindweefsel voorkomt snelle verspreiding van micro-organismen.

4.     Herstelfunctie na beschadiging

5.     Opslagfunctie: De opbouw van het bindweefsel maakt bijvoorbeeld vetopslag mogelijk.

Bindweefsel is afkomstig van het mesoderm, waaruit het mesenchym (embryonale kiemweefsel) ontwikkelt. De multipotente mesenchymale cellen migreren door het lichaam en vormen de verschillende bindweefseltypes.

Extracellulaire matrix

De extracellulaire matrix bestaat uit:

1.     Grondsubstantie: Deze cellen vormen een ruimtelijk netwerk, waarin cellen hun functie kunnen uitoefenen.

2.     Vezels: zie grondsubstantie

3.     Weefselvloeistof: Een intermediair medium waarlangs voedingsstoffen en afvalstoffen kunnen worden uitgewisseld tussen cellen en bloed- en lymfevaten.

Grondsubstantie:

De grondsubstantie vult de ruimte tussen cellen en vezels. Door de hoge viscositeit belemmert het daarnaast de verspreiding van micro-organismen.

De grondsubstantie bestaat uit:

1.     Proteoglycanen (PG’s):

Proteoglycanen bij binding van glycosamineglycanen (GAG’s) aan een as-eiwit. Er worden twee typen glycosamineglycanen (GAG’s) onderscheiden:

                           i.          Ongesulfateerd/neutraal mucopolysacharide: hyalonzuur

                          ii.          Gesulfateerd/zure mucopolysacharide: chondroïtinesulfaat, dermatansulfaat, heparansulfaat en keratansulfaat. Deze bestaan uit repeterende disacharide-eenheden van uronzuur en hexosamine.

De belangrijkste proteoglycanen bestaan uit een as-eiwit en dermatansulfaat, chondroïtinesulfaat en heparansulfaat. Hyalonzuur kan NIET aan een as-eiwit binden en GEEN proteoglycaan vormen.

Proteoglycanen binden zich aan hyalonzuur of bepaalde types collageen, afhankelijk van hun samenstelling.

Proteoglycanen en glycosamineglycanen zijn sterk hydrofiel. Zij kunnen kationen binden en hebben een mantel van watermoleculen om zich heen. De mantel van watermoleculen kan sterk wisselen en bepaalt daarmee in hoge mate het volume dat wordt opgenomen in het bindweefsel.

2.     Structurele glycoproteïnen:

Dit zijn verbindingen die bestaan uit eiwitten, waaraan vertakte ketens monosachariden verbonden zijn. Deze spelen een rol in:

                           i.          Interactie tussen cellen

                          ii.          Hechting van cellen aan vezels of andere componenten van de extracellulaire matrix.

Verschillende voorbeelden van structurele glycoproteïnen zijn:

·        Fibronectine:

o   Wordt voornamelijk aangemaakt door fibroblasten

o   Kan binden met cellen, collagene vezels en glycosamineglycanen

o   Betrokken bij celadhesie en migratieprocessen. Heeft ook een belangrijke rol in de embryonale fase en speelt mogelijk een rol bij de invasie van kankercellen.

·        Laminine:

o   Speelt een rol bij de hechting van epitheel aan de lamina basalis. Heeft ook een belangrijke rol in de embryonale fase en speelt mogelijk een rol bij de invasie van kankercellen.

·        Chondronectine:

o   Komt vooral voor in kraakbeen

o   Speelt een rol bij de adhesie van chondrocyten aan collageen type II

·        Integrinen:

o   Matrixreceptoren die zich bevinden op de oppervlakte van de cel.

o   Kunnen binden aan glycosamineglycanen, collageen en fibronectine.

o   Door koppeling en ontkoppeling kunnen cellen over het substraat voortbewegen en de omgeving verkennen. Intracellulair zijn ze vooral gebonden aan actine- en keratinefilamenten.

Vezels:

Bindweefsel bestaat voor het grootste gedeelte uit collagene vezels en elastische vezels. Collagene vezels bevatten het eiwit collageen en zorgen voor de stevigheid van het bindweefsel. De elastische weefsels bevatten het eiwit elastine en zorgen voor een zekere elasticiteit van het bindweefsel. De verhouding van de vezels hangt sterk samen met de eigenschappen van het bindweefsel.

Collageen:

Dit is het meest voorkomende eiwit in ons lichaam (30% van het drooggewicht). Collageen wordt geproduceerd door:

·        Fibroblasten

·        Chondroblasten

·        Osteoblasten

·        Gladde spiercellen

·        Cellen van Schwann

Er worden verschillende typen collageen onderscheiden op basis van vorm en functie:

1.     Fibrilvormende collagenen: Deze maken fibrillen (de kleinste bestanddelen van collageen, die samen vezels vormen). Dit zijn collageen type I, II, III, V en XI. Type I is hiervan de meest voorkomende.

2.     Netwerkvormende collagenen: vormen een netwerk dat deel uitmaakt van de lamina basalis. Dit is collageen type IV.

3.     Verankerende collagenen: Vormt fibrillen die collagene vezels hechten aan de lamina basalis. Een voorbeeld hiervan is collageen type VII.

Collageen wordt intracellulair als procollageen opgebouwd uit glycine, proline en lysine. Na uitscheiding wordt het omgezet in tropocollageen, dat bestaat uit drie ketens van polypeptide alfa, die een drievoudige helix vormen. Verschillen in samenstelling van de polypeptideketens kenmerkt de verschillende collageentypen. De tropocollageenmoleculen worden gestapeld tot collagene fibrillen, die een periodieke dwarsstreping vertonen van altijd 64 nm. Deze collagene fibrillen kunnen samengevoegd worden tot collagene vezels, die collagene bundels kunnen vormen.

De biosynthese van collageen type I wordt als model gebruikt voor de vorming van collageen. De biosynthese van collageen type I vindt stapsgewijs plaats:

1.     Polypeptide alfa ketens worden gevormd door ribosomen aan de oppervlakte van het ruw endoplasmatisch reticulum en getransporteerd naar het lumen van het ruw endoplasmatisch reticulum. De ketens bevatten onder andere de aminozuren proline en lysine.

2.     Hydroxylering van proline en lysine vindt plaats wanneer deze zijn ingebouwd en de keten een bepaalde lengte heeft bereikt. Vitamine C vormt hierbij een co-enzym.

3.     Glycosylering van hydroxylysine: Door verschillende collageentypen wordt een wisselende hoeveelheid koolhydraten aan het hydroxylysine.

4.     Aan beide kanten van de alfa-ketens worden zogenaamde registratiepeptiden gebonden. Deze zorgen er waarschijnlijk voor dat de alfa keten op de juiste plaats wordt gebonden in de drievoudige helix en houden het procollageen oplosbaar in het ruw endoplasmatisch reticulum.

5.     Het procollageen wordt uit de celgetransporteerd. Hier worden de registratiepeptiden afgesplitst door procollageenpeptidase. Hierdoor ontstaat het minder hydrofiele tropocollageen, dat collageenfibrillen vormt.

6.     Collageenfibrillen voegen zich samen en vormen zo collageenvezels en meerdere vezels vormen een collageenbundel. Bij deze aggregatie spelen proteoglycanen en glycoproteïnen een belangrijke rol.

Figuur: Functionele Histologie 13^de druk

Herkennen van collageen

Met het blote oog: In fascie en pezen ziet collageen er wit uit, doordat het zeer weinig doorbloed wordt.

Onder de lichtmicroscoop hebben collagene vezels een diameter van 1-20 micrometer en vaak een golvend en kronkelend beloop. Collageen vezels zijn acidofiel en kunnen selectief worden aangekleurd met siriusrood.

Collageen type III kan een ruimtelijk netwerk vormen. Dit komt voor in het beenmerg, in lymfoïde organen (milt, lymfeklieren), lever en endocriene klieren. De vezels worden door interfibrillaire bruggen bijeen gehouden, die door het grote gehalte aan proteoglycanen en glycoproteïnen zwart aankleuren bij aankleuring met zilverzouten.

Elastische vezels:

Elastische vezels bestaan voor het overgrote deel uit het eiwit elastine. Dit is een eiwit dat tot 1,5 keer zijn eigen lengte kan rekken en weer terug kan veren. Elastische vezels dragen dan ook bij aan de veerkracht van de vaatwand. De elastische vezels vormen een netwerk tussen de collagene vezels. De weefsels zijn in sterke mate vervormbaar, omdat de collagene vezels:

1. Een golvend verloop hebben
2. Ten opzichte van elkaar kunnen verschuiven, omdat ze niet door vertakkingen met elkaar verbonden zijn
3. Samendrukbaar zijn

Een netwerk van elastische vezels ontwikkelt zich in drie fases:

1. Oxytalanvezels worden gevormd uit bundels van microfibrillen, die onder andere uit fibrilline bestaan
2. Elastine depositie tussen de oxytalanvezels, waardoor elauninevezels ontstaan.
3. Verdere ophoping elastine in het centrum van de elauninevezels, waarbij zij omringd blijven door een dunne laag microfibrillen. Deze elastische vezels vormen het belangrijkste onderdeel van het netwerk.

Pro-elastine wordt uitgescheiden door fibroblasten en gladde spiercellen in de wand van bloedvaten. Pro-elastine polymeriseert tot elastine. Elastine is resistent tegen de meeste enzyman, maar kan afgebroken worden door elastase. De samenstelling van elastine lijkt op die van collageen, maar elastine bevat twee bijzondere aminozuren: desmosine en isodemosine.

Weefselvloeistof:

Het laatste bestanddeel van bindweefsel is weefselvloeistof of interstitiële vloeistof. De weefselvloeistof bevat ionen en oplosbare stoffen (in samenstelling vergelijkbaar met het bloedplasma) en een geringe hoeveelheid plasma-eiwitten. De weefselvloeistof is voor het overgrote deel gebonden, voornamelijk aan de proteoglycanen, waardoor de hoeveelheid vrije vloeistof gering is.

Er vindt tussen het weefsel en het bloed uitwisseling plaats van stoffen. Normaliter gaat aan de arteriële zijde water met opgeloste stoffen uit het bloed naar de weefsels. Dit heeft te maken met het drukverschil. De hydro-statische druk is hier groter dan de colloïdosmotische druk (druk die wordt veroorzaakt door plasma-eiwitten). De hydrostatische druk wordt kleiner naarmate het bloed de veneuze zijde nadert. Daarnaast wordt ook de colloïdosmotische druk hoger doordat water uittreedt. Op een gegeven moment overstijgt de colloïdosmotische druk de hydrostatische druk, waardoor water uit het weefsel weer opgenomen wordt in de bloedbaan. De hoeveelheid vocht die weer opgenomen wordt in het bloed is echter kleiner dan de hoeveelheid vocht die is afgestaan aan de weefsels. Door de geringe eiwitlek is een deel van het vocht gebonden en blijft zo achter in de weefsels. Dit deel dat achterblijft wordt afgevoerd door de lymfevaten. Langs deze weg kunnen ook de eiwitten afgevoerd worden, waardoor de drukverschillen tussen weefsel en bloed blijven bestaan.

Bindweefselcellen:

Bindweefselcellen kunnen worden ingedeeld in permanent aanwezige cellen en tijdelijk aanwezige cellen. Vaste cellen zijn:

• Fibroblasten
• Vetcellen: kunnen individueel voorkomen of in groepjes
• Mestcellen
• Pericyten
• Weefsel macrofagen: Zoals bijvoorbeeld Kupffercellen. Deze worden niet altijd tot de vaste populatie cellen gerekend.

De zogenaamde vrije cellen zijn cellen, die onder bepaalde omstandigheden het weefsel betreden. Dit zijn componenten van het immuunsysteem, die een korte levensspan hebben. Zij moeten dan ook constant vervangen worden door stamcellen in het beenmerg. Tot deze cellen behoren de:

• Plasmacellen
• Lymfocyten
• Neutrofiele granulocyten
• Eosinofiele granulocyten
• Basofiele granulocyten
• Monocyten
• Sommige macrofagen

 
Vaste cellen:

Fibroblasten:

Meest voorkomende vaste cel in bindweefsel. Ze produceren grondsubstantie (glycosaminoglycanen, proteoglycanen en glycoproteïnen) en collagene, reticulaire (collageen type III) en elastische vezels. Er komen actieve en minder actieve cellen voor. De actieve worden fibroblasten genoemd en de niet actieve worden fibrocyten genoemd.

Onder de microscoop zijn er enkele verschillen te zien tussen de fibroblasten en de fibrocyten:

Bij stimulatie van de fibrocyt zal deze weer de vorm van een fibroblast aannemen.

Fibroblasten in volwassen weefsel delen zelden, maar na beschadiging van weefsel kunnen fibroblasten gaan delen. De fibroblasten maken dan meer actine en myosinefilamenten aan, waardoor zij de eigenschappen van gladde spiercellen aannemen en kunnen contraheren. Dan noemen we ze myofibroblasten. Myofibroblasten zijn van belang bij het sluiten van de wond: de wondcontractie.

Mestcellen:

Mestcellen zijn ovale tot ronde cellen, 20-30 micrometer groot. Het cytoplasma is rijkelijk gevuld met basofiele granula. Het ruw endoplasmatisch reticulum is matig ontwikkeld. Het Golgi-complex is vrij omvangrijk.

De mestcellen worden, als enige vaste cellen, aangemaakt in het beenmerg. Mestcellen komen vooral voor in de dermis (rond bloedvaten), het darmkanaal en de luchtwegen. Mestcellen kunnen zichtbaar gemaakt worden door een metachromatische kleuring.

Mestcellen zorgen voor de vorming, opslag en afgifte van mediatoren, die een rol spelen bij ontstekings- en overgevoeligheidsreacties. Granula bevatten:

• Heparine: Gaat bloedstolling tegen
• Histamine: vaatverwijder
• Neutrale proteasen
• Eosinofiele chemotactische factor (ECF): trekt eosinofiele granulocyten aan
• Neutrofiel chemotactische factor (NCF): trekt neutrofiele granulocyten aan
• Leukotriënen: vaatverwijder. Deze worden direct na stimulatie uitgescheiden en niet opgeslagen in de cel.

Aan de oppervlakte van mestcellen bevinden zich receptoren voor immunoglobine E (IgE), die aanzetten tot exocytose van granula wanneer een antigeen aan de receptor bindt. De mediatoren die vrij komen zorgen voor een allergische reactie. Dit wordt de overgevoeligheidsreactie van het directe type genoemd, omdat deze plaatsvindt direct na het indringen van het antigeen.

Mestcellen vertonen grote overeenkomsten met de kleinere basofiele granulocyten, maar deze zijn afkomstig van een andere stamcel.

 Pericyten:

Pericyten omgeven ten dele de endotheliale cellen van capillairen en kleine venulen. Zij zijn omsloten en opgenomen in de lamina basalis van de endotheelcellen. Qua eigenschappen lijken deze cellen op gladde spiercellen en endotheelcellen.

 Vrije cellen:

Macrofagen:

Macrofagen zijn fagocyterende cellen, die onhebbelijkheden die het lichaam zijn binnen gedrongen ‘opeten’. Er bestaat twee soorten macrofagen:

1. De monocyt afgeleide macrofagen: De meeste macrofagen ontstaan uit monocyten, die worden aangemaakt in het beenmerg. Na een specifiek signaal worden de circulerende monocyten opgenomen in het weefsel en daar differentiëren ze zich tot macrofagen. Dit wordt het mononucleaire-fagocytensysteem (MPS) genoemd. De levensduur van deze macrofagen is ongeveer 2 maanden.
2. Residente of weefselmacrofagen: Dit zijn macrofagen die ter plekke kunnen delen, zoals de Kupffercellen in de lever en macrofagen in longen, milt en beenmerg. Deze worden het retico-endotheliale systeem genoemd (RES). Deze macrofagen kunnen jaren op dezelfde plek blijven liggen en overleven.

Macrofagen zijn gemiddeld 10-30 micrometer. Ze bevatten een ovale tot niervormige kern, die vaak excentrisch is gelegen. Het celoppervlak bevat talrijke uitstulpingen wegens de sterke endocytotische capaciteit. De cel bevat veel lysosomen, zodat het goed gefagocyteerde dingen kan verteren, met behulp van hydrolytische enzymen. Macrofagen hebben een goed ontwikkeld ruw endoplasmatisch reticulum en Golgi-systeem.

Wanneer er een grote hoeveelheid verteerd moet worden of iets moeilijk te verteren is, kunnen macrofagen fuseren tot veelkernige reuscellen. Daarnaast kunnen zij om ontstekingshaarden heen dicht aaneengesloten gaan liggen en zo grote epitheloïde cellen vormen.

De belangrijkste functie van macrofagen zijn:

1. Opname deeltjes en vertering hiervan:

De macrofagen fagocyteren de deeltjes door ze te omgeven met cytoplasmatische uitsteeksels. Op deze manier wordt een fagosoom gevormd in het cytoplasma van de cel. Deze fagosoom fuseert met een lysosoom, waardoor de lysosomale enzymen de inhoud kunnen verteren.

2. Presentatie antigeen aan cellen van het immuunsysteem
3. Uitscheiding mediatoren die een rol spelen bij afweer en weefselherstel:

Macrofagen verdedigen tegen schadelijke organismes van buitenaf en vormen een deel van de afweer tegen kankercellen. Zij produceren mediatoren zoals interleukinen, interferon, prostaglandinen, leukotriënen, tumornecrosefactor (TNF) en elementen van het complementsysteem.

Wanneer de macrofagen gestimuleerd worden neemt de fagocyterende en lysosomale activiteit sterk toe en worden in verhoogde mate mediatoren uitgescheiden.

Plasmacellen:

Plasmacellen zijn middelgrote, ovale cellen, met een sterk ontwikkeld ruw endoplasmatisch reticulum (RER). De kern van de plasmacel is rond en kenmerkt zich door een specifiek patroon van heterochromatine. Normalerwijs komen plasmacellen in geringe mate in het bindweefsel voor, maar in geval van infectie kunnen deze aantallen zeer stijgen. Zij ontstaan uit B-lymfocyten, die gestimuleerd zijn door een antigeen. Deze antigenen worden aan de B-lymfocyt gepresenteerd door antigeen presenterende cellen, waarvan de meest bekende de dendritische cellen zijn. De B-lymfocyten differentiëren zich tot plasmacellen, die specifieke antilichamen aanmaken. Deze antilichamen reageren alleen met het antigeen, waartegen zij zijn aangemaakt. Het doel van de antigeen-antilichaamreactie is de schadelijke effecten van het antigeen voorkomen.

Leukocyten:

Leukocyten of witte bloedlichaampjes bestaan voornamelijk uit lymfocyten en granulocyten. Er worden twee soorten lymfocyten onderscheiden (B- en T-lymfocyten) en drie type granulocyten. De neutrofiele granulocyten komen het meest voor. De eosinofiele granulocyten komen al een stuk minder voor, maar de basofiele granulocyten zijn het meest zeldzaam. De leukocyten migreren door de wanden van capillairen en venulen door middel van diapedese. Hierbij worden door binding aan bepaalde receptoren de stroming van de witte bloedcellen vertraagd en worden de cellen na specifieke binding opgenomen door de vaatwand naar het bindweefsel. Het aantal leukocyten in het bindweefsel neemt sterk toe bij infectie. De lymfocyten zijn de enige cellen die terug keren naar de bloedbaan. Deze circuleren continu door het bloed, de lymfe, het bindweefsel en de lymfatische organen.

Bindweefseltypen

Bindweefsel kan opgedeeld worden in twee typen:

1. Losmazig bindweefsel
2. Straf (dicht) bindweefsel

Losmazig Bindweefsel:

Losmazig bindweefsel komt meer voor dan straf bindweefsel. Het vult de ruimtes tussen spiervezels en fasciebladen, ondersteunt epitheel en klierweefsel, omgeeft bloed en lymfevaten en is het gemakkelijk vervormbare onderhuidse bindweefsel.

Het wordt gekarakteriseerd door:

• Grote hoeveelheid grondsubstantie en weefselvloeistof
• Vele cellen
• Licht doorvlochten met vezels
• Meest voorkomende cellen zijn fibroblasten en macrofagen

Het is teer weefsel, dat gemakkelijk vervormbaar is en het biedt slechts geringe weerstand tegen trekkrachten. Het is door de samenstelling en de sterke vascularisatie een zeer reactief weefsel, waarin processen die samenhangen met de bloedvaten zich afspelen, zoals oedeemvorming, ontstekings- en overgevoeligheidsreacties.

Straf Bindweefsel:

Straf bindweefsel bevat voor het overgrote deel dezelfde componenten als losmazig bindweefsel, maar het collageen van dit weefsel is sterk vertegenwoordigd. Het weefsel bevat veel minder vrije cellen en het weefsel is minder vervormbaar en veel trekvaster. Er worden twee typen onderscheiden:

1. Ongeordend dicht bindweefsel:

De vrij dikke bundels van collageen liggen in alle richtingen door elkaar. De trekkracht in alle richtingen wordt weerstaan. Men vindt dit weefsel in de dermis van de huid en bindweefsel kapsels rond de milt, lymfeklieren en zenuwganglia.

2. Geordend dicht bindweefsel:

De collageen bundels liggen gerangschikt in twee hoofdrichtingen. De trekkracht wordt dan ook in deze twee richtingen weerstaan. Men vindt dit weefsel in pezen, fasciebladen en kapsels.

Naast losmazig bindweefsel en strafbindweefsel bestaan nog enkele zeldzame vormen bindweefsel:

Elastisch bindweefsel:

Elastisch bindweefsel zonder collageen komt eigenlijk niet voor. Het weefsel bestaat uit bundels elastische vezels, enkele fibrocyten en bezels ligt losmazig bindweefsel. Door de grote dichtheid van elastische vezels is het weefsel geel van kleur en heeft een grote elasticiteit. Dit weefsel komt voor in het gele ligament van de wervelkolom (ligamenta flava) en het ligamentum suspensorium van penis. In sommige soorten bindweefsel is het aandeel van elastine groot, zoals in de dermis. De hoeveelheid elastine neemt af met de leeftijd.

Reticulair bindweefsel:

Dit is een bijzondere variant van losmazig bindweefsel. Het vormt het steunweefsel in het beenmerg en de lymfoïde organen. Het bevat reticulumcellen (fibroblasten die collageen type III synthetiseren). Tussen de cellen in liggen lymfocyten, fagocyten en homopoëtische cellen, die een beschermende functie hebben.

Mucoïd bindweefsel:

Mucoïd bindweefsel bevat een grote hoeveelheid grondvloeistof, die hoofdzakelijk bestaat uit hyaluronzuur en fibroblasten, die een geringe hoeveelheid collagene en elastische vezels aanmaken. Het is een geleiachtig weefsel dat de basis vormt voor de navelstreng, waar het aangeduid wordt als de gelei van Wharton.

Histofysiologie

Het bindweefsel heeft verschillende functies, zoals:

• Steun
• Opslag
• Afweer
• Herstel
• Transport van stoffen en cellen

Steun:

De steunfunctie van bindweefsel is zeer helder. De steunfunctie wordt hoofdzakelijk uitgevoerd door collageen weefsel, terwijl de grondsubstantie en de vezels vooral een barrière vormen tegen de verspreiding van micro-organismen. Collagene vezels vormen pezen, aponeurosen, kapsels, trabekels, stroma van de organen en de hersenvliezen en meninges.