Histologie & waarnemingsmethoden (1)

Inleiding

Dit hoofdstuk geeft 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.

Histochemie en cytochemie

Immunohistochemie (-cytochemie) is een methode waarbij antigenen in cellen en weefsels worden opgespoord door gebruik te maken van antilichamen. Om de antilichamen gekoppeld aan een antilichaam te onderzoeken, moet je eerst de antilichamen labelen met merkstoffen of labels. Vervolgens kun je zien tegen welk epitoop het antilichaam gericht is en waar dit gelegen is. Er bestaan 3 methoden om antilichamen te labelen:

• Koppeling van het antilichaam aan een fluorescerende verbinding

• Koppeling aan een enzym, vaak wordt peroxidase gebruikt, omdat dit enzym makkelijk aan te tonen is

• Proteïne-A-goudmethode, waarbij colloidaal goud aan het Fc-gebied van een immunoglobulinemolecuul bindt. Hierbij kun je meerdere antigenen aantonen door verschillende grootte colloidaal goud te gebruiken gericht tegen verschillende antigenen.

Voor de lokalisatie van een bepaald macromolecuul bestaan 2 methoden. Bij de directe methode gebruik je een eiwit, waarna je verschillende antilichamen onder de microscoop moet zuiveren. De gezuiverde antilichamen kunnen gelabeld worden. In de uiteindelijke immunocytochemische reactie kun je de antilichamen op de verschillende epitopen onder de microscoop bestuderen. De andere methode noem je de indirecte methode. Hierbij worden na de directe methode antilichamen tegen het immunoglobuline van een derde diersoort ingespoten en deze worden ook gezuiverd en gelabeld. Je hebt hierbij dus een eiwit en twee verschillende immunoglobulines. Vervolgens wordt dit onder de microscoop gebracht en krijg je een groot immuuncomplex, dit is dan ook het nadeel aan deze methode. Het grote voordeel is een grote hoeveelheid gelabelde antilichamen en een hoge gevoeligheid.

Histologie van het vetweefsel (6)

Inleiding

Vetcellen worden adipocyten genoemd en zijn te vinden in bindweefsel. Vrouwen hebben 20-25% vet ten opzichte van hun gewicht, mannen 15-20%. De taken van vet zijn energieopslag, de productie hormonen, isolatie (warmte-isolatie), steun (voetzool en handpalm, organen op hun plek houden).

Er zijn twee typen vetweefsel:

1. univacuolair (wit vetweefsel)

2. plurivacuolair (bruinvetweefsel)

Univacuolair vetweefsel

Univacuolair vetweefsel is wit of geel van kleur. De carotenoïden veroorzaken gele kleur. Bij jongere kinderen is het univacuolair vetweefsel verspreid over het hele lichaam. Bij het ouder worden ontstaan er ophopingen. Deze herverdeling ontstaat onder invloed van de geslacht- en bijnierschorshormonen.

Histologie

De univacuolaire vetcellen zijn rond als ze solitair voorkomen en veelhoekig als ze in vetweefsel voorkomen. Het vet kan door alcohol en door xyleen opgelost worden in histologische coupes. In zo een coupe ziet een vetcel eruit als een lege vacuole die een zegelring genoemd wordt. Vetweefsel is verend en elastisch door een netwerk van collageen en de lamina basalis. Vetweefsel wordt verdeeld door bindweefsel. In deze bindweefselschotten lopen zenuwen en bloedvaten.

Histogenese

Vetcellen ontstaan uit een mesenchymale voorlopercel, de lipoblast. Verschillende vetdruppels in het cytoplasma van de lipoblast fuseren tot één grote vetdruppel. De toename in vetcellen neemt toe na geboorte en voor pubertijd.

Histofysiologie

De lipiden in een vetcel zijn triglyceriden. De vetten zijn afkomstig van de voeding, uit de lever en uit de vetcellen zelf. Chylomicronen zijn deeltjes die gevormd worden in de darm, vervolgens vervoerd worden via de bloedbaan. Ze bevatten triglyceriden en cholesterolesters. Verder bevatten ze ook apolipoproteïnen. VLDL (very-low-density-lipoproteïnen) zijn deeltjes met apolipoproteïnen. Ze bevatten meer cholesterol dan chylomicronen. Chylomicronen en VLDL worden gehydrolyseerd door lipoproteïnelipase. De vrijgekomen deeltjes worden opgenomen in de lever en vetcellen.

Vetzuur transport begint met het celmembraan van de endotheelcel, waar de vetzuren via de lamina basalis in het bindweefsel terecht komen. Vanuit het bindweefsel gaan ze door de lamina basalis en het celmembraan van de adipocyt, de adipocyt in. De mobilisatie van vetzuren vindt plaats door hormonale (leptine, groeihormoon, ACTH, insuline, prolactine, glucocorticosteroïd) of neuronale prikkels. Noradrenaline stimuleert het enzym lipase dat de afbraak van triglyceriden katalyseert. Leptine is een hormoon dat de eetlust remt en het metabolisme bevordert. Dit hormoon wordt door het vetweefsel zelf gemaakt.

Plurivacuolair vetweefsel

Plurivacuolair vetweefsel is bruin van kleur door de aanwezige cytochromen. Dit vetweefsel komt weinig voor bij volwassenen, het komt voornamelijk voor in baby’s. De functie is warmteproductie.

Histologie

Een plurivacuolaire vetcel is veel hoekig, bevat veel mitochondriën en ligt vlak langs de bloedvaten.

Histogenese

Plurivacuolaire vetcellen ontstaan uit een mesenchymale voorlopercel die langs bloedvaten liggen. Daarna vormen ze vet.

Histofysiologie

Noradrenaline activeert lipase. Dit zorgt voor de hydrolyse van trygliceriden. Er is geen ATP synthese, slechts warmte productie, waardoor het bloed verwarmt wordt en de baby opgewarmd wordt. Obesitas is vetzucht. Er is hypertrofische obesitas, waarbij er een opstapeling van vet in de univacuolaire cel ontstaat. Er is ook hypercellulaire obesitas, waarbij het aantal cellen toeneemt. Obesitas is een risicofactor voor cardiovasculaire ziekten. Liposuctie is niet een oplossing voor langere termijn, omdat er hierna weer nieuw vetcellen ontwikkelen.

Wat is de histologie van het kraakbeen? - Chapter 7

Inleiding

Kraakbeen is een speciaal soort bindweefsel dat weerstand biedt tegen druk, met name door middel van de extracellulaire matrix. De functies van kraakbeen zijn ondersteuning van weke delen, botten verbinden, groei van pijnbeenderen en een glijvlak vormen tussen gewrichten. Kraakbeen bevat chondrocyten en lacunae. Kraakbeen matrix bestaat uit: hyaluronzuur, collageen, proteoglycanen, glycoproteïnen en soms elastine. De veerkrachtigheid van kraakbeen komt door de binding tussen collageenvezels en GAG-ketens, het vasthouden van water door negatieve GAG-ketens en de buigzame en verschuifbare collageenvezels.

Er zijn 3 typen kraakbeen:

1. hyalien kraakbeen (vooral collageen type II)

2. elastisch kraakbeen (veel elastische vezels en collageen type II)

3. vezelig kraakbeen (collageen type I)

Plaatsen met die grote weerstand moeten bieden bevatten meer collageen, buigzamere plaatsen bevatten meer elastine. Kraakbeen wordt gevoed door omliggend weefsel, waarbij het weefselvloeistof wordt gebruikt als medium. Kraakbeen bevat geen lymfevaten, zenuwen of bloedvaten en heeft een trage stofwisseling. Perichondrium is ook een soort bindweefsel. Dit ligt om kraakbeen heen, maar nooit op gewrichtsvlakken.. Perichondrium is belangrijk voor de groei en het behoud van kraakbeen. Het bevat collageen type I en fibroblasten. De fibroblasten kunnen differentiëren tot een chondroblast of een chondrocyt. Het bevat bloedvaten die het kraakbeen voeden.

Hyalien kraakbeen

Hyalien kraakbeen is veel voorkomend (trachea, ribben, gewrichtskraakbeen). Het heeft een blauwachtige witte kleur. Het vormt het embryonale skelet dat later vervangen wordt door bot. Het is essentieel voor de lengtegroei, omdat het de epifysaire schijf vormt. Kraakbeenmatrix ligt om de chondrocyten heen. Het heet territoriale matrix indien het in de omgeving van een chondrocyt ligt. Het bestaat uit collageen type II (40%), proteoglycanen en glycoproteïnen. Hyaluronzuur is niet covalent verbonden aan groot aantal proteoglycanen. Chondronectine hecht zich aan GAG’s en collageen type II. Meer chondrocyten hechten zich aan de matrix. Kraakbeen is een shockbreker (gewrichtskraakbeen) door het hoge water gehalte. Gewrichtskraakbeen wordt gevoed door de diffusie van zuurstof en andere voedingsstoffen die afkomstig zijn vanuit de synoviale vloeistof.

Chondrocyten

Chondrocyten hebben een afgeplatte en elliptische vorm aan de buitenkant en zijn bolvormig aan de binnenzijde. Ze komen voor in chondronen. Dit zijn isogene groepen van een aantal chondrocyten. Chondrocyten synthetiseren collageen, proteoglycanen, hyaluronzuur en chondronectine.

Histofysiologie

Kraakbeen bevat geen bloedvaten. De energieproductie vindt met name plaats door anaerobe glycolyse. Voedingsstoffen bereiken kraakbeen door diffusie via water. Synthese van GAG’s wordt beïnvloed door hormonen. De synthese wordt bevorderd door GH, thyroxine en testosteron en vertraagt door cortison, hydrocortison en oestradiol. Somatotropine is een hypofysehormoon. Het beïnvloedt kraakbeengroei. De lever zet het om in somatomedine, dat deling van de kraakbeencel bevordert.

Histogenese

Kraakbeen ontstaat uit mesenchym. Eerst vormen zich ophopingen van cellen, waarna ze uit elkaar groeien. De differentiatie is van binnen naar buiten. Het aangrenzende mesenchym ontwikkelt zich tot perichondrium.

Groei

Kraakbeen kan op twee manieren groeien.

1. Interstitiële groei: de chondroblasten en chondrocyten vermenigvuldigen zich mitotisch. Dit gebeurt met name bij lengtegroei en groei in gewrichten.

2. Appositionele groei: cellen uit het perichondrium differentiëren tot kraakbeencellen. Dit gebeurt met name wanneer de matrix te stijf is voor interstitiële groei.

Degeneratie en regeneratie

Er is in kraakbeen sprake van matrix verkalking. Hierdoor ontstaan er scheuren in het kraakbeen. Ook neemt de dichtheid van de cellen in het kraakbeen af. Er vindt asbestvezeling plaats: het collageen gaat verloren. Regeneratie is mogelijk bij kinderen en ouderen, maar dit is alleen mogelijk via het perichondrium. Bij kraakbeentransplantatie is er de keuze uit homologe of autologe transplantatie. Hierbij wordt donorweefsel respectievelijk eigen weefsel gebruikt. Bij Mozaïekplastiek wordt het kraakbeen geoogst en geïmplanteerd in het defecte weefsel.

Elastisch kraakbeen

Elastisch kraakbeen heeft een gelige kleur. Het bevat naast collageen type II ook elastine. Het is te vinden in de oorschelp, de epiglottis, de larynx. Het heeft een perichondrium en groeit door appositie. Er zijn minder degeneratieve afwijkingen in vergelijking met hyalien kraakbeen.

Vezelig kraakbeen

Vezelig kraakbeen is een tussenvorm van hyalien en elastisch kraakbeen. Het wordt gevonden in tussenwervelschijven, aanhechtingen van ligamenten en de meniscus. De chondrocyten zijn gelijk aan die van hyalien kraakbeen (isogene groepen). De groei is door middel van appositie.

Tussenwervelschijven

Iedere discus intervertebralis (tussenwervelschijf) zit met ligamenten vast aan de wervels. De schijf bevat twee componenten: de annulus fibrosus en de nucleus pulposus. De annulus fibrosus bevat lagen van vezelig kraakbeen met collageen type I vezels eromheen. De lagen verankerd aan het bot maken torsie (bewegingen wervelkolom) mogelijk. De nucleus pulposus bevat ronde cellen die in matrix liggen. Deze cellen bevatten veel hyaluronzuur. Dit is een shockdemper bij springen etc. Het is groot bij kinderen en wordt kleiner naar mate men ouder wordt. Bij een HNP (hernia nuclei pulposi) scheurt de annulus fibrosus. Hierdoor kan de zachte kern (nucleus pulposus) het ruggenmerg afklemmen. Dit veroorzaakt neurologische uitval en pijn. Het betreft uitstralende pijn (LRS).

Histologie van het botweefsel (8)

Inleiding

Botweefsel is een soort bindweefsel dat erg stevig is en druk- en trekkrachten te lijf kan gaan. Botweefsel bestaat voor 30% uit collageenfibril, 60% uit kalkzouten en de laatste 10% uit water, andere cellen en bloedtoevoer. Het wordt voortdurend opgebouwd en afgebroken (bone remodeling).

De functies van bot zijn:

• ondersteuning van weke delen

• bescherming van organen (hersenen door schedel bijv.)

• hefboom voor spieren

• bloedcelaanmaak

• calcium voorraad

De typen cellen die in bot voorkomen zijn: osteoblasten, deze zorgen voor de productie van botmatrix; osteocyten, dit zijn de botcellen in volwassen vorm; en osteoclasten, dit zijn botafbrekende cellen. Osteoblasten en –clasten liggen in de rand, osteocyten liggen in de matrix zelf. Canaliculi zorgen voor uitwisseling van stoffen tussen de osteocyten en capillairen. Aangrenzend aan het bot ligt endost en periost.

Botcellen

Osteoblasten

Osteoblasten ontstaan uit osteoprogenitorcellen, Deze liggen in het endost en periost. Ze maken botmatrix aan door middel van de productie van collageen type I, proteoglycanen en glycoproteïnen. Ze liggen als een osteoblastenzoom, een aaneengesloten rij van osteoblasten. Osteoblasten vormen ook osteoïd. Dit is nieuw, nog ongemineraliseerd bot. Uiteindelijk worden de osteoblasten osteocyten, volwassen botcellen. Als de eiwitsynthese afneemt vormen de osteoblasten botrandcellen, ofwel inactieve osteoblasten. Osteoblasten staan in contact met osteocyten. Fluorescerende antibioticum tetracycline wordt gebruikt voor diagnostiek van osteomalacie en osteïtis fibrosa cystica.

Osteocyten

Osteocyten zijn volwassen botcellen. Ze liggen in lacunae. Ze maken contact met elkaar door middel van canaliculi en gapjunctions. Ze spelen een rol in de remodeling, door de vloeistofstroom te meten. Ze nemen via canaliculi voedingsstoffen op en scheiden er afvalstoffen in uit. Ze spelen ook een rol in de instandhouding van botmatrix.

Osteoclasten

Zijn grote, meerkernige cellen. Ze ontstaan door fusie van de voorlopercellen. Ze zijn bewegelijk in het botweefsel. Ze vormen de lacune van Howship, deze lacune ontstaat als zij de matrix wegvreten. Ze hebben een plooiend en steeds uitstulpend celoppervlak. Botafbraak vindt plaats in het sub-osteoclastcompartiment, osteoclasten scheiden hier lysosomale enzymen in uit. Hierdoor wordt collageen afgebroken en worden kalkzouten opgelost. Het endocytose proces zorgt voor opname van afvalstoffen en verdere afbraak in de cel. Calcitonine is het hormoon dat botafbraak remt; osteoclasten hebben een receptor hiervoor. Parathyreoïd hormoon stimuleert botafbraak; osteoclasten hebben geen receptor hiervoor. Osteoclast-stimulerende factor is de productie van cytokinen door osteoblasten. Osteopetrose is een ziekte waarbij osteoclasten geen plooiend celoppervlak meer hebben. De osteoclasten werken slecht, botresporptie is niet goed mogelijk. Hierdoor ontstaat verdikking van het bot en is er een groter risico op infectie.

Botmatrix

Botmatrix bevat zowel anorganisch als organisch materiaal. Anorganisch materiaal: 50%; voornamelijk calcium en fosfaat. Organisch materiaal: vooral collageen type I. Bot is hard vanwege de binding van hydroxy-apatiet en collageen.

Botten zijn de organen van het skelet, botweefsel is de structurele component van botten. Het wordt onderverdeeld in compact en spongieus (trabeculair) bot. Aan de buitenkant van het bot zit het compacte bot en aan de binnenkant het trabeculaire.

Botten worden geclassificeerd aan de hand van hun vorm, hun locatie of het type.

• Lange botten: zijn langer in een richting en hebben twee koppen, zoals het scheenbeen en de humerus.

• Korte botten: zijn bijna gelijk qua dikte en diameter, zoals de middenhandsbotjes.

• Platte botten: zijn dun en plaatvormig, zoals de schedelbotten.

• Onregelmatige botten: voldoen aan geen van de bovenstaande beschrijvingen, zoals de wervels.

Periost en Endost

Periost is het bindweefsel dat het bot aan de buitenkant bekleedt. Endost is het bindweefsel dat het bot aan de binnenkant bekleedt. De vezels van Sharpey zijn collageenvezels die het bot en het periost verbinden. Periost en endost en bevatten osteoprogenitorcellen, die kunnen differentiëren tot osteoblasten. De kanalen van Volkmann zijn verbindingskanalen voor bloedvaten.

Soorten botweefsel

Compact bot en spongieus bot

Compact bot heeft geen holten. Spongieus bot heeft holten waartussen zich trabeculae (vertakkingen) bevinden. Beide soorten bot hebben dezelfde lamellaire bouw. Lange pijpbeenderen hebben epifysen aan de uiteinden. Epifysen zijn spongieus bot met laagje compact bot. De diafyse ligt in het midden en bestaat voornamelijk uit compact bot. De holten bevatten rood beenmerg (bloedcellen) en geel beenmerg (vetcellen). Platte beenderen hebben compact bot met laagje spongieus bot.

Primair en secundair botweefsel

Primair botweefsel is plexiform. Secundair botweefsel is lamellair. Primair bot herstelt als eerste. De osteocyten en collageen liggen gevlochten. Het primaire bot wordt later vervangen door secundair bot. Het laat Röntgenstraling goed door, omdat het een laag mineraal gehalte heeft.

Secundair bot heeft gerangschikte collageenvezels die lamellair geordend zijn. Tussen de lamellen liggen osteocyten. Deze rangschikking maakt het bot sterker. De lamellen liggen rond het kanaal van Havers (osteonkanaal). De vezels maken sterke hoeken met elkaar.

Het kanaal van Havers voedt de osteocyten. Een kitlaag begrenst het kanaal van Havers. Dit bestaat voornamelijk uit gycoproteïnen. Een eenheid wordt osteon of systeem van Havers genoemd. Om een kanaal van Havers liggen 4-20 lamellen. De kanalen van Havers worden verbonden met de rest door kanalen van Volkmann. Kanalen van Volkmann bevatten bloedvaten en zenuwen.

Lamellaire systemen van compact bot

1. Generale lamellen (evenwijdig lopend aan botoppervlak).

2. Systemen van Havers (liggen tussen generale lamellen).

3. Interstitiële lamellen (tussen systemen van Havers in).

Histogenese

Er zijn twee manieren waaruit nieuw bot wordt gevormd: endesmaal of enchondraal.

Endesmale botvorming is direct: het bot ontstaat uit bindweefsel.

Enchondrale botvorming is indirect: het bot ontstaat uit kraakbeen.

Bij beide vormen van botvorming wordt er eerst primair bot gevormd.

Intramembraneuze botvorming

Intramembraneuze botvorming produceert platte schedelbeenderen. Het bot wordt direct uit bindweefsel gevormd. Het proces gaat als volgt: mesenchym celophopingen differentiëren tot osteoblasten. Er ontstaan twee lagen compact bot, met middenin spongieus bot. Hydrocefalus is een waterhoofd. Het is een pathologische afwijking waarbij ophoping van cerebrospinaal vocht ontstaat.

Desmale botvorming

Het verschil tussen endochondrale en intramembraneuze, ook wel desmale botvorming genoemd, berust op een verschil in aanleg. Endochondrale ossificatie houdt in dat er bot ontstaat vanuit kraakbeen. Een simpeler methode is de directe vorming van bot, de desmale ossificatie. De extremiteiten en botten die gewicht dragen worden gevormd door middel van endochondrale ossificatie. De platte botten van het hoofd, het gezicht en het schouderblad ontstaan door middel van desmale ossificatie.

Bij de desmale botvorming, wordt bot gevormd door de differentiatie van mesenchymale cellen tot osteoblasten. De nieuwgevormde botmatrix ziet er in histologische preparaten uit als kleine, onregelmatig gevormde spiculae en trabekels.

De endochondrale ossificatie begint met de proliferatie en aggregatie van mesenchymale cellen aan de kant van het toekomstige bot. Onder invloed van verschillende fibroblastische groeifactoren gaan de mesenchymale cellen eerst type II collageen maken en differentiëren vervolgens in chondroblasten die kraakbeenmatrix gaan maken. Als eerst wordt er een kraakbeenmodel met het algemene uiterlijk van een bot gevormd. Vervolgens gaat dit kraakbeenmodel groeien door interstitiële en appositionele groei. De toename in lengte van het bot komt door de interstitiële groei. De groei in dikte komt voornamelijk door de toevoeging van kraakbeenmatrix die geproduceerd wordt door nieuwe chondrocyten.

Het eerste teken van ossificatie is de verschijning van omringend bot, rondom het kraakbeenmodel. Met de vorming van periosteaal bot worden de chondrocyten in het midden van het kraakbeen hypertrofisch. Wanneer deze chondrocyten groter worden, wordt het omringende kraakbeen geresorbeerd, waardoor er dunne, onregelmatige kraakbeenplaten ontstaan tussen de hypertrofische cellen. De cellen gaan vervolgens alkalinefosfatase produceren en het daarnaast liggende kraakbeen ondergaat calcificatie. De gecalcificeerde botmatrix remt de diffusie van voedingsstoffen, waardoor de chondrocyten doodgaan. De matrix gaat kapot en er ontstaan holtes, waarin bloedvaten gaan groeien, om de holtes van bloed te voorzien. Periostcellen migreren samen met de bloedvaten de holte in.

Enchondraal bot begint met groeien vanaf het tweede trimester van het foetale leven en groeit totdat je jongvolwassen bent. De lengtegroei van lange botten hangt af van de aanwezigheid van epifysair kraakbeen. Tijdens de botgroei wordt het avasculaire kraakbeen langzaam vervangen door gevasculariseerd botweefsel. Er zijn verschillende zones in de groeischijf. Een zone met rustend kraakbeen, een proliferatiezone, een hypertrofe zone, een gecalcificeerde kraakbeenzone en een resorptiezone.

Door het kraakbeen van de epifysairschijf blijft het bot groeien. Wanneer het bot groeit, moet het gemodelleerd worden, met afbraak en opbouw in het hele bot. De groei stopt wanneer er geen nieuw kraakbeen meer aanwezig is in de epifysairschijven.

Chondrale botvorming

Chondrale botvorming ontstaat bij de vorming van lange pijpbeenderen. Het kan perichondraal of enchondraal zijn. Kraakbenig skelet vorming is van hyalien kraakbeen. Dit wordt later omgezet in pijpbeen. Bij perichondrale botvorming wordt het bot gevormd uit perichondrium. Het perichondrium vormt osteoblasten, waarna een botmanchet ontstaat. Dit is een vorm van endesmale botvorming. Bij enchondrale vorming van bot in de diafyse gebeurt het volgende: na de botmanchet vorming hypertroferen de kraakbeencellen door resorptie van de matrix. Er ontstaat verkalking van de matrix en lacunes als overblijfselen. Er ontstaat een periostknop, waar osteoclasten werkzaam zijn op het perichondrale bot. Osteoprogenitorcellen differentiëren naar osteoblasten. Bij enchodrale vorming van bot in de epifysen dringen bloedvaten en osteoprogenitorcellen binnen en differentiëren tot osteoblasten. Bij enchondrale botvorming in de epifysaire schijven kan er lengtegroei van de pijpbeenderen ontstaan. Er zijn vijf kenmerkende zones in de epifysaire schijven.

1. Rustzone (hyalien kraakbeen)

2. Proliferatiezone (chondrocyten delen)

3. Zwellingszone (chondrocyten bevatten veel glycogeen)

4. Verkalkingszone (verkalking van chondrosepta)

5. Botvormingszone (enchondrale botvorming)

Het proces van fractuurgenezing gaat als volgt: er ontstaan ten gevolge van de fractuur bloedstolsels, waardoor de ostecyten sterven. De bloedstolsel worden opgeruimd en er wordt gerevasculariseerd. Vervolgens ontstaat er cel hyperplasie. Als het bot niet goed geneest ontstaat er pseudoartrose, de botdelen blijven bewegelijk. Een stabiel fractuur blijft beter doorbloed. Er is endesmale botvorming. Een minder stabiel fractuur is niet sterk doorbloed, er ontstaat eerst kraakbeenvorming en vervolgens enchondrale botvorming.

Histofysiologie

Remodelling

In de systemen van Havers is er bot afbraak door osteoclasten en bot aanmaak door osteoblasten. Er is invloed van mechanische en hormonale factoren. Na het veertigste levensjaar neemt botafbraak toe in verhouding met botaanmaak. Na de menopauze versterkt dit proces bij vrouwen (afbraak), waardoor er risico is fractureren.

Calciumbalans

PTH (parathyroidhormoon) activeert osteoclasten, waardoor er meer Ca-ionen vrijkomen. Calcitonine remt osteoclasten, waardoor er minder Ca-ionen vrijkomen.

Bij hyperparathyreoïdie neemt het aantal osteoclasten toe, waardoor er spontane fracturen kunnen ontstaan.

Voeding

Vitamine D bevordert de absorptie van calcium in de dunne darm.

Vitamine C bevordert de collageensynthese, wat nodig is voor botgroei.

Bij rachitis is de matrix van het bot niet normaal verkalkt, waardoor de patiënt kromme botten krijgt. Een calcium deficit verhoogt de osteoclasten activiteit, waardoor er een risico ontstaat op osteoporose. Bij osteomalacie wordt het bot niet volledig gemineraliseerd, waardoor er een verminderde hoeveelheid calcium in matrix zit.

Hormonen

GH (groeihormoon) bevordert de groei van bot. Bij een tekort aan GH ontstaat er dwerggroei. Een teveel aan GH veroorzaakt acromegalie, waarbij de uiteinden van het skelet teveel groeien.

Bij een tekort aan geslachtshormoon ontstaan er eunuchoide reuzen. Er zijn benigne en maligne bottumoren mogelijk. Ook metastasen zijn mogelijk.

Gewrichten

Er zijn twee soorten gewrichten: diartrosen (bewegelijke botten) en synartrosen (niet bewegelijk).

Synartrosen

• -Synostose = botstukken verbonden met elkaar door bot

• -Synchondrose = botstukken door hyalien kraakbeen verbonden (gering bewegelijk)

• -Syndesmose = gering bewegelijk

Diartrosen

Diartrosen bevatten een kapsel tussen de pijpbeenderen. Dit kapsel bevat een gewrichtsholte en synoviale vloeistof (hyaluronzuur). Het is bewegelijk. De gewrichtsvloeistof bevat glycoproteïnen (glijmiddel). Het gewrichtskapsel van diartrosen heeft een fibreuze laag van bindweefsel en een synoviaal membraan aan de binnenzijde. Het synoviale membraan is opgebouwd uit losmazig bindweefsel en bedekt door A-cellen en B-cellen. Osteoartrose is slijtage van het gewrichtskraakbeen door ouderdom. Op jonge leeftijd is regeneratie nog mogelijk. Collageen biedt weerstand tegen belasting van het gewricht. Bij belasting wordt water naar de gewrichtsholte gedrongen dat dient als shockdemper. De hoeveelheid water neemt af met leeftijd.

Histologie van het spierweefsel van Junqueira’s (10)

Inleiding

Spiercellen zijn omgeven door een lamina basalis. Deze zit vast aan collagene vezels. Een spiercel bestaat uit actine en myosine filamenten. Wanneer de filamenten bij elkaar komen verkort de spier (spiercontractie). De verschillende onderdelen van spiercellen kunnen worden herkend aan sarco-.

• Cytoplasma = Sarcoplasma.
• Celmembraan = Sarcolemma.
• Endoplasmatisch reticulum = Sarcoplasmatisch reticulum.
• Spiercel = spiervezel.

Men kent drie typen spierweefsel

1. skeletspierweefsel (dwarsgestreept, meerkerning, snelle contractie, somatisch).

2. hartspierweefsel (dwarsgestreept, eenkernig, snelle contractie, autonoom).

3. glad spierweefsel (geen streping, één lange kern, trage contractie, autonoom).

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

• excitatie-contractie koppeling

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

• filamenten

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

• contractie

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

1. ATP bindt aan de myosinekop waardoor deze loslaat van actine (relaxatie).
2. ATP hydrolyseert in ADP en P maar deze blijven aan myosine vastzitten. De myosinekop klapt om en draait een beetje, zodat hij opnieuw kan binden (2 bindingsplaatsen verder).
3. Crossbridges worden gevormd doordat myosine aan actine bindt.
4. De P laat los van myosine waardoor de myosinekop buigt en het actinefilament richting de myosinestaart trekt. Hierdoor wordt kracht en beweging gegenereerd.
5. ADP laat los en het actine-myosinecomplex blijft in deze vorm tot er weer een nieuw ATP-molecuul bindt.

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

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

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

Er zijn twee verschillende soorten contractie:

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

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

Het gaat hierbij over:

• Overlap tussen actine en myosine
• Reduced lattice spacing: als er kracht wordt gezet op een sarcomeer dan wordt het langer en dunner. Dan komen actine en myosine dichterbij elkaar: dit is gunstig voor het vormen van crossbridges.
• Altered myosin head orientation: de hoek van de kop wordt anders als er kracht op wordt gezet.
• Calciumgevoeligheid: de hoeveelheid beschikbare calcium is van invloed op de contractiekracht. Bij uitrekken kan calcium er makkelijker bij komen.

Skeletspierweefsel

De eigenschappen van skeletspierweefsel zijn dat het dwarsgestreept is, veelkerning is, een snelle contractie kan uitvoeren, somatisch wordt geïnnerveerd en een beperkte regeneratie kent.

De spier bestaat uit verschillende lagen.

• Endomysium: lamina basalis en bindweefsel om de spiercel; ligt rond spiervezels.

• Perimysium: bevat zenuwen en bloedvaten; rond een bundel spiervezels.

• Epimysium: rond de gehele spier; bindt aan pezen en aponeurosen.

Contractieoverdracht gaat via de lamina basalis naar het endomysium, vervolgens naar het perimysium en als laatste naar het epimysium.

Skeletspiercellen ontstaan uit het mesoderm. Myoblasten fuseren tot synctium (spiercel). Deze cellen gaan centraal in het cytoplasma liggen, de celkern komt onder het sarcolemma te liggen. De myofibril ligt juist centraal in de cel.

Hypertrofie is dat de spiercelomvang vergroot wordt doordat het aantal myofibrillen toeneemt.

Hyperplasie is dat het aantal cellen toeneemt.

Atrofie is dat het celvolume afneemt bij immobiliteit of veroudering.

Er worden drie soorten skeletspiervezels onderscheiden, op basis van hun contractiesnelheid en metabolische activiteit.

• Type I: langzame oxidatieve vezels. Ze zijn klein en rood en bevatten veel mitochondria en grote hoeveelheden myoglobine. Deze spiervezels worden niet moe, maar hebben minder kracht. Ze hebben de langzaamste ATPase reactiesnelheid. Deze vezels komen voornamelijk voor in de extremiteiten en de rug. Marathonlopers hebben relatief veel type I spierweefsel.

• Type IIa: snelle oxidatieve glycolytische vezels. Deze hebben een gemiddelde lengte en veel mitochondria. Ze bevatten grote hoeveelheden glycogeen en hebben de capaciteit om anaerobe glycolyse te laten plaatsvinden. Ze zijn voor de hoge piekbelasting van spieren. Sprinters en hockeyers hebben veel van deze vezels.

• Type IIb: snelle glycolytische vezels. De lange vezels hebben een lichtroze kleur en bevatten minder mitochondria en myoglobine. Ze kunnen wel veel glycogeen opslaan. Verder bevatten deze vezels het snelst werken myosine ATPase, maar putten de spieren snel uit door de productie van melkzuur. Ze zijn voor de fijne motoriek. Korte afstandsprinters en gewichtsheffers hebben veel van deze vezels.

De structurele en functionele eenheid van de spiervezel is de myofibril. Myofibrillen zorgen voor het gestreepte uiterlijk van het spierweefsel. De myofibrillen zijn samengesteld uit bundels van myofilamenten. De functionele eenheid van een myofibril is een sarcomeer, een segment van de myofibril tussen twee Z-lijnen.

De skeletspieren worden rijkelijk geïnnerveerd door motorneuronen die vanuit het ruggenmerg of de hersenstam ontspringen. De axonen van de zenuwtakken scheiden als ze dichter bij de spier komen, zodat er terminale takken komen die eindigen op individuele spiervezels. De neuromusculaire-overgang is het contact tussen de terminale takken en de spiervezel (de motorische eindplaat). Het axon wordt omgeven door een myelineschede en bij het axon-eind is het alleen nog maar omgeven door een klein gedeelte van de Schwanncel. Door het vrijkomen van acetylcholine in de synaptische spleet, wordt het plasmamembraan gedepolariseerd wat leidt tot contractie. Een enkele neuron innerveert enkele tot honderden spiervezels. Spieren die voor fijne motoriek zorgen hebben de minste vezels per motorneuroneenheid. Innervatie is essentieel voor spiercellen om hun functionaliteit te behouden. Wanneer de innervatie wordt afgesneden (door een defecte zenuw) treedt spieratrofie op, de spier wordt dunner. Wanneer de innervatie weer op gang kan worden gebracht, kan de spier weer de normale dikte terugkrijgen.

Voor de contractie van een skeletspiercel zijn verschillende stappen nodig.

• Een zenuwimpuls reist langs het axon van een motoneuron en komt aan bij de neuromusculaire-overgang. Hiermee begint de contractie.

• Door de zenuwimpuls wordt het vrijlaten van acetylcholine in de synaptische spleet gestart, waardoor er plaatselijke depolarisatie van het sarcolemma begint.

• Voltage-gated Na-kanalen openen en natrium gaat de cel in.

• De depolarisatie verspreidt zich over het plasmamembraan van de spiercel en reist verder via de membranen van de T-tubuli.

• Voltage-sensor-eiwitten in het plasmamembraan van de T-tubuli veranderen hun conformatie.

• De T-tubuli staan in contact met het sarcoplasmatisch reticulum, waar Ca-release-kanalen worden geactiveerd door de conformatieveranderingen.

• Calcium wordt razendsnel vanuit het SR in het sarcoplasma vrijgelaten.

• Calcium bindt het TnC-gedeelte van het troponinecomplex.

• De contractiecyclus is geactiveerd en calcium wordt weer opgenomen in het sarcoplasmatisch reticulum.

Actine-Myosine werking

Een myofibril bestaat uit verschillende delen. Een sarcomeer is een deel van een myofibril, tussen twee Z-lijnen in. Z-lijn is een centrale lijn in I-band. I-band zijn de dunne actinefilamenten; licht gekleurd. A-band zijn de dikke myosinefilamenten met overlappend de actinefilamenten; donker gekleurd. De H-zone is het centrale deel van A-band; myosinefilament zonder overlappend actinefilament. M-schijf: houdt myosinefilamenten bijeen.

Spiercontractie (Sliding filament model)

In rust is het actine gebonden aan het troponine-tropomyosinecomplex, de actine kan niet binden aan myosine. Tijdens contractie komen calcium ionen vrij. Calcium bindt aan troponine, waardoor het troponine-tropomyosinecomplex loslaat. Actine-myosine binding is dan mogelijk, maar hier is ATP voor nodig. Actine schuift van beide kanten naar midden van A-band, de H-band verdwijnt bijna. De Z-lijnen komen hierdoor dichter op elkaar te liggen. De sarcomeren verkorten dus. A-band blijft gelijk. Ook de myosinefilamenten schuiven tussen het actine in. Titine is een eiwit dat beschermt tegen uitrekking van het sarcomeer. Rigor Mortis is het compleet stijf worden van een lijk. Dit komt doordat het myosine-actine complex geblokkeerd wordt, door geringe ATP vernieuwing.

Impulsen

Motorische zenuwen innerveren spiercellen via het endomysium (via perimysium). De impuls moet drempel overschrijden voor spiercontractie. Bij genoeg prikkeling komt acetylcholine vrij uit het axon. Het acetylcholine verplaatst zich door de synaps naar het sarcolemma. Het sarcolemma depolariseert hierdoor. Het T-buizensysteem wordt ook gedepolariseerd, waardoor het calciumionen afgeeft. Hierdoor is het actine-myosine complex mogelijk. Na contractie vindt er calcium resorptie plaats door het sarcoplasmatisch reticulum. Cholinesterase breekt acetylcholine af in de synaps. Spierspoeltjes en Golgi-lichaampjes zijn voor de bewustwording van houding en positie in de ruimte.

Metabolisme

De spiercellen hebben creatinefosfaat nodig die middels creatinefosfaatkinase, ADP omzet in ATP. De cel zelf heeft niet genoeg ATP. Bij grote inspanning leveren mitochondriën ATP(spiercelglycogeen). Dit is anaerobe glycolyse (tijdens korte sprint) en zorgt voor spierkrampen door lactaat vorming. Het sarcoplasma bevat myoglobuline, dat zuurstofbindend is. Spierweefsel heeft namelijk zuurstof nodig voor langdurige contracties.

Er zijn drie typen spiervezels:

1. Rode spiervezels zijn voor trage, lange contracties. Er is oxidatieve fosfolysering, het SR en de T-buizen zijn minder ontwikkeld en de motorische eindplaat is kleiner.

2. Witte spiervezels zijn voor snelle, korte contracties. Er is anaerobe glycolyse, de mitochondriën en myoglobine zijn minder ontwikkeld, de motorische eindplaat is groot en plaatvormig.

3. Intermediaire spiervezels hebben gemixte eigenschappen van witte en rode spiervezels.

Myasthenia gravis is een progressieve auto-immuunziekte die gekenmerkt wordt door spierzwakte. De acetylcholine receptoren worden geblokkeerd. Deze worden door lysosomen verteerd en er worden nieuwe aangemaakt. Deze nieuwe acetylcholine receptoren worden echter neutraal gemaakt door antilichamen, wat leidt tot een ziekteproces.

Hartspierweefsel

Hartspierweefsel heeft als eigenschappen dat het dwarsgestreept is, eenkernig of soms tweekernig is, snelle contractie kan uitvoeren, autonoom geïnnerveerd wordt en niet kan regenereren. Hartspierweefsel ontstaat uit mesoderm. De cellen liggen rond de hartbuis. Deze differentiëren tot myo-epicardcellen. Myo-epicardcellen zijn de voorlopers van myoblasten en mesotheelcellen. Fascia adhaerens liggen in het celmembraan. Ze hechten de actinefilamenten aan het membraan. Gapjunctions dragen impulsen over van cel naar cel. Desmosomen binden hartspiervezels aan elkaar. Hartspiercellen zijn afhankelijk van O₂ en bevatten veel mitochondriën voor de aerobe stofwisseling. De voornaamste brandstof is lipoproteïnen die via het bloed worden aangevoerd.

Het spierspoeltje is een gespecialiseerde receptorunit in de spier, het bestaat uit twee typen spiervezels: de spoelcellen en neuronterminalen. De unit wordt omgeven door een intern kapsel. Een met vocht gevulde ruimte scheidt het interne kapsel van het externe kapsel. De spierspoel geeft informatie door over de hoeveelheid rek in de spier. De sensorische zenuwen worden geactiveerd door rek en geven informatie door aan het centrale zenuwstelsel, die de activiteit van motorneuronen voor die specifieke cel weer aanpast. Myoblasten fuseren om meerkernige myofibrillen te vormen. De myoblasten ontstaan uit myogene stamcellen, die zichzelf kunnen vernieuwen.

Hartspierweefsel heeft dezelfde vezels en hetzelfde type rangschikking als skeletspierweefsel. Het weefsel is ook dwarsgestreept, maar ook een soort banden: intercalated discs. Hierdoor ontstaan vezels van verschillende lengte. De kernen liggen in het midden van de cel. Er zijn heel veel grote mitochondria en glycogeenopslag in elke myofibril.

De intercalated discs zijn de verbindingen tussen de hartspiercellen en bestaan uit verschillende gespecialiseerde cel-tot-cel junctions.

• Fascia adherens (adhering junction): de belangrijkste component van de intercalated disc. Het houdt de cellen en filamenten bij elkaar.

• Macula adherentes (desmosomen): binden de individuele cellen aan elkaar en zorgen dat ze niet van elkaar los komen.

• Gap junctions (communication junctions): ze zorgen voor de ionische continuïteit tussen de aangrenzende hartspiercellen, zodat macromoleculen van cel naar cel kunnen reizen.

Het SER in hartspierweefsel is georganiseerd in een netwerk langs de sarcomeer, van Z-lijn tot Z-lijn. De passage van calcium van het lumen van de T-tubulus tot het sarcoplasma is essentieel om de contractiecyclus op te starten. Deze cyclus is hetzelfde als bij het skeletspierweefsel. Echter, in het hart is er long-lasting depolarisatie, omdat het hart continu aan het pompen is. Ook heeft hartspierweefsel een spontane ritmische contractie. Deze contractie wordt gereguleerd en gecoördineerd door gespecialiseerde cardiale geleidingscellen. Deze liggen samen in knopen en in geleidende vezels, Purkinje-vezels. Ze worden door zowel parasympatische als sympathische zenuwen geïnnerveerd. De sympathische stimulatie zorgt voor een versnelling van het hartritme en de parasympatische juist voor een daling.

Wanneer er schade optreedt aan de hartspiercellen, wordt dat vervangen door fibreus bindweefsel. Hierdoor gaat de pompfunctie op de plek van de schade verloren. Dit gebeurt bij een myocard infarct. Wanneer dit optreedt komen er specifieke markers in het bloed, de structurele subunits TnI en TnT van het cardiale troponinecomplex. Deze markers komen tussen 3 en 12 uur na een infarct in het bloed en kunnen tot 2 weken terug te vinden zijn in het bloed.

Het hart

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

Het hartskelet heeft meerdere functies:

• Voorkomt te grote zwelling bij een volumetoename van bloed
• Verzorgt een aanknopingspunt voor de hartkleppen en het myocard
• Vormt een isolator waar impulsen niet doorheen kunnen (behalve ter hoogte van de AV-knoop)

Atria

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

De zijdes en randen van het hart:

• Anterieure/sternocostale zijde (voornamelijk gevormd door het rechterventrikel)
• Posterieure/diafragmatische zijde (door linkerventrikel en deels rechterventrikel)
• Rechter longzijde (door rechteratrium)
• Linker longzijde (door linkeratrium)
• Rechtergrens (door rechteratrium, loopt door tussen vena cava superior en inferior)
• Inferieure grens (door rechterventrikel en deels linkerventrikel)
• Linker grens (door linkerventrikel en deels linkerhartoortje)
• Superieure grens (door rechter- en linkeratria en rechter- en linkerhartoortjes)

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

Ventrikels

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

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

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

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

Coronairarteriën

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

De arteria coronaria dextra innerveert de:

• SA-knoop via sinoatriale tak (60% van de bevolking)
• AV-knoop (80% van de bevolking)
• Posterior interventricular branch
• Rechter arteria marginalis
• rechter ventrikel, rechter atrium, deel van het linkerventrikel en deel van het septum

De arteria coronaria sinistra innerveert de:

• Anterior interventricular branch
• ramus circumflexus arteriae coronariae sinistrae
  • Linker arteria marginalis
  • Innerveert SA-knoop (40% van de bevolking)
• linkeratrium, linkerventrikel, deel van het rechterventrikel en het septum

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

Impulsgeleiding hart

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

Depolarisatie van het hart

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

Een cardiaal actiepotentiaal heeft een aantal belangrijke ionstromen:

• Na+-stroom zorgt voor de depolarisatie van de actiepotentiaal in de atria, ventrikels en de Purkinjevezels
• Ca2+-stroom zorgt voor de snelle depolarisatie van de SA en AV-knoop. Ook zorgt het voor de contractie in alle cardiale spiercellen
• K+-stroom zorgt voor de repolarisatie van de actiepotentiaal in alle cellen
• Pacemaker stroom/funny current zorgt voor de pacemaker activiteit in SA cellen, AV cellen en Purkinjevezels.

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

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

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

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

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

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

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

Het hart als pacemaker

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

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

De SA-knoop kan vertragen via 3 mechanismen:

• De steilheid van de depolarisatiefase bij fase 4 vermindert: het duurt langer om de drempelwaarde te bereiken. Diastole duurt langer.
• De maximale diastolische potentiaal wordt meer negatief. Als je op een lager niveau begint duurt het langer om de drempelwaarde te bereiken.
• De drempelwaarde voor een actiepotentiaal ligt hoger.

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

• Vermindert de If: de steilheid van fase 4 wordt minder.
• Opent kanalen waardoor K+ toeneemt en de maximale diastolische potentiaal van SA-knoopcellen afneemt.
• Vermindert de hoeveelheid Ca in de SA-knoop waardoor de steilheid afneemt en de drempelwaarde hoger wordt.

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

• Catecholamines zorgen voor een grotere If, waardoor de steilheid van depolarisatiefase van fase 4 omhoog gaat.
• Catecholamines verhogen de hoeveelheid Ca in alle myocardcellen, dus ook in de SA en AV-knoop: hierdoor verhoogt de steilheid en verlaagt de drempelwaarde.

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

Bloedvoorziening van het hart

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

De meeste bloedvaten bestaan uit drie lagen:

• Tunica intima: het binnenste laagje, het endotheel, bestaande uit platte epitheelcellen. Capillairen bestaan in hun geheel uit tunica intima.
• Tunica media: het middelste laagje, bestaande uit gladde spiercellen. Deze laag verschilt per soort bloedvat in dikte.
• Tunica adventitia: het buitenste laagje bindweefsel.

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

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

• Grote elastische arteriën: hebben veel elastische laagjes in hun wand. Ze vangen het bloed rechtstreeks op vanuit het hart. Voorbeeld: aorta.
• Medium spier arteriën: hebben een wand die vooral uit gladde spiercellen bestaat. Ze kunnen hun diameter verkleinen (vasoconstrictie) en daarmee de bloeddruk regelen. Dit zijn meestal de genaamde arteriën.
• Kleine arteriën en arteriolen: hebben een dikke spierwand. Door de tonus (spanning) die ze kunnen beïnvloeden, bepalen ze hoeveel bloed er naar de capillairbedden gestuurd wordt. Als deze tonus hoog is, is sprake van hypertensie.

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

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

• Venulen: de kleinste venen. Ze zorgen voor de drainage van de capillairbedden.
• Medium venen: hebben veneuze kleppen, zodat het bloed niet met de zwaartekracht mee weer naar beneden stroomt. De meesten hebben een naam.
• Grote venen: zijn gekenmerkt door de wijde bundels longitudinale gladde spiercellen en een goed ontwikkelde tunica adventitia. Een voorbeeld is de vena cava superior (bovenste holle ader).

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

Bloedvaten

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

• Aantal vertakkingen van vaten per niveau
• De straal van een vat
• Totale doorsnede oppervlakte van vaten samen per niveau
• Gemiddelde snelheid van de bloedstroom
• Bloedstroom volume
• Circulatietijd tussen twee punten in de circulaire bloedstroom
• Drukverschil
• Structuur van de vaatwand
• Elasticiteit van de vaatwand

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

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

Regulatie van de bloeddruk

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

• Een detector: een receptor meet een bepaalde waarde en zet dit om in een elektrisch signaal
• Afferente neurale paden: transporteren het signaal van de detector naar het CZS
• Een controlecentrum: vergelijkt en bewerkt signaal en stuurt een antwoord signaal
• Efferente neurale paden: transporteren antwoord signaal naar de periferie
• Effectoren: verwerken het respons en veranderen mogelijk de situatie

Baroreceptoren meten eerst de uitzetting van de vaatwand (daarmee de transmurale druk) en vervolgens detecteren chemoreceptoren veranderingen in bloed PO2, PCO2 en pH. Deze receptoren bij hoge druk bevinden zich op de aortaboog en tussen de splitsing van de arteria carotis (carotis sinus). Het controlecentrum bevindt zich in de medulla, cerebrale cortex en hypothalamus van de hersenen. Effectoren zijn de pacemakers en glad en hartspierweefsel. Een negatieve terugkoppelingssysteem zorgt ervoor dat verhoogde MAP zorgt voor vasodilatie en bradycardie, en een verlaagde MAP zorgt voor vasoconstrictie en tachycardie. Een verhoogde MAP zorgt voor een grotere vuringssnelheid door baroreceptoren, dus meer depolarisaties in de SA-knoop, waardoor de hartfrequentie wordt verhoogd. De meeste afferente vezels die van hoge druk receptoren afkomen, gaan naar de nucleus tractus solitarii (NTS), een controlecentrum in de medulla. De neurotransmitter, glutamaat, die door de baroreceptoren zijn gestuurd, zorgen voor vasoconstrictie. Tenzij glutamaat wordt geblokkeerd door inhiberende interneuronen, dan vindt er vasodilatatie plaats. De efferente paden kunnen sympatisch of vagaal (parasympatisch) beïnvloed worden. Een verhoogde sympatische activiteit zorgt voor vasoconstrictie en een verhoogde hartfrequentie. Dit komt door het stofje epinephrine (adrenaline) en nor-epinephrine (nor-adrenaline), die bindt aan adrenoceptoren op de gladde spiercellen. De β-adrenoceptor wordt geactiveerd door een Gs eiwit en volgt het cAMP protein kinase 1 pathway om verschillende delen in de SA-knoop en myocardcellen te fosforyleren. De If en ICa worden gestimuleerd, waardoor er meer depolarisaties optreden en de hartfrequentie stijgt. Epineprine heeft de hoogste affiniteit voor β-adrenoceptoren en nor-epinephrine heeft juist een hogere affiniteit voor α-adrenoceptoren. Dit laatste gaat via een inositol 1,4,5-trifosfaat pathway, die weer zorgt voor meer calcium ionen influx. De parasympatische activiteit wordt geregeld door de nervus Vagus (CN X) met het stofje acetylcholine, wat zorgt voor vasodilatatie en een verlaagde hartfrequentie. Acetylcholine bindt aan muscarine-receptoren bij pacemakercellen en volgt een pathway door een βγ-heterodimer. Daardoor gaan meer kalium kanalen open staan en de If en ICa worden verlaagd. In myocardiale cellen treedt de phospholipase C pathway op en wordt er uiteindelijk NO gemaakt die de Ca2+ influx remt, wat leidt tot dilatatie. Wanneer er hypoxie optreedt, stimuleren de chemoreceptoren PCO2 verlaging d.m.v. hyperventilatie. Hierbij worden de longen uitgerekt en de stretch receptoren in de longen gestimuleerd, die de pH verhogen, wat weer zorgt voor tachycardie. De cardiac output is het slagvolume (EDV-ESV) maal de hartfrequentie, CO = SV*HR. Een verhoogde cardiac output, zorgt voor een hogere MAP en wordt gereguleerd door intrinsieke karakteristieken en extrinsieke neurale en hormonale wegen. Hoe langer de diastole duurt, hoe langzamer de hartfrequentie. Het eind diastolisch volume (EDV) hangt af van:

• Vullingsdruk: hoe hoger de VR, hoe hoger de druk, hoe hoger EDV
• Vullingstijd: hoe langer de vullingstijd, hoe hoger EDV
• Compliantie van de ventrikel: hoe rekbaarder de wand, hoe hoger EDV

Het eind systolische volume (ESV) hangt af van:

• Preload: hoe hoger EDV, dus hoe hoger SV, hoe meer contractie er kan plaatsvinden. Een te grote EDV zorgt er weer voor dat spiervezels niet meer kunnen contraheren (de wet van Starling).
• Afterload: hoe hoger de kracht die wordt gegeven om de ventrikel samen te knijpen, hoe hoger de MAP, hoe hoger ESV.
• Hartfrequentie: hoe hoger de hartfrequentie, hoe meer calcium ionen vrijkomen, waardoor er meer contractiliteit optreedt en de ESV daalt.
• Contractiliteit: positieve inotropische reacties zorgen voor een verhoging van de calcium concentratie, waardoor er meer contractie op treedt en de ESV daalt.

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

Mechanismen om de bloeddruk te reguleren

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

• neuraal mechanisme

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

• myogeen mechanisme

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

• metabool mechanisme

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

• endotheel mechanisme

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

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

Celmembraan & electrophysiologie

Elektrogene transporters zijn iontransporters die ervoor zorgen dat er een membraan potentiaal ontstaat. Ze verbruiken energie van ATP om het membraanpotentiaal in stand te houden (vaak tegen de concentratiegradiënt in). Voorbeelden zijn de Na/K-pomp en de calciumpomp. Daarbij kunnen cellen ook secundaire actieve transporters hebben, die ook elektrogeen zijn, zoals de natrium/glucose cotransporter. Onderzoek heeft uitgewezen dat de primaire energiebron van het membraanpotentiaal niet het pompen van ionen is, maar potentiele energie, opgeslagen in de concentratiegradiënt.

Er zijn veel modellen gemaakt om het membraanpotentiaal en de concentratiegradiënt te bekijken van verschillende ionen. Hieruit is de Nernstvergelijking voortgekomen. Deze vergelijking kan voorspellen wat het membraanpotentiaal zal zijn, als de concentraties van een ion bekend zijn. Het membraanpotentiaal wordt ook bepaald door de relatieve permeabiliteit van het celmembraan ten opzichte van de verschillende ionen. Toen ionkanalen nog niet ontdekt waren, was er ook een manier om het membraanpotentiaal te voorspellen. Gedacht werd dat dit ging via elektrodiffusie. Hiermee kon het redelijk nauwkeurig bepaald worden.

Glad spierweefsel

Gladde spiercellen hebben als eigenschappen dat ze geen strepen hebben en maar één lange, spoelvormige kern. Ze hebben een trage contractie en worden autonoom bestuurd. Gladde spiercellen bevatten slechts endomysium, geen peri- en epimysium. Gladde spiercellen synthetiseren elastine, collageen, proteoglycanen en een lamina basalis. Een gladde spier is een tonus spier, wat betekent dat het een langdurige contractie kan vasthouden. Het bevat geen sarcomeer, dus de filamenten kunnen ver glijden. De myofilamenten kunnen tegelijk of in golven samentrekken. Gladde spieren bevatten dense bodies. Het sarcoplasmatisch reticulum is slecht ontwikkeld. Caveaolae spelen een rol bij impulsoverdracht in myosfilamenten. Gladde spiercellen kunnen single of multi unit zijn. Contractie kan ontstaan na rekking, bijvoorbeeld in de maag. Cholinerge en adrenerge prikkels werken antagonistisch op gladde spiercellen.

De cellen van glad spierweefsel hebben een contractiel apparaat van dunne en dikke filamenten en een cytoskelet van desmine en vimentine filamenten. Glad spierweefsel is gespecialiseerd in langzame, lange contractie. Gladde spiervezels trekken samen op een golfachtige manier, waardoor peristaltiek ontstaat. Het gladde spierweefsel heeft geen zenuwstimulatie nodig, maar kan spontaan contractie beginnen. Normaliter wordt het gereguleerd door de postganglia van het autonome zenuwstelsel, zowel sympathisch als parasympatisch.

Regeneratie

Satellietcellen zijn stamcellen, net als myoblasten, die zich kunnen delen en differentiëren tot spiercellen. Er zijn geen satellietcellen in hartspierweefsel, dus er is ook geen regeneratie mogelijk van hartspierweefsel. Hypertrofie is mogelijk bij intensieve oefening. De kernen nemen toe en er ontstaat longitudinale splitsing.

Histologie van hematopoëse (13)

Inleiding

Hematopoëse is de nieuwvorming van bloedcellen door middel van proliferatie en differentiatie van een groep ongedifferentieerde stamcellen. Alle celvormen zijn ontstaan uit één cellulair voorstadium: de universele pluripotente hemopoëtische stamcel. Deze cel kan zich differentiëren tot twee lijnen: de myeloïde reeks, waarvanuit de erytrocyt, de megakaryocyt, de monocyt en de granulocyt ontstaat, en de lymfoïde reeks, waaruit de B- en T-lymfocyten ontstaan. Progenitorcellen zijn voorlopers van een uiteindelijke cellijn, bijvoorbeeld de CFU-E (colony-forming-unit erythrocyte) is een progenitorcel van de erytrocyt.

Unipotente progenitorcellen kunnen zich maar tot één bloedcel ontwikkelen, bijvoorbeeld tot de erytrocyt, en bipotente tot 2, zoals de mono- en granulocyten. Door de hoge mitotische activiteit van deze progenitorcellen, hoeven er minder pluripotente stamcellen in het beenmerg aanwezig te zijn.

Regulering van hemopoëse komt tot stand door hemopoëtische factoren (blz. 333). Ze bevorderen de proliferatie van de gerichte stamcellen (CFU’s) en voorlopercellen. Uit deze laatste cellen ontstaan de rijpe bloedcellen.

Typen beenmerg

Belangrijk voor de ontwikkeling van cellen die gevonden worden in het bloed, is het beenmerg. Hiervan zijn er 2 typen te onderscheiden: rood- en geel beenmerg. Op kinderleeftijd is al het beenmerg rood, waarna het na de puberteit slechts te vinden valt in het borstbeen, de wervels, de ribben, het sleutelbeen, en de schedel. Het overige beenmerg is geel geworden.

Rood/ hematogeen/ actief

Deze vorm bevat een stroma met hemapoëtische velden/strengen met het voorstadium bloedcellen te midden van sinusoïden. Het stroma, dat ook wel het basisweefsel is, bevat endotheelcellen, macrofagen en reticulumcellen. Deze laatste lijken op fibroblasten en zijn van belang voor de eiwitsynthese en productie van dunne collagene vezels, fibrolectine, lamine en proteoglycanen. Fibrolectine en lamine zijn belangrijk voor de hechting van cellen aan de stromale grondsubstantie. Interactie van de stromale en hemopoëtische cellen verloopt via humorale groeifactoren/hemopoëtinen. De erytropoëtische celhaarden die daar ook liggen zijn in vergelijking met de granulopoëtische haarden donker, vanwege de vroege pycnose (verdichting en afbraak) van de kernen. Functies van dit beenmerg zijn:

1. Productie bloedcellen van myeloïde lijn

2. Eliminatie en afbraak van versleten erytrocyten en opslag van ijzer en ijzerverbindingen

3. Productie van voorlopercellen van T-lymfocyten, die uiteindelijk in de thymus differentiëren

4. Productie B-cellen (Deze ontwikkelen zich alleen in het beenmerg en de rest (differentiatie etc.) vindt plaats in het bloed)

Geel: Bevat stroma met voornamelijk vetcellen. Hiernaast bevat het eilandjes voor bloedcelvorming en macrofagen. Bij verhoogde behoefte aan bloedcellen wordt dit beenmerg omgezet tot rood beenmerg door de innesteling van nieuwe stamcellen in het beenmerg. Deze zorgen voor het wegduwen van de vetcellen.

Het transport van ijzer wordt door transferrine verzorgd. Het ijzer dat in het beenmerg aankomt wordt dan als ferritine of hemosiderine opgeslagen in het cytoplasma van macrofagen, zodat het gebruikt kan worden bij de productie van hemoglobine in de rijping van rode bloedcellen.

Groeivorming van verschillende cellen

De cellen in ons lichaam hebben allemaal een andere manier om zichzelf te laten groeien en differentiëren. Hieronder zal een overzicht komen van de verschillende groeivormingen.

Erytropoëse is de vorming van rode bloedcellen. Een rijpe rode bloedcel is een cel die al zijn specifieke functies kan uitvoeren. Het rijpingsproces bestaat uit de vorming van hemoglobine en het maken van een erytrocyt met een zo groot mogelijk oppervlak voor optimale diffusie.

Essentieel voor de erytropoëse zijn ijzer, foliumzuur en vitamine B₁₂. Voordat een rode bloedcel gevormd is, zijn er verschillende voorstadia in het proces aanwezig:

• Pro-erytroblast: grote cel met een kern met 2 nucleoli. Het cytoplasma is basofiel door polyribosomen. De eiwitsynthese in deze cel is van belang voor hemoglobine. IJzer wordt via endocytose in transferrine vorm aan de cel gegeven. Soms verloopt dit proces via macrofagen.

• Basofiele erytroblast: cel van 13 -16 micrometer. Bevat een condenserende kern en ophoping van ferritine. Deze cel ondergaat 1 mitotische deling.

• Polychromatofiele erytroblast:: kleinere cel (12-14μm). Cytoplasma bevat voldoende hemoglobine (Hb) om acidofilie te veroorzaken. Hiernaast is het ook nog basofiel door de aanwezigheid van polyribosomen. Deze cel ondergaat 1 of 2 delingen, waardoor het aantal celorganen ook gereduceerd wordt.

• Orthochromatofiele erytroblast (normoblast): bevat een kern met dicht gecondenseerde chromatine. Het is de kleinste cel (8 -10μm) en zal dus bij de verdere vorming niet kleiner worden. Het cytoplasma is geheel acidofiel en de pycnotische kernen worden uitgestoten.

• Reticulocyt: cel zonder kern. Deze bevinden zich langs de wand van sinusoïden om in het bloed te komen. Deze cel wordt zo genoemd vanwege het reticulum (netwerk) rRNA dat zich in de cel bevindt.

• Rijpe erytrocyt: op het moment dat de reticulocyt zijn rRNA uitstoot, en nog iets krimpt qua omvang, wordt het een rijpe erytrocyt genoemd.

Een belangrijke term in het kader van de erytropoëse is het zogenaamde erythron: dit is het totaal van alle erytrocyten met voorstadia en de aanwezigheid van hemoglobine. Ze zijn belangrijk voor O₂ en CO₂ vervoer. CFU-E is de directe progenitorcel van de pro-erytroblast en heeft receptoren voor erytropoëtine, een hormoon dat belangrijk is voor de regulatie van erytropoëse. Androgene hormonen (anabolen) hebben ook een stimulerend effect op de erytropoëse. De totale erytropoëse duurt 7 dagen.

Granulocytopoëse stelt de vorming van granulocyten voor. Bij deze vorming vinden er weer verschillende fasen plaats:

• Myeloblast: middelgrote cel (10 -15μm) met een grote bolvormige kern met 1-3 nucleoli. Bevat veel mitochondriën, vrije ribosomen en verspreide cisternen van het RER.

• Promyelocyt: De een na grootste cel in het beenmerg (tot 20μm). De nucleoli zijn opvallend aanwezig en het RER en Golgi-complex zijn goed ontwikkeld. Het cytoplasma is meer basofiel en bevat veel azurofiele granula met lysosomale enzymen.

• Myelocyt: bevat een ovale kern die excentrisch ligt. De myelocyt is even groot als een myeloblast. De cel wordt onderscheiden in drie vormen:

1. Neutrofiele: bevat talrijke azurofiele granula te midden van een specifieke granula. Differentiatie van deze cel zorgt voor minder granula, omdat de granula alleen te ontwikkelen zijn in de promyelocyt-fase.

2. Eosinofiel: bevat één granula.

3. Basofiel: bevat één granula.

• Metamyelocyt: bevat een boonvormige kern met een deuk. Het cytoplasma is roze en uit één zo’n cel ontstaat één rijpe neutrofiele, basofiele of eosinofiele granulocyt.

Het ontwikkelingspatroon van de verschillende myelocyten bevat een differentiatiefase met delingen die 4-6 dagen duurt, gevolgd door een rijpingsfase zonder delingen. De neutrofielen en voorlopers kunnen in 4 verschillende compartimenten onderscheiden worden, namelijk een medullair vormingscompartiment waar de nieuwe vorming en rijping plaats vindt, een medullair opslagcompartiment, een compartiment van het circulerend bloed en een compartiment van marginerende cellen. Bij dit laatste compartiment bevinden ze zich in het perifere bloed, maar circuleren ze niet door bijvoorbeeld verkleving aan de vaatwand.

Monocytopoëse is de vorming van monocyten. Pluripotente stamcellen differentiëren zich via myeloblasten tot monoblasten. Deze basofiele cel met grote lichte kern deelt zich verder in promonocyten die een ingedeukte kern en basofiel cytoplasma bevatten. Uit promonocyten ontstaan via mitose monocyten. Wanneer deze de bloedbaan via diapedese (migratie) verlaten, kunnen ze zich verder differentiëren tot macrofagen.

Mononucleaire-fagocytensysteem: alle macrofagen vormen met hun voorlopercellen één familie, die ook wel het mononucleaire-fagocytensysteem wordt genoemd. Er zijn verschillende soorten macrofagen als long-, bindweefsel- en buikholtemacrofagen. Naast macrofagen worden de osteoclasten en microgliacellen ook tot deze groep beschouwd, omdat ze zich allemaal ontwikkelen uit voorlopercellen van mononuclelaire fagocyten uit het beenmerg. In het systeem zijn er 2 subtypen, namelijk de sterk fagocyterende elementen, zoals macrofagen, en de populatie dendritische cellen, die een beperkend fagocyterend vermogen hebben en als antigeenpresterende cellen worden beschouwd.

Lymfocytopoëse is de vorming van lymfocyten. Bij deze vorming kunnen de cellen zich steeds opnieuw na contact met een antigeen differentiëren en prolifereren buiten het beenmerg. Er zijn 2 verschillende fasen te onderscheiden, namelijk de antigeenonafhankelijke en de antigeenafhankelijke fase. Bij deze vorming is CFU-LY (colony-forming-unit lymphocytes) de gemeenschappelijk gerichte stamcel. De B- en T-lymfocyten die gevormd worden gaan een verschillende ontwikkelingsreeks door.

1. B-lymfocyten: De antigeenonafhankelijke fase van de B-lymfocyt vindt plaats in het beenmerg. Een pro-B lymfocyt ontwikkelt zich uit de stamcel zonder immuunglobulinen. Uit deze cel ontwikkelt zich de pre-B-lymfocyt door herschikking en mutatie in de genengroepen van het DNA. Vervolgens worden μ-ketens, zware ketens van immuunglobuline IgM, gemaakt. Nadat ook een L-keten, lichte keten, is gevormd, worden complete immuunglobulinenmoleculen van het type IgM en IgD op het celoppervlak gebracht. Hierdoor ontstaat een rijpe B-cel. Wanneer deze lymfocyten aan het bloed worden afgegeven kunnen ze zich verder rijpen en andere antilichamen vormen. De antigeenafhankelijke fase vindt plaats in lymfoïde organen.

2. T-lymfocyten: Een prothymocyt ontwikkelt zich uit een stamcel en wordt vanuit het beenmerg via het bloed naar de thymus verplaatst. Hier kan de cel zich als een thymocyt gaan differentiëren. In de thymus vindt ook wel de antigeenonafhankelijke fase plaats. In de thymus vindt celvermenigvuldiging plaats en vervolgens worden er T-celreceptoren aan het oppervlak geplaatst om antigeen te herkennen. Een klein deel van de T-lymfocyten wordt aan het bloed afgegeven. De antigeenafhankelijke fase vindt plaats in lymfoïde organen.

Thrombocytopoëse is de vorming van thrombocyten. Deze vorming vindt plaats in het beenmerg. Voordat de bloedplaatjes ontstaan, moeten er nog eerst 2 fasen worden doorlopen met voorlopercellen:

1. Megakaryoblast: 15-50μm met een niervormige diploïde kern met talrijke nucleoli. Het cytoplasma is basofiel door vrije ribosomen. In deze cel vindt endomitose plaats waardoor de kern 8,16 of 32 maal het diploïde chromosoomaantal bezit. Het bevat azurofiele granula die uiteindelijk het granulomeer zullen gaan vormen.

2. Megakaryocyt: Deze cel krijgt een toename van membraanprofielen, de demarcatiemembranen. Hieruit ontwikkelen zich zogenaamde prospectieve plaatjesvelden waarin bloedplaatjes en alle andere organellen te herkennen zijn. Aan deze cel zitten sliertvormige aanhangsels/plaatjeslinten die in het endotheel steken. Deze linten worden geacht de thrombocyten te zijn en omdat ze zo goed uitsteken, kunnen ze makkelijk door het bloed meegenomen worden.

Embryonale hemopoëse stelt de celvorming voor in de embryonale periode. Tijdens de intra-uteriene periode zijn er 3 fasen te onderscheiden:

1. Primordiale/prehepatische fase: In deze fase ontstaan in de dooierzak tijdens de 3^e week de eerste bloedeilandjes. Het endotheel van de eerste bloedvaten ontstaat uit omringende mesenchymcellen. Door aaneensluiting van endotheelcellen kunnen de cellen naar andere plekken gaan. De stamcellen delen en differentiëren zich en worden primitieve erytroblasten.

2. Hepatoliënale fase: In de 2^e maand verplaatst de locatie van de bloedcelvorming zich naar de lever en de milt. In het mesenchym van de lever zijn dan voorstadia van granulocyten en megakaryocyten te onderscheiden.

3. Medullaire fase: de eerste medullaire hemopoëse vindt plaats in het beenmerg van de clavicula. Doordat de botaanmaak pas vanaf de 2/3^e maand in de intra-uteriene fase plaatsvindt, kunnen er vanaf dat moment pas cellen worden aangemaakt in het beenmerg. Vanaf dat moment kan ook de aanmaak van lymfocyten op gang komen.

Histologie van het verteringskanaal (15)

Inleiding

Het verteringsstelsel bestaat uit het verteringskanaal (mondholte, oesophagus, maag, dunne en dikke darm, rectum en anus) met geassocieerde klieren (speekselklieren, lever en pancreas). De functie van het verteringsstelsel is het absorberen van moleculen uit het voedsel, die nodig zijn voor de voorziening, groei en energiebehoefte van het lichaam. Macromoleculen zoals eiwitten, vetten en koolhydraten worden afgebroken tot kleinere moleculen, die vervolgens geabsorbeerd kunnen worden (vooral door de dunne darm). De binnenlaag van het maagdarmkanaal vormt een beschermende barrière tussen het lumen en het interne milieu.

De eerste stap in de vertering vindt plaats in de mondholte waar voedsel wordt bevochtigd door speeksel en gemalen door de tanden. Ook begint speeksel met de afbraak van koolhydraten en vetten door de enzymen amylase respectievelijk linguaal lipase.

Vertering gaat door in de maag, en in de dunne darm, waar de verteringsproducten worden opgenomen. Waterabsorptie vindt plaats in de dikke darm.

Algemene structuur van het verteringskanaal

Het verteringskanaal is een lange buis met een lumen van verschillende diameters. De wand van het lumen bestaat uit vier hoofd lagen: de mucosa, submucosa, muscularis en serosa.

De mucosa bestaat uit een laag epitheel, de onderliggende lamina propria en de muscularis mucosae. De lamina propria van los bindweefsel is rijk aan bloedvaten, lymfevaten, lymfocyten en gladde spiercellen (bovendien bevat de lamina propria soms klieren). De muscularis mucosae scheidt de mucosa van de submucosa.

De submucosa bestaat uit dicht bindweefsel en bevat veel bloed- en lymfevaten en uiteinden van zenuwen.

De dikke muscularis bestaat uit gladde spiercellen. Deze zijn opgesteld in twee spierlagen: een circulaire laag (aan de kant dichtbij het lumen) en een longitudinale laag die zich daaromheen bevindt. In het bindweefsel tussen de spierlagen zijn bloed- en lymfevaten en zenuwen (de plexus van Auerbach) aanwezig.

De serosa is een dunne laag van los bindweefsel, rijk aan bloed- en lymfevaten en vetweefsel, met een simpele, schubvormig bedekkende epitheellaag (het mesothelium). In de buikholte is de serosa verbonden met het peritoneum van de organen. Structuren die niet gebonden zijn aan het peritoneum, worden omgeven door een dikke adventitia (dikkere bindweefsellaag).

De hoofdfuncties van epitheelweefsel in het verteringskanaal zijn:

• Het vormen van een selectieve barrière tussen lumen en intern milieu;

• Het vergemakkelijken van transport en vertering van voedsel;

• Het bevorderen van de absorptie van verteringsproducten;

• Het produceren van hormonen die de activiteit van het verteringsstelsel beïnvloeden;

• Het produceren van slijm voor ‘smering’ en bescherming.

De overvloedig aanwezige lymfoïde knobbeltjes in de lamina propria en de submucosa beschermen tegen bacteriële invasie. Dit is nodig omdat bijna het gehele verteringstelsel bestaat uit een eenvoudig, dun en kwetsbaar laagje epitheel. De lamina propria onder het epitheel is rijk aan lymfocyten en macrofagen.

Door de muscularis mucosae kan de mucosa onafhankelijk van de andere delen van het verteringskanaal bewegen. Hierdoor kan het contact van de epitheelcellen met voedsel toenemen. De contracties van de muscularis zorgen voor het voortstuwen en mixen van het voedsel. De samentrekkingen worden gereguleerd door impulsen van het autonome zenuwstelsel.

Mondholte

De mondholte wordt bedekt met gelaagd, verhoornd of niet-verhoornd (afhankelijk van de plaats) plaveiselcelepitheel. In de mondholte verschilt de exacte aard van het epitheel per regio; daar waar het op een zachte ondergrond zit bestaat de bovenlaag van het epitheel uit een dikke laag met veel watergevulde epitheelcellen. Bovenop de tong is veel straffer epitheel aanwezig evenals op het harde gehemelte en het tandvlees waar het half verhoornd is. De verhoornde laag beschermt de mucosa tijdens het kauwen. De oppervlaktecellen worden voortdurend afgestoten en vervangen door dochtercellen van stamcellen die zich in de basale epitheellaag bevinden.

De tong is een massa van dwarsgestreept spierweefsel. Tussen de spierbundels is bindweefsel aanwezig en het oppervlak is bedekt met mucosa. Het slijmvlies van de tong is onregelmatig en bedekt met zogenaamde papillen. Vooral achter op de tong zijn vele uitstulpingen zichtbaar (tongamandelen en lymfoïde knobbeltjes).

Er zijn vier soorten papillae:

• Filiforme papillae

• Fungiforme papillae

• Foliaatpapillae

• Vallaatpapillae.

Smaakpapillen zijn eivormige structuren in het epitheel van mondslijmvlies en tong. Alle papillae behalve de filiforme papillae bevatten smaakpapillen; de vallaatpapillae bevatten de meeste smaakpapillen. Smaakpapillen bestaan uit smaakcellen en ondersteunende cellen. Elke smaakpapil rust op de basale lamina en is omgeven door sensorische neuronen. Moleculen in het voedsel binden aan de smaakreceptoren, waardoor smaak wordt geregistreerd.

De pharynx (keelholte) verbindt de mondholte met de oesophagus en luchtpijp. Ook de pharynx wordt bedekt met meerlagig plaveiselcelepitheel. Dit epitheel is niet verhoornd.

De volwassen mens heeft normaal 32 permanente tanden (in elk kwadrant acht tanden). De tanden hebben een kroon, een smallere hals en een wortel in het tandvlees. De kroon wordt bedekt door erg hard glazuur (emaille) en de wortels door botachtig cement. Het pulp in de tand is geïnnerveerd door vele neuronen, waardoor deze erg gevoelig zijn.

Oesophagus

De hoofdfunctie van de oesophagus is het verbinden van de pharynx met de maag, zodat het voedsel naar de maag getransporteerd kan worden. De slokdarmwand wordt bedekt met gelaagd, niet verhoornd plaveiselepitheel met stamcellen verspreid over de basale laag. In het algemeen heeft de slokdarm dezelfde lagen als de rest van het verteringskanaal.

In de submucosa komen groepen voor van kleine klieren die slijm uitscheiden (oesofagiale klieren). De slijmlaag die hierdoor ontstaat beschermt de wand van de oesophagus en zorgt ervoor dat voedsel makkelijk naar de maag glijdt. In de lamina propria dichtbij de maag komen ook klieren voor die slijm uitscheiden (oesofagiale cardiale klieren).

Slikken begint met een controleerbare beweging, maar gaat over in een onvrijwillige peristaltiek. In het eerste gedeelte van de slokdarm bestaat het spierweefsel uit skeletspierweefsel. Het middenstuk bevat een combinatie van skeletspierweefsel en glad spierweefsel. Het laatste deel (bij de maag) bestaat uitsluitend uit glad spierweefsel. Alleen dit laatste deel van de slokdarm is bedekt met sereuze vliezen. De rest wordt bedekt met een laag los bindweefsel (adventitia).

Maag

De maag is een combinatie van een exo- en endocrien orgaan. De maag verteert voedsel door secretie van enzymen, maar scheidt dus ook hormonen af. De vertering van koolhydraten wordt in de maag gestopt vanwege de lage pH. De vertering van eiwitten en vetten vindt plaats door de enzymen pepsine enlipase. Daarnaast zorgt de maag door spieractiviteit voor menging van het voedsel.

De maag is in te delen in vier regio’s:

• De cardia: de overgang van de oesophagus naar de maag;

• De fundus: het hoogste gedeelte van de maag;

• De corpus: het grootste deel van de maag dat zich in het midden van de maag bevindt;

• De pylorus: het onderste deel van de maag, bij de overgang van de maag naar het duodenum.

Bij de overgang van oesophagus naar maag gaat het meerlagig plaveiselepitheel abrupt over in eenlagig cilindrisch epitheel. Alle cellen in dit epitheel bestaan uit slijmbekercellen. Het epitheel kent uitlopers naar het lamina propria die gastric pits genoemd worden. In de gastric pits komen buisvormige, vertakte klieren uit, die karakteristiek zijn voor de maag. De cellen produceren een beschermende slijmlaag, zodat zoutzuur, pepsine en lipase het epitheel niet kunnen aantasten.

Regionale verschillen in de maagmucosa

De cardia is het smalle circelvormige gebied tussen de slokdarm en de maag. De pylorus is de trechtervormige opening richting het duodenum. Het slijmvlies in beide gebieden bevat buisvormige klieren (cardiale klieren en pylorische klieren). De pits zijn dieper gelegen in de pylorus dan in de cardia. De klieren geven overvloedig mucus en lysozymen af.

In de fundus en het corpus van de maag bevat de mucosa vele vertakte, buisvormige maagklieren, die vaak uitmonden in een pit.

In de klierbuisjes worden vaak nog een isthmus, een nekgedeelte en een basis onderscheiden. Deisthmus bevat ongedifferentieerde stamcellen, pariëtale cellen en differentiërende slijmcellen, die de oppervlakteslijmcellen kunnen vervangen. De hals van de klier bestaat uit stamcellen, slijmhalscellen en pariëtale cellen. De basis bevat pariëtale cellen en zymogene chiefcellen. Entero-endocriene cellen verspreiden zich in de nek en basis van de klieren.

De verschillende soorten cellen in de maag hebben verschillende kenmerken:

• Pariëtale cellen scheiden zowel zoutzuur als intrinsieke factor uit.

• Chiefcellen (zymogene cellen) overheersen in de onderste regio van de buisvromige klieren. Zij produceren inactief pepsinogeen, dat snel wordt omgezet in actief pepsine door de zure omgeving. Daarnaast produceren zij lipase en het hormoon leptine.

• Entero-endocriene cellen zijn een bepaald epitheelceltype en scheiden voornamelijk serotonine uit.

• Stamcellen zijn gering in de nek van de klierbuis aanwezig. Een deel van de dochtercellen verplaatst zich naar boven. De rest verplaatst naar onder, richting de klieren. Zij differetiëren tot pariëtale cellen, chiefcellen of entero-endocriene cellen.

De submucosa van de maag bestaat uit bindweefsel met bloed- en lymfevaten. Hierin zijn vele lymfoïde cellen, macrofagen en mast cellen aanwezig. De muscularis bevat niet twee, maar drie spierlagen, die in verschillende richtingen verlopen: de buitenste spierlaag is longitudinaal van richting, de middelste laag circulair en de binnenste spierlaag is schuin van richting. Op die manier kan voedsel in alle richtingen doorkneed worden met maagsap.

Productie van maagsap

Het maagsap wordt geproduceerd door het maagepitheel. Maagsap is een waterige oplossing waarin zoutzuur (HCl (denatureert eiwitten)), mucus (voor bescherming tegen zuur en pepsine), bicarbonaat (controleert pH in de muceuze beschermingslaag), pepsinogeen (voorloper van pepsine dat eiwitten afbreekt) en intrinsic factor (bindt vitamine B12 en maakt door het binden de opname van vitamine B12 mogelijk) worden uitgescheiden.

De zoutzuursecretie verloopt als volgt:
ATP-verbruikende H+-pompen zorgen voor de afgifte van H+ terwijl tegelijkertijd K+ wordt opgenomen uit het maaglumen. Via andere kanalen komt Cl- het lumen in. Er zijn veel H+-pompen in het celmembraan nodig, dus de zoutzuurproducerende pariëtale cellen hebben een zeer sterk vergroot luminaal celmembraan. Het pompen van H+-ionen naar het lumen van de maag kost veel energie. Om die reden zijn er tevens veel mitochondriën aanwezig in de parietale cellen.

Secretie van maagzuur wordt door een aantal factoren gereguleerd:

• Parasympathisch via de nervus vagus door het ruiken en zien van voedsel;

• Hormonaal door gastrine dat de zoutzuurproductie sterk stimuleert. Gastrine wordt geproduceerd door entero-endocriene kliercellen, de zogenoemde G-cellen, die zich in de maagkliertjes van de pylorus bevinden. Gastrine komt terecht in de lamina propria van de maagkliertjes van de fundus (daar zitten met name de pariëtale cellen) en stimuleert daar de lokale mast cellen. Deze scheiden histamine uit en stimuleren daarmee tevens de pariëtale cellen.

Wanneer pariëtale cellen niet goed functioneren zal behalve de productie van HCl ook de productie vanintrinsic factor teruglopen.

Het epitheel in de maag wordt door slijm beschermd tegen de grote hoeveelheden sterk zuur die in het maaglumen uitgescheiden worden. Zelfs in de maagkliertjes is slijm aanwezig. De buurcellen van de pariëtale cellen maken bicarbonaat om de directe bedreigingen van sterk zuur te kunnen weerstaan.

Dunne darm

In de dunne darm vinden de laatste verteringsprocessen plaats. Daarnaast speelt de dunne darm een zeer belangrijke rol bij de absorptie van verteringsproducten. De dunne darm is relatief lang (ongeveer 5 meter) en bestaat uit het duodenum, jejunum en ileum. De wand van de dunne darm laat een serie permanente vouwingen zien die bestaan uit mucosa en submucosa. Deze vouwingen worden de plicae circulares genoemd. Plicae circulares komen vooral voor in het jejunum.

Er zijn daarnaast ook villi aanwezig (darmvlokken). Villi zijn uitgroeiingen van de mucosa (en bestaan dus uit epitheel én lamina propria). Villi bestaan uit eenlagig epitheel met absorptieve cellen (enterocyten) enslijmbekercellen. Tussen de villi komen openingen voor met korte buisvormige klieren, de zogenaamdecrypten. In het duodenum zijn de villi bladvormig en bewegen zij in de richting van het ileum.

Enterocyten, de absorberende cellen, zijn groot en zuilvormig. Aan de top van deze cellen is de zogenaamde brush border aanwezig. Dit is een laag dicht opeen geplaatste microvilli. De microvilli vergroten het contactoppervlak tussen enterocyten en voedingstoffen aanzienlijk. In de brush border zitten disacharidases en dipeptidases, die disachariden en dipeptiden afbreken. Vervolgens worden de ontstane monosachariden en aminozuren gemakkelijk opgenomen door middel van actief transport.

Gal emulgeert vetten, die vervolgens door lipasen verder worden afgebroken tot glyceriden en vetzuren. De vrije vetzuren kunnen door het epitheliale membraan van de darm heen diffunderen. De kleinere vetzuren en glycerol gaan zo door de enterocyt heen en komen vervolgens in het bloed terecht. Diacylglycerolen, monoacylglycerolen en langere vetzuurketens worden met behulp van transporters naar het ruw ER gevoerd en weer met behulp van glycerol tot vetten (triglyceriden) opgebouwd. Daarnaast worden er lipoproteinen aan de vetdruppels toegevoegd. Hierdoor ontstaan de zogenaamdechylomicronen. Chylomicronen zijn kleine, intracellulaire aggregaten van vetten en lipoproteïnen. Deze worden geëxocyteerd, komen in het bindweefsel terecht en worden opgenomen in de lymfecapillairen.

Brush borderenzymen zijn de enzymen die in het apicale celmembraan van de enterocyten vastzitten en met hun geglycosyleerde, ezymatische deel uitsteken in het darmlumen.

Micellen zijn kleine aggregaten van vetten en galzouten, ontstaan door steeds verdere emulgatie van vetten door lipasen en gal in het darmlumen.

De plicae circulares, villi en microvilli samen zorgen voor een sterke vergroting van het oppervlak van de darm. In vergelijking met een buis zonder vouwingen is de oppervlakte 600-700 maal zo groot. Door deze vergroting is het mogelijk meer voedingsstoffen op te nemen.

Slijmbekercellen komen vooral voor in het ileum en nauwelijks in het duodenum.

In het eerste stuk van de dunne darm wordt veel beschermend slijm uitgescheiden door de klieren van Brunner, die in de darmwand gelegen zijn. In combinatie met het basische pancreassap neutraliseert dit de zure brij die vanuit de maag in de dunne darm komt. Wanneer deze bescherming er niet is of slechts gedeeltelijk, dan is de kans op aantasting van het darmepitheel en het direct daaronder gelegen bindweefsel door maagzuur groot. Deze aantasting kan resulteren in darmulcers.

Entero-endocriene cellen zijn aanwezig in verschillende delen van de dunne darm. Na stimulatie scheiden zij hun secreet af. De secreten kunnen vervolgens paracriene (lokaal) of endocriene (via het bloed) effecten veroorzaken. Het hormoon secretine stimuleert de afgifte van alvleessappen.

De lamina propria van de dunne darm bestaat uit los bindweefsel met bloedvaten, lymfevaten, neuronen en gladde spiercellen. De gladde spiercellen in de villi zorgen voor rithmische bewegingen, die absorptie bevorderen. De muscularis mucosae zorgt voor lokale bewegingen van de villi en plicae ciculares.

De lymfevaten die aanwezig zijn in de villi, worden ook wel lacteals genoemd.

Dikke darm

De mucosa van de dikke darm kent geen vouwingen (behalve in het rectale deel) en villi. De mucosa wordt doorboord door buisvormige darmklieren, bedekt met slijmbekercellen en absorberende cellen (decolonocyten). De colonocyten hebben korte, onregelmatige microvilli.

Stamcellen van het epitheel van de dikke darm komen voor in het onderste gedeelte van elke klier. De dikke darm heeft de volgende functies:

• Het absorberen van water;

• Het indikken van het onverteerd materiaal;

• Het produceren van slijm om het darmoppervlak te smeren;

• Het tijdelijk opslaan van de inhoud.

De dikke darm bestaat uit het caecum met appendix, de colon ascendens, het colon transversum, decolon descendens, het colon sigmoïdium en het rectum.

De muscularis bestaat uit longitudinaal en circulair spierweefsel. De longitudinale spierlaag van de muscularis is geconcentreerd in drie taeniae. Deze taeniae zijn eigenlijk net iets te kort voor de dikke darm, waardoor de bekende zakjes van de dikke darm ontstaan. Deze zakjes worden ook wel haustragenoemd. Het serosa van de darm is verbonden met het mesenterium en bevat vele uitstulpinkjes van vetweefsel: de zogenaamde appendices omentales. De lamina propria is rijk aan lymfoïde cellen en knobbeltjes, die vaak in de submucosa uitsteken. Dit houdt verband met de grote bacteriepopulatie in de dikke darm.

De appendix wordt gekarakteriseerd door een relatief klein en onregelmatig lumen, kortere en relatief minder buisvormige klieren en geen taeniae. Omdat de appendix een relatief statische gesloten zak is, kan deze gemakkelijk ontsteken (appendicitis).

In de anale regio is een reeks longitudinale vouwen aanwezig, de anale kolommen. Net boven de anale opening wordt het slijmvlies vervangen door gelaagd epitheel.

Histologie van de organen geassocieerd met het verteringskanaal (16)

Inleiding

Er zijn verschillende organen betrokken bij het verteringskanaal. Die organen betreffen:

• De speekselklieren;

• De pancreas;

• De lever;

• De galblaas.

Producten van deze organen vergemakkelijken de vertering of absorptie in het maagdarmkanaal.

De belangrijkste functie van de speekselklieren is het bevochtigen en smeren van het ingenomen voedsel. Daarnaast bevat speeksel amylase voor de vertering van koolhydraten, linguaal lipase dat betrokken is bij de vetvertering, en bacteriostatische stoffen. Deze bacteriostatische stoffen betreffen IgA, lysozymen enlactoferrine, die bacteriën doden.

De alvleesklier (pancreas) produceert spijsverteringsenzymen en hormonen. De lever produceert gal. Deze vloeistof is belangrijk voor de afbraak van vetten. De lever speelt verder een belangrijke rol in het eiwit-, vet- en koolhydraatmetabolisme. Het ontgift vele schadelijke stoffen en medicijnen. Daarnaast produceert de lever de meeste bloedplasmaeiwitten, onder andere eiwitten die betrokken zijn bij de bloedstolling. De galblaas absorbeert water uit het door de lever geproduceerde gal en slaat het op in een geconcentreerde vorm.

Speekselklieren

Speekselklieren zijn exocriene klieren die speeksel produceren. Naast de smerende en antibacteriële functie, heeft speeksel ook een bufferende werking door zijn pH-waarde van 6,5-6,7. Er zijn 3 grote speekselklieren die 90% van het speeksel produceren:

• De glandula parotis: een sereuze klier die veel eiwitrijk speeksel maakt. Dit speeksel bevat dus onder andere veel amylase. Deze klieren bevinden zich vlak voor de oren.

• De glandula sublingualis: een gemengde klier met een muceuze neiging die met name zorgt de productie van veel mucus (slijm). Deze klier bevindt zich onder de tong.

• De glandula submandibularis: een gemengde klier die zowel slijm als eiwit produceert. De klier bevindt zich onder de onderkaak (mandibula).

Verder komen er ook meerdere kleinere speekselklieren voor in de mondholte die zorgen voor de resterende 10% van de speekselproductie.

Verminderde functie van de grote speekselklieren resulteert in tandbederf, atrofie van de orale mucosa en spraakproblemen. Elke grote speekselklier wordt omgeven door een kapsel van bindweefsel. Het parenchym van elk bestaat uit secretieve eindproducten en een vertakt afvoerbuissysteem georganiseerd in lobules, die van elkaar worden gescheiden door bindweefselschotten. Het uitgescheiden speeksel wordt aangepast door de cellen van het afvoerbuissysteem. Deze resorberen Na+ en Cl- en voegen groeifactoren en verteringsproducten toe.

De producten van klieren kunnen sereus, seromuceus of muceus zijn, afhankelijk van de aanwezige glycoproteïnen. Sereuze klieren maken onder andere spijsverteringsenzymen aan. De cellen zijn vaak sterk gepolariseerd, met een grote basale kant en een kleine apicale kant (een soort piramidevorm). Aangrenzende cellen worden met junctions verbonden en vormen zo acini met een klein lumen in het centrum. Acini en hun kanaalsystemen lijken vaak op druiven aan een steel (acinus betekent druif). Deglandula parotis is sereuze klier.

De submandibulaire en sublinguale klieren produceren seromuceus speeksel.

Muceuze kliercellen zijn meer kubisch of kolomvormig. Deze scheiden hydrofiele glycoproteïnen uit die belangrijk zijn voor het smeren en bevochtigen van voedsel. Deze klieren zijn meer georganiseerd in buizen en maken slijm aan.

Het bindweefsel van de grote speekselklieren bevat veel lymfocyten en plasmacellen. Deze plasmacellen geven IgA af, dat een complex vormt met een secreet van de speekselklier. Het IgA-secreetcomplexweerstaat de verteringsenzymen en vormt een immunologische afweer tegen ziekteverwekkers in de mondholte.

De kanalen van elke lobulus convergeren, zodat zij samen een interlobulaire leiding vormen. Deze kanaaltjes zijn in eerste instantie bedekt met kubisch epitheel, maar meer distaal wordt dit zuilvormig. Het hoofdkanaal van elke grote speekselklier komt uit in de mondholte. De speekselklieren worden vaak parasympatisch gestimuleerd door de geur of smaak van voedsel. Dit zorgt voor een overvloedige waterige afscheiding. Sympathische stimulatie remt de secretie van speeksel.

Specifieke kenmerken van de grote speekselklieren betreffen de volgende:

• De glandula parotis is gelegen in de wang bij het oor. Het is een vertakte acinaire klier (met veel holten). Deze bestaat uitsluitend uit sereuze cellen, die rondom een zeer klein lumen zijn gelegen. Het speeksel bevat veel amylase en prolinerijke eiwitten. Amylase zorgt voor de vertering van koolhydraten. Prolinerijke eiwitten hebben antimicrobiële eigenschappen en binden calciumionen, wat zorgt voor de bescherming van het tandglazuur.

• De submandibulaire klier is een vertakte tubuloacinaire klier (met buisvormige kanaaltjes). Deze klier bevat zowel muceuze als sereuze cellen. Naast amylase en prolinerijke eiwitten, scheiden de sereuze cellen ook lysozymen af. Lysozymen hydrolyseren de wand van bacteriën.

• De sublinguale klier is een vertakte tubuloacinaire klier (met buisvormige kanaaltjes). Hier overheersen de slijmcellen. Het belangrijkste speekselproduct is dan ook slijm (mucus), maar bevat in kleinere mate amylase en lysozyme.

De kleinere speekselklieren zijn verspreid over de orale mucosa en hebben korte leidingen naar de mondholte. Meestal scheiden zij slijm uit. Daarnaast komt de complexvorming met IgA van lymfocyten veel voor bij de kleine speekselklieren.

Pancreas

De pancreas is zowel een exo- als een endocrien orgaan, dat zowel spijsverteringsenzymen als hormonen produceert. De pancreas ligt grotendeels retroperitoneaal transvers over de dorsale buikwand, achter de maag met de kop in de C-bocht van het duodenum en met de staart tegen de milt. De pancreas wordt bedekt met een laag bindweefsel dat schotten vormt in de pancreas waardoor er lobben ontstaan. De acini worden omgeven door de basale lamina, die op zijn beurt weer wordt omgeven door een rijk capillair netwerk. De menselijke pancreas produceert meer dan 20 soorten eiwitten. De spijsverteringsenzymen worden geproduceerd door het grote exocriene gedeelte van de pancreas. Hormonen worden gesynthetiseerd in clusters van endocriene cellen, bekend als de eilandjes van Langerhans. Het exocriene deel is een acinaire klier (met veel holten, druifstructuur). Kanaaltjes komen samen tot een groot interlobulair kanaal, omgeven door zuilvormig epitheel. Elke exocriene acinus van de pancreas bestaat uit verschillende sereuze cellen rondom een klein lumen. De pancreas produceert veel enzymen die nodig zijn bij de vertering van voedsel in de darm. Door de pancreas worden in het darmlumen bicarbonaat, trypsinogenen, chymotrypsinogeen, pro-elastase, proprotease E, procarboxypeptidase A, procarboxypeptidase B, α-amylase, carboxylesterlipase, lipase, RNA-ase, DNA-ase en colipase uitgescheiden. In totaal scheidt de pancreas 1,5 tot 2 liter vocht uit per dag.

Verteringsenzymen worden als inactieve zymogenen in granules van acinaire cellen opgeslagen. Het membraan van de granule is impermeabel voor de zymogenen, zodat eiwitten in de rest van de cel beschermd zijn tegen deze zymogenen. In de granule is ook pancreatisch trypsine-inhibitor opgeslagen om tot 20% van de mogelijke trypsineactiviteit te remmen. Enzymactiviteit wordt bovendien geremd door condensatie van de zymogenen, de lage pH en de ionen in de omgeving. Te vroeg geactiveerde enzymen worden gedegradeerd door andere eiwitten of gesecreteerd voordat schade aangericht kan worden.

Na de secretie van trypsinogenen in het lumen van de dunne darm, worden deze gesplitst en geactiveerd door enterokinase. Hierdoor ontstaat actief trypsine. Trypsine activeert andere proteasen in een activeringscascade.

Pancreassecretie wordt voornamelijk gereguleerd door twee hormonen: secretine en cholecystokinine,oftewel CCK. Daarnaast stimuleren ook parasympatische impulsen de secretie.

Chyme (de maagvoedselbrij) in de proximale dunne darm stimuleert pancreassecretie op drie manieren tijdens de intestinale fase. Ten eerste- secreteren S-cellen in het duodenum secretine als reactie op het maagzuur. Secretine zorgt voor afgifte van HCO3- en water door cellen in de ductus. Deze basische vloeistof neutraliseert de zure chyme en zorgt voor een optimale pH voor de pancreasenzymen.

Lipiden en aminozuren stimuleren I-cellen in het duodenum tot CCK-secretie en CCK stimuleert acinaire cellen tot afgifte van verteringenzymen. Er bestaat ook een neuronale pathway die acinaire cellen tot secretie aanzet (de zogenaamde vasovagale enteropancreatische reflex).

Verschil histologisch beeld pancreas voor en na eten

Voor het eten is te zien dat de granules in de acinaire cellen vol zitten met gecondenseerde enzymen. Na een maaltijd is te zien hoe de granules hun inhoud afgeven aan het lumen van de ductus (de invoegende buizen naar de intralobulaire gangen). Voor de maaltijd is de acinaire cel bezig de granules te vullen met verteringsenzymen. Na de maaltijd zijn de granules praktisch leeg.

Invoegende buizen en centroacinaire cellen

De cellen die de invoegende buizen omlijnen, scheiden water en bicarbonaationen uit in het pancreassap. Deze invoegende buizen monden uit in de intralobulaire buizen. Centroacinaire cellen zijn cellen die zich vaak in het midden van een acinus lijken te bevinden. Ze bevatten bleke nuclei en weinig, maar bleek cytoplasma. Ze representeren de uiteindelijke omlijning van acinusafvoergangen, die samenvloeien met intralobulaire gangen. De centroacinaire cellen zijn kenmerkend voor de pancreas.

Lever

De lever is een tussenorgaan tussen het spijsverteringsstelsel en de bloedcirculatie. Voedingsstoffen vanuit de vertering worden in de lever gefilterd en verwerkt, zodat deze kunnen worden doorgegeven aan de rest van het lichaam. Vanuit de poortader komt bloed vanuit de maag, darmen en milt de lever in. De lever zorgt tevens voor de productie van gal.

In de lever zijn geen grote secreetgranula te vinden. Gal wordt via transporteiwitten uitgescheiden en de bloedeiwitten die gemaakt en uitgescheiden worden, worden in blaasjes constitutief uitgescheiden. Doordat tight junctions de galcapillairen dichtsealen, komt er geen gal in de bloedbaan terecht.

De lever is bedekt door een dunne vezelige capsule van bindweefsel, waardoorheen de poortader en leverslagader de lever binnenkomen en de galgangen de lever juist verlaten.

Levercellen (hepatocyten) zijn georganiseerd in leverlobjes. Elk leverlobje heeft drie tot zes poortzones en een centrale ader. De poortzones op de hoeken van het lobje bestaan uit bindweefsel waarin een takje van de poortader, een arterie en een galafvoerbuis voorkomen. De leverlobjes zijn dicht tegen elkaar aangelegen, zonder duidelijke grenzen tussen de lobjes. De ruimtes in het leverlobje bevatten belangrijke microvasculaire componenten, de sinusoïden. Deze sinusoïden bevinden zich tussen de verschillende hepatocyten in. De endotheelcellen van de sinusoïden worden van de onderliggende hepatocyten gescheiden door een basale lamina en een zeer smalle perisinusoïdale ruimte (de ruimte van Disse). In deze ruimte liggen de microvilli van de hepatocyten, waardoor makkelijker uitwisseling met het plasma kan plaatsvinden. Deze uitwisseling van stoffen is de sleutel tot de leverfunctie.

Bij de meeste hepatocyten is het oppervlak waarmee ze aan de bloedbaan grenzen veel groter dan dat waarmee ze aan galcapillairen grenzen, omdat er zeer veel uitwisseling nodig is met de bloedbaan middels endocytose en exocytose. In de ruimte van Disse (deze zit tussen het endotheel en de hepatocyt) vindt de uitwisseling van stoffen plaats tussen de hepatocyten en bloed. Kupffercellen maken lichaamsvreemde deeltjes onschadelijk en bevinden zich in de leversinusoïden. Hun voornaamste functie is het afbreken van erytrocyten en het vrijmaken van heem voor hergebruik. Daarnaast verwijderen zij bacteriën en afval dat vanuit het portale bloed wordt aangevoerd. Zij fungeren tevens als antigeenpresenterende cellen.

In ruimte van Disse zijn ook cellen aanwezig die vet opslaan (de zogenaamde Ito-cellen). Deze cellen slaan vitamine A en andere in vet oplosbare vitaminen op.

Veel voorkomende structuren in de lever zijn te vinden in onderstaande tabel:

De lever krijgt het grootste deel van zijn bloed uit de poortader, die voedselrijk maar zuurstofarm bloed vervoert. Zuurstofrijk bloed wordt via de leverslagader aangevoerd. De poortader vertakt in de lever tot kleine venulen, die zich door de lobjes begeven in sinusoïden. De sinusoïden van een leverlobje lopen naar de centrale ader. Alle centrale aderen komen uiteindelijk samen in de vena cava. Bloed stroomt dus altijd van de periferie naar het centrum van het leverlobje. Hierdoor worden zuurstof, voedingstoffen en afvalstoffen het meest aan de randen van het lobje opgenomen. Hepatocyten aan de rand van het leverlobje kunnen daarom gebruikmaken van het aërobe metabolisme. Hepatocyten die zich rond de centrale ader bevinden, kunnen dit echter in mindere mate of helemaal niet.

De oppervlakte van elke hepatocyt is gelegen aan de wand van een sinusoïde. Twee naast elkaar gelegen hepatocyten vormen een buisvormige tussenruimte, de zogenaamde galcanaliculus. De galcanaliculi vormen de eerste gedeelten van de galwegen. De galproductie begint juist meer centraal in de lobjes en stroomt via een netwerk van intercellulaire secreetcapillairen naar de periportale gebieden toe. In de portale zone wordt het gal afgegeven aan de galkanalen.

Glycogeen en glucose

Leverglycogeen is een opslagplaats voor glucose. Deze voorraad wordt gebruikt wanneer de bloedsuikerspiegel te laag wordt. Daarnaast slaan de hepatocyten ook in kleine maten lipiden op. De hepatocyt is tevens verantwoordelijk voor het omzetten van vetten en aminozuren in glucose (degluconeogenese).

Leverlobstructuur en functie

Door de verschillende functies van het leverlobje, kan de structuur ervan op verschillende manieren benaderd worden:

• Het klassieke leverlobje: hierbij stroomt het bloed vanuit de portale triade naar de centrale venule toe.

• Het portale lobje: hierbij stroomt het gevormde gal vanaf het centrale gebied naar de buitenkant van het lobje toe. Daar wordt het gal afgevoerd door de galkanaaltjes.

• De leveracinus: hierbij wordt zuurstofrijk bloed vanuit aftakkingen van de leverslagader in de portale triade naar de centrale ader vervoerd. Hierdoor ontstaan verschillende zones:

• Zone 1, die het dichtst gelegen is bij de portale triade en het meeste zuurstofrijk bloed ontvangt (hier liggen onder andere de leverstamcellen). Hierdoor kunnen hier de meeste stofwisselingsprocessen plaatsvinden;

• Zone 2, die gelegen is tussen zone 1 en zone 3;

• Zone 3, die het verst van de portale triade af ligt, namelijk bij de centrale ader. Deze zone krijgt daarom het minste zuurstofrijk bloed. Hier vinden daarom vooral anaërobe processen plaats, zoals de glycolyse en lipidevorming.

Leverregeneratie

De lever heeft een groot vermogen tot regeneratie, ondanks zijn trage celvernieuwing. Het verlies van hepatisch weefsel stimuleert een mechanisme waardoor gezonde hepatocyten beginnen te delen. Dit proces wordt de compenserende hyperplasie genoemd. De oorspronkelijke massa van het weefsel wordt hierdoor hersteld.

Bij langdurige en terugkerende beschadiging van de lever, neemt de hoeveelheid bindweefsel in de lever toe. Deze aandoening wordt cirrose genoemd. Het is een progressief onomkeerbaar proces, dat leidt tot leverfalen.

Galwegen en galblaas

De levercellen of hepatocyten scheiden gal uit, een geelgroene stof die een rol speelt bij de vertering van vetten. Gal bestaat onder andere uit water, galzouten, cholesterol en bilirubine. Het gemaakte gal gaat via de galkanaaltjes en de galgang naar de galblaas, waar het wordt opgeslagen. Gal wordt door alle hepatocyten gemaakt en uitgescheiden in de canaliculi. Deze canaliculi monden uit in grotere galgangen, de kanalen van Hering. Via deze kanaaltjes komt het gal in een grote galgang terecht. Deze twee grote galgangen komen samen en monden uiteindelijk uit in het duodenum. De galblaas is een hol, peervormig orgaan, dat vastgemaakt is aan de onderkant van de lever. De wand van de galblaas bestaat uit één laag kolomvormig epitheel en een dunne muscularis. Het slijmvlies heeft vele plooien. De epitheelcellen hebben veel mitochondriën, microvilli en intracellulaire ruimtes, wat wijst op het absorptieve karakter van de cellen. De hoofdfunctie van de galblaas is de opslag van gal. Daarnaast wordt de gal in de galblaas extra geconcentreerd door de absorptie van water. Dit proces is afhankelijk van een actief natriumtransportmechanisme. Contractie van de gladde spiercellen van de galblaas vindt plaats als reactie op het hormoon CCK dat vrijkomt uit entero-endocriene cellen in de dunne darm. Deze afgifte wordt gestimuleerd door de aanwezigheid van vetten in de dunne darm.

Histologie van de eilandjes van Langerhans (20)

Inleiding

De eilandjes van Langerhans zijn eivormige structuren van endocrien weefsel, die in het exocriene weefsel van de pancreas zijn ingebed. De meeste eilandjes bevatten zo’n honderd cellen. Samen vormen zij echter maar 1-2% van het volume van de pancreas. Een klein kapsel van netwerkvezels scheidt de eilandjes van het omliggende exocriene weefsel. Ieder eilandje bevat verschillende arteriecapillairen, die uiteindelijk samenkomen en bloed doorvoeren naar de acini. Dit lokale vasculaire systeem stelt de eilandjes van Langerhans in staat om de secretie van de pancreas via enzymen te reguleren.

De cellen van de eilandjes zijn ronde cellen, die kleiner zijn dan de omliggende acinaire cellen. Deze cellen bevatten fijne cytoplasmatische granules met een secreet. De belangrijkste hormoonproducerende cellen betreffen de volgende:

• De α-cellen, die voornamelijk glucagon produceren. Glucagon zorgt voor de vrijmaking van glucose uit glycogeen.

• De β-cellen, die insuline produceren. Insuline zorgt ervoor dat glucose wordt opgeslagen als glycogeen.

• De δ-cellen, die somatostatine produceren. Somatostatine remt het vrijmaken van hormonen uit de andere cellen in de eilandjes van Langerhans.

• De F- of PP-cellen, die pancreatische polypeptiden produceren. Deze pancreatische polypeptiden stimuleren de activiteit van de chiefcellen en pariëtale cellen die zich in de maag bevinden, zorgen voor de secretie van pancreasenzymen en promoten de beweging van de darm.

De activiteit van α-cellen en β-cellen is voornamelijk gereguleerd door de bloedsuikerspiegel. Een hoge bloedsuikerspiegel leidt tot afgifte van insuline en een lage bloedsuikerspiegel leidt tot de afgifte van glucagon. Beide hormonen zorgen ervoor dat de glucoseconcentratie in het bloed min of meer constant blijft.

Insulineafhankelijke diabetes (type 1 diabetes) wordt veroorzaakt door een auto-immune vernietiging van de β-cellen of door een gebrek aan insulineproductie. Insuline-onafhankelijke diabetes of type 2 diabetes komt pas later in het leven voor. Deze aandoening wordt veroorzaakt doordat cellen niet meer goed reageren op insuline.