Deze samenvatting is gebaseerd op het studiejaar 2013-2014.

Essential Clinical Anatomy

Hoofdstuk 0: Introduction 

Manieren om anatomie te bestuderen

Er zijn 3 manieren om de anatomie te bestuderen, namelijk de

- regionale anatomie:  het lichaam wordt verdeeld in delen, zoals het hoofd en de romp, waarbij de relatie tussen verschillende structuren in het deel wordt bekeken.

- systemische anatomie:  het lichaam wordt verdeeld in orgaansystemen, zoals het verteringssysteem. Belangrijk is dat deze systemen niet geïsoleerd werken, maar samenwerken.

- klinische anatomie: nadruk ligt op de manier waarop anatomie gebruikt kan worden in de geneeskunde.

Anatomische terminologie

Het uitgangspunt voor de terminologie  is de anatomische positie, de positie  waarin een persoon staat. De persoon staat rechtop, met het hoofd, de ogen en tenen naar voren gericht, de handpalmen naar voren en de voeten parallel aan elkaar.

De anatomische vlakken zijn denkbeeldige vlakken die het lichaam snijden.

1. Het mediane vlak is verticaal door het midden van het lichaam.
2. Het saggitale vlak is verticaal, parallel aan het mediane vlak.
3. Het frontale (of coronale) vlak is verticaal, loodrecht op het mediane vlak.
4. Het transversale vlak is horizontaal.

Er zijn termen die de relatie van verschillende structuren ten opzichte van elkaar beschrijven.

1. Superior of craniaal is dichterbij het hoofd, inferior of caudaal is dichterbij de voeten.
2. Anterior of ventraal is dichterbij de voorkant, posterior of dorsaal is dichterbij de achterkant.
3. Mediaal is dichter bij het mediane vlak, lateraal is verder van het mediane vlak.
4. Proximaal is dichterbij een bepaald punt, distaal is verder van een bepaald punt.

Als er van een structuur maar één bestaat, is het unilateraal. Als er twee van bestaan is het bilateraal (bijvoorbeeld de nieren. Ipsilateraal is twee structuren aan dezelfde kant van het lichaam, contralateraal is twee structuren aan tegenovergestelde kanten van het lichaam.

Er zijn verschillende termen voor de beweging van verschillende lichaamsdelen, zoals flexie en extensie. Zie figuur 1.4 voor een overzicht.

Verder is het belangrijk te realiseren dat de beschreven anatomie voor een groot deel van de mensen overeenkomt, maar dat er heel veel variaties zijn.

De huid

De huid bestaat uit een aantal lagen. De buitenste laag is de epidermis. Deze bestaat uit een buitenste keratinelaag die steeds wordt vervangen door de lager gelegen basale laag.

De dermis is de middelste laag. Deze bestaat uit collageen en elastische vezels en bevat de haar follikels, zenuwen, talgklieren en bloedvaten.

De binnenste laag is het subcutane weefsel. Dee bestaat uit vet en los bindweefsel.

De functies van de huid zijn: bescherming; het bij elkaar houden van weefsels en organen; warmteregulatie; gevoel; synthese en opslag van vitamine D.

Het skelet

Het skelet bestaat uit bot en kraakbeen. Het axiale skelet bestaat uit botten van het hoofd, de nek en de romp. Het appendiculaire skelet bestaat uit botten van de armen en benen, de schouders en heupen.

Kraakbeen bevindt zich op de gewrichten en de flexibele delen van het skelet. Om kraakbeen heen zit perichondrium. Dit heeft als functies voeding, groei van nieuw kraakbeen en aanhechting voor pezen en ligamenten.

De functies van bot zijn: bescherming; de basis voor beweging; het vormen van nieuwe bloedcellen; ondersteuning van het lichaam en opslag van zouten.

Om bot heen zit periostium. Dit heeft dezelfde functies als perichondrium.

Een bot bestaat uit een oppervlakkige laag compact bot voor stevigheid en een binnenste vulling van spongieus bot. Op sommige plaatsen zit er in het spongieuze bot beenmerg voor de vorming van nieuwe bloedcellen. De mate waarin elk soort bot aanwezig is, is afhankelijk van de functie van het bot.

Botten worden geclassificeerd op basis van hun vorm. Zo zijn er onder andere lange, korte en platte botten. Botten hebben ook markeringen, daar hebben ze een relatie met een andere structuur. Een foramen is bijvoorbeeld een opening in het bot.

Alle botten ontstaan uit het mesenchym, dit is embryonaal bindweefsel. Intramembraneuze botvorming is direct vanuit het mesenchym. Bij enchondrale botvorming vormt er eerst een kraakbeenskelet wat vervolgens wordt vervangen door bot.

Bij groei van een bot ontstaan er aan de uiteinden van het bot twee epifysiale platen van kraakbeen. Tussen deze platen zit de diafyse bestaande uit bot. Aan de andere kant van de epifysiale platen zit de epifyse bestaande uit bot. Tijdens de groei vormt er vanuit de epifysiale platen bot in de richting van de diafyse. Als het bot groot genoeg is wordt de epifysiale plaat compleet omgezet in bot.

Botten bevatten arteriën, venen, lymfevaten en sensorische en vasomotorische zenuwen. Voedingsarteriën voorzien het spongieuze bot en het beenmerg, periosteale arteriën  het compacte bot en de epifysiale arteriën de uiteindes van het bot. Venen lopen gelijk aan arteriën. Lymfevaten zitten voornamelijk in het periostium. Zenuwen lopen ook gelijk aan arteriën. Sensorische zenuwen zitten voornamelijk in het periostium en vasomotorische zenuwen zitten in het bot om de diameter van de bloedvaten te regelen.

Gewrichten

Gewrichten bestaan op plaatsen waar twee structuren elkaar raken.

Fibreuze gewrichten zitten aan elkaar vast door fibreus bindweefsel.

Kraakbeengewrichten bestaan uit hyalien of fibreus kraakbeen.

Synoviale gewrichten hebben synoviale vloeistof tussen de gewrichtoppervlakken voor voeding en een glad glijdoppervlak.

Gewrichten worden van bloed voorzien en gedraineerd door articulaire arteriën en venen in het gewrichtskapsel. Gewrichten hebben veel articulaire zenuwen. Er zijn veel pijnsensorische zenuwen en ook proprioceptieve zenuwen.

Spierstelsel

Er zijn drie soorten spierweefsel: skeletspierweefsel, hartspierweefsel en glad spierweefsel.

Skeletspierweefsel

Skeletspierweefsel zorgt voor beweging. Het zijn spieren die je vrijwillig kunt bewegen. Een skeletspier bestaat uit een contractiel gedeelte (spierweefsel) en een niet-contractiel gedeelte (pees). De pees zit vaak vast aan bot, maar soms ook aan organen of huid.

De naamgeving van spieren is op basis van functie, aanhechtingsplaats, vorm, grootte of aantal aanhechtingen. Spieren zijn ook op verschillende manieren vormgegeven en de vezels zijn in verschillende richtingen georiënteerd. Dit heeft verschillende namen, zie pagina’s 17-19.

Lange spieren met parallelle vezels worden het kortst als ze samentrekken, maar zijn niet sterk. Spieren met korte vezels die wijd georiënteerd zijn worden niet zo kort maar zijn erg sterk. De oorsprong van de spier is het deel wat op een vaste plaats blijft als de spier samentrekt, de invoeging van de spier is het deel wat beweegt.

Er zijn drie soorten manieren waarop skeletspierweefsel kan samentrekken.

Reflexmatige contractie is onvrijwillig.

Tonische contractie is een matige contractie die de spier stevigheid geeft en voor stabiliteit in het lichaam zorgt.

Fasische contractie kan onderverdeeld worden in isometrische en isotonische contractie. Isometrische contractie is een toename in tensie maar geen verandering in lengte. Isotonische contractie is een verandering in lengte, waarbij de spier korter (concentrische contractie) of langer (eccentrische contractie) kan worden.

Spieren zijn omgeven door bindweefsel. Een spiervezel (of spiercel) is omgeven door endomysium, een groep spiervezels door perimysium en de hele spier door epimysium. Een motor unit is een motorische zenuw met zijn geïnnerveerde spiervezels. Hoe kleiner de motor unit (dus minder geïnnerveerde spiervezels), hoe fijner de bewegingen.

Specifieke functies van skeletspieren: een agonist zorgt voor de specifieke beweging die uitgevoerd moet worden; een fixator zorgt dat de proximale delen van de arm of been stil blijven terwijl de distale delen bewegen; een synergist helpt bij de beweging van de agonist; een antagonist maakt de tegenovergestelde beweging van de agonist, dus tijdens een specifieke beweging ontspant de antagonist.

Hartspierweefsel

Hartspierweefsel zit alleen in het hart en is niet door de eigen wil te beïnvloeden.

Glad spierweefsel

Glad spierweefsel zit in de wanden van bloedvaten, organen, haarzakjes en de lens en pupil in het oog. Het is niet door de eigen wil te beïnvloeden. Het kan voor langere periodes samentrekken en ook op een ritmische manier samentrekken.

Hart- en vaatstelsel

Het menselijk lichaam heeft twee bloedsomlopen.

In de kleine bloedsomloop pompt de rechter harthelft zuurstofarm bloed naar de longen. In de longen neemt dit bloed zuurstof op waarna het in de linker harthelft terechtkomt.

In de grote (systemische) bloedsomloop pompt de linker harthelft het zuurstofrijke bloed het lichaam in, waarna het weer terugkomt in de rechter harthelft.

Vanuit het hart wordt het bloed eerst eerst in de arorta en daarna in dearteriën gepompt. Het bloed komt in steeds kleinere vaten terecht tot het in arteriolen en vervolgens in de capillairen (haarvaten) komt. Het netwerk van capillairen wisselt voedingsstoffen en afvalstoffen uit met weefsels. Vanaf de capillairen beginnen de venen. Eerst zijn er de venulen, vervolgens kleine venen en grotere venen. De twee grootste venen zijn de vena cava superior en vena cava inferior die het bloed naar het hart brengen.

Bloedvaten (behalve haarvaten) bestaan uit drie lagen. De tunica intima is de binnenste endotheellaag. De tunica media is de middelste, gladde spierlaag. De tunica adventitia is de buitenste bindweefsellaag. Haarvaten hebben alleen een tunica intima.

Er zijn drie soorten arteriën. De grote elastische arteriën hebben veel elastische vezels en zo zorgen ze dat de bloeddruk op peil blijft. De middelgrote musculaire arteriën hebben veel glad spierweefsel, dat ervoor zorgt dat de bloeddistributie naar verschillende lichaamsdelen kan worden geregeld.Tot slot, de kleine arteriën en arteriolen, deze hebben ook een dikke gladde spierlaag, maar hier zorgt deze voor de bloeddrukregulatie.

Door de venen stroomt het bloed terug naar het hart. De wanden van venen zijn dunner dan van arteriën, omdat er een lagere bloeddruk heerst. Twee mechanismen zorgen ervoor dat het bloed niet terugstroomt onder invloed van de zwaartekracht, namelijk kleppen en de musculoveneuze pomp: door spiersamentrekkingen worden venen die tussen deze spieren liggen als het ware leeggedrukt.

Lymfesysteem

Plasma dat uit de capillairen wordt gedrukt, wordt niet altijd terug opgenomen. Het wordt dan weefselvloeistof. Dit weefselvloeistof wordt door lymfevaten opgenomen als lymfe. Kleine lymfehaarvaten vormen netwerken en nemen lymfe op. Deze netwerken vormen lymfevaten met kleppen. De lymfe stroomt hierin richting het hart en komt in lymfeknopen terecht. In lymfeknopen wordt de lymfe schoongemaakt.

Vanuit de lymfeknopen stroomt de lymfe in grotere lymfevaten (trunci) en vervolgens uiteindelijk ofwel in de ductus lymphaticus dextra ofwel in de ductus thoracicus. De ductus lymphaticus dextra draineert de lymfe van de rechterbovenkant van het lichaam in de rechter vena subclavia en de ductus thoracicus draineert de lymfe van de rest van het lichaam in de linker vena subclavia.

Het lymfesysteem bestaat verder nog uit organen die lymfocyten maken en uit lymfocyten zelf. Deze dienen voor de afweer.

Een laatste functie van het lymfesysteem is opname van vet uit de dunne darm en dit overbrengen naar het veneuze systeem.

Zenuwstelsel

Het zenuwstelsel zorgt dat het lichaam kan reageren op veranderingen binnen en buiten het lichaam. Het kan structureel verdeeld worden in het centrale zenuwstelsel (CZS) en het perifere zenuwstelsel (PZS). Functioneel kan het verdeeld worden in het somatische zenuwstelsel (SZS) en het autonome zenuwstelsel (AZS).

Zenuwweefsel bestaat uit neuronen en gliacellen.

Neuronen zijn zenuwcellen. Ze bestaan uit een cellichaam met dendrieten en een axon. Sommige axonen hebben een myelineschede, wat de snelheid van de overdracht van de impulsen versnelt. Neuronen communiceren met elkaar vja synapsen en door middel van neurotransmitters.

Gliacellen zijn cellen die neuronen ondersteunen, isoleren en voeden. Ze maken onder andere het myeline voor de myelineschede aan.

Centraal zenuwstelsel

Het centrale zenuwstelsel bestaat uit de hersenen en het ruggenmerg. Het integreert en coördineert alle informatie en voert de mentale functies uit. De grijze stof bestaat uit  nuclei:  groepjes cellichamen van zenuwcellen. De witte stof bestaat uit tracti: bundels axonen.

Het centrale zenuwstelsel wordt beschermd door de cerebrospinale vloeistof en de hersenvliezen. De hersenvliezen van binnen naar buiten zijn de: pia mater, de arachnoidea mater en de dura mater.. De arachnoidale ruimte bevindt zich tussen pia mater en arachnoidea mater, deze is gevuld met cerebrospinale vloeistof. De dura mater ligt direct tegen de schedel aan.

Perifeer zenuwstelsel

Het perifere zenuwstelsel bestaat uit alle zenuwen en zenuwcellichamen buiten het centrale zenuwstelsel. Perifere zenuwen bestaan uit bundels van zenuwvezels. Een zenuwvezel bestaat uit een axon, een neurolemma en een endoneurium.

Het neurolemma is ofwel een myelineschede om het axon door een Schwanncel, ofwel axonen die door het cytoplasma van een Schwanncel gaan.

De perifere zenuwen hebben bindweefselvliezen: om een zenuwvezel zit het endoneurium, om een bundel zenuwvezels zit het perineurium, om de hele zenuw zit het epineurium met bloedvaten.

Er zijn 12 craniale zenuwen en 31 paar spinale zenuwen. De craniale zenuwen ontspringen uit de hersenen, de spinale zenuwen ontspringen uit het ruggenmerg.

Somatisch zenuwstelsel

Het somatische zenuwstelsel is willekeurig en reflexmatig. Het brengt sensorische informatie van de huid en gewrichten naar de hersenen en het motorische deel innerveert het skeletspierweefsel.

Autonoom zenuwstelsel

Het autonome zenuwstelsel is onwillekeurig. De motorische vezels innerveren glad spierweefsel, klieren en hartspierweefsel. De sensorische vezels reguleren de functies van de viscera.

Motorische vezels zijn verdeeld in het sympathische zenuwstelsel en het parasympathische zenuwstelsel. Het sympathische zenuwstelsel wordt geactiveerd bij “vecht-of-vlucht” situaties. Het gebruikt de neurotransmitter noradrenaline op het postsynaptische neuron. Het parasympathische zenuwstelsel is actief in rust. Het gebruikt de neurotransmitter acetylcholine op het postsynaptische neuron. Beide zenuwstelsel innerveren dezelfde weefsels maar hebben tegenovergestelde effecten.

Als informatie vanuit de hersenen naar bijvoorbeeld een spier moet, gebeurt er het volgende: een cellichaam (presynaptisch) in het centraal zenuwstelsel wordt geactiveerd. Het axon draagt het signaal over naar een tweede cellichaam (postsynaptisch) buiten in het perifeer zenuwstelsel. Het axon van het postsynaptische neuron vormt een synaps op de spier.

Sympathische (thoracolumbale) autonome motorische innervatie

De presynaptische neuronen liggen in het ruggenmerg in de intermediolateral (IML) cell columns tussen ruggenwervel T1 en L2/L3. Het zijn de laterale hoornen in de grijze massa.

De postsynaptische neuronen liggen in de paravertebrale en prevertebrale ganglia. De paravertebrale ganglia lopen aan de laterale zijdes van de gehele wervelkolom. De drie prevertebrale ganglia liggen bij de aftakkingen van de aorta waar ze naar zijn vernoemd (coeliacus, mesenterica superior en –inferior).

De zenuwvezels van het sympathische zenuwstelsel innerveren vrijwel het hele lichaam. De presynaptische axonen zijn kort en de postsynaptische neuronen zijn lang.

Parasympathische (craniosacrale) autonome motorische innervatie

De presynaptische neuronen liggen in de grijze massa van de hersenstam en  van het sacrale deel van het ruggenmurg.. Craniaal ontspringen de vezels ontspringen via craniale zenuwen 3, 7, 9 en 10, caudaal via spinale zenuwen S2-S4.

Craniale zenuw 10 (nervus vagus) innerveert het grootste deel van het maagdarm kanaal, van de oesophagus tot de flexura sinistra van het colon. Het sacrale deel innerveert het maagdarm kanaal vanaf de flexura sinistra van het colon tot en met het rectum.

De innervatie is niet zo uitgebreid als het sympathische zenuwstelsel, enkel het hoofd en de viscera worden geïnnerveerd. De postsynaptische ganglia liggen vlakbij het effector orgaan, dus de presynaptische vezels zijn erg lang en de postsynaptische erg kort.

Autonome sensorische innervatie

De autonome sensorische zenuwen hebben als functie het interne milieu in de gaten te houden. Door de ontvangen informatie worden fysiologische processen in werking gezet. Meestal worden deze gevoelens niet bewust waargenomen, maar als er iets ernstigs aan de hand is, wordt er voornamelijk pijn gevoeld.

Spinale zenuw

Uit het ruggenmerg ontspringen aan de anterior en posterior zijde zenuwvezels, gezamenlijk genoemd zenuwwortels. De anterior wortel is motorisch, de posterior wortel is sensorisch. De twee wortels komen samen om de spinale zenuw te vormen, en splitsen vervolgens in twee rami. De posterior rami innerveert alles van de rug, de anterior rami innerveert de rest. Een spinale zenuw heeft vasa nervorum (bloedvaten die de zenuwen voorzien), een bindweefsellaag en verschillende soorten zenuwvezels.

De sensorische vezels brengen gevoel van de periferie naar het centrale zenuwstelsel. Een dermatoom is een deel van de huid die door één spinale zenuw wordt geïnnerveerd.

De somatomotorische vezels innerveren de skeletspieren. Een myotoom is een (deel van een) spier die door één spinale zenuw wordt geïnnerveerd.

De visceromotorische vezels van het sympathische autonome zenuwstelsel innerveren het gladde spierweefsel van bloedvaten, zweetklieren en haarzakjes.

Hoofdstuk 4: Back

De rug is het posterieure deel van de romp, inferior ten opzichte van de nek en superior ten opzichte van de billen. Het bestaat onder andere uit huid, spieren, de wervelkolom, ribben en het ruggenmerg.

Wervelkolom

De wervelkolom reikt vanaf de schedel tot de apex van de coccyx. Het is het grootste deel van het axiale skelet. De functies van de wervelkolom zijn onder andere bescherming van het ruggenmerg, het dragen van het lichaamsgewicht, een as voor het lichaam en hoofd, houding en beweging mogelijk maken.

De wervelkolom bestaat uit drieëndertig wervels: zeven cervicaal, twaalf thoracaal, vijf lumbaal, vijf sacraal en vier coccygeaal. Tot de sacrale wervels is de wervelkolom beweegbaar. De overgang van lumbaal naar sacraal heet de lumbosacral junction. De sacrale wervels zijn gefuseerd tot het sacrum, de coccygeale wervels zijn gefuseerd tot de coccyx.

De wervels nemen van cervicaal tot sacraal toe in grootte, vanaf sacraal worden ze weer kleiner. Tussen de cervicale, thoracale en lumbale wervels zitten tussenwervelschijven (discus intervertebralis).

Krommingen van de wervelkolom

De cervicale en lumbale wervelkolom is concaaf naar achteren gekromd, ook wel lordose. De thoracale en sacrale wervelkolom is concaaf naar voren gekromd, ook wel kyfose.

De kyfosen zijn primaire krommingen. Dat wil zeggen dat ze al voor de geboorte aanwezig zijn. De lordoses zijn secundaire krommingen. De cervicale lordose ontstaat als een baby zijn hoofd rechtop gaat houden. De lumbale lordose ontstaat wanneer een kind gaat lopen. De primaire krommingen ontstaan door verschillen in grootte van de  wervels anterior en posterior. De secundaire door verschil in grootte van tussenwervelschijven.

De functie van de krommingen is schokdemping tijdens lopen en rennen. Bij sommige mensen zijn de krommingen afwijkend. Een overmatige thoracale kyfose ontstaat vaak ten gevolge van osteoporose. Een overmatige lumbale lordose ontstaat als het bekken te ver naar voren gekanteld is, vaak bij verzwakte rompspieren. Scoliose is een laterale buiging van de wervelkolom, met rotatie van de wervels. Dit kan ontstaan door asymmetrische zwakte van de rugspieren, doordat de helft van een wervel niet ontwikkelt, of door beenlengteverschil.

Structuur en functie van wervels

Een typische wervel bestaat uit drie delen: het wervellichaam, een boog en zeven processen.

Het wervellichaam ligt het meest anterior. De functie is stevigheid bieden voor de wervelkolom en het lichaamsgewicht ondersteunen.

De wervelboog ligt het meest posterior. Het bestaat uit een linker en rechter pedikel en twee lamina. De pedikels verbinden het wervellichaam aan de lamina. De lamina bestaat uit twee platte stukken bot die aan elkaar verbonden zijn. Het foramen vertebrale is het gat dat tussen wervellichaam en wervelboog zit. Het wervelkanaal wordt gevormd door de opeenvolgende foramina vertebrale en bevat het ruggenmerg.

De processen die aan een wervel ontspringen zijn: processus spinosus, processus transversus en processus articularis.

De processus spinosus ontspringt uit de wervelboog, waar de twee lamina bij elkaar komen. Het is posterior-inferior gericht. Het is een bindplaats voor de diepe rugspieren.

De twee processi transversi ontspringen (posterolateraal) uit de wervelboog, waar de pedikels en lamina fuseren. Het is ook een bindplaats voor de diepe rugspieren.

De vier processi articulari ontspringen ook waar de pedikels en lamina fuseren. Links en rechts, superior en inferior. De processi articulari articuleren met de wervels superior en inferior, en vormen zo de facetgewrichten. Deze gewrichten bepalen de beweeglijkheid van de wervels en voorkomen dat de wervels van elkaar afschuiven. De processi articulari vormen ook de intervertebrale foramina, waar de spinale zenuwen uit komen.

Behalve deze eigenschappen, hebben de wervels in elke regio (cervicaal, thoracaal, enzovoort) eigen karakteristieken. Zie tabel 4.1 tot en met 4.4.

Gewrichten van de wervelkolom

Tussen de wervellichamen zitten de discus intervertebralis. Deze zorgen voor een goede verbinding  tussen de wervellichamen, maken beweging mogelijk en fungeren als schokdempers. De discus intervertebralis zitten tussen C2-C3 tot en met L5-S1. De dikte van de discus intervertebralis verschilt per regio, afhankelijk van de hoeveelheid mogelijke beweging.

Een discus intervertebralis bestaat uit een anulus fibrosus en een nucleus pulposus.

• De anulus fibrosus is een buitenste ring van lamellen van fibreus kraakbeen.
• De nucleus pulposus is de binnenste gelatine-achtige massa. De grootte en dikte veranderd met beweging.

Met het ouder worden drogen zowel de anulus fibrosus als de nucleus pulposus uit. Ze worden stugger en laten minder beweging toe.

Langs de wervelkolom lopen twee ligamenten. De anterior longitudinal ligament loopt aan de anterior zijde van de wervelkolom, van het foramen magnum tot en met het sacrum. Het is een sterke, brede fibreuze band.

De posterior longitudinal ligament loopt in het wervelkanaal over het posterior aspect van de wervellichamen. Het is smaller en dunner dan de anterior longitudinal ligament en zit voornamelijk vast aan de disci intervertebralis van C2 tot het sacrum.

Gewrichten van de wervelbogen

De zygapophysiale gewrichten (facet gewrichten) worden gevormd door de processi articulari van twee wervels. Deze gewrichten maken glij-bewegingen tussen wervels mogelijk en bepalen zo de mate van beweging. Verder zijn er nog ligamenten tussen de lamina, processi transversi en processi spinosi.

Ligamenten van intervertebrale gewrichten

Tussen de lamina van twee wervels zit het ligamenta flava. Dit is een breed, geel, elastisch, fibreus weefsel. Dit werkt de scheiding van de lamina tegen, behoud de normale krommingen van de wervelkolom en helpt bij het rechttrekken van de wervelkolom na flexie.

Het ligamentum nuchae ontspringt van de external occipital protuberance (op de schedel) en het foramen magnum, en loopt tot en met de processi spinosi van de cervicale wervels.

Tussen de processi transversi zitten intertransverse ligaments.

Gewrichten tussen schedel en wervels

De atlanto-occipitale gewrichten zitten tussen C1 (atlas) en de schedel. Er zijn twee gewrichten lateraal van C1. Ze maken de ‘ja-knik’ beweging mogelijk, ook wel flexie en extensie. Ook zorgen ze voor de beweging waarbij het hoofd recht vooruit blijft en het oor naar de schouder wordt gebracht.

Om te grote beweging te voorkomen zijn er twee ligamenten die aan de anterior en posterior zijde van C1 vastzitten en lopen naar het foramen magnum. Dit zijn de anterior en posterior atlanto-occipitale membranen.

De atlanto-axiale gewrichten zitten tussen C1 (atlas) en C2 (axis). Er zijn er drie: twee lateraal en één mediaan (tussen dens van C2 en de atlas). Deze gewrichten maken de ‘nee-schud’ beweging mogelijk, ook wel rotatie. Het hoofd en C1 bewegen dan samen om de dens van C2.

Er zijn ook nog een aantal ligamenten:

• Transverse ligament van de atlas lopen lateraal van anterior naar posterior over de atlas.
• Longitudinal banden: eentje loopt superior van het transverse ligament naar occipital bone en eentje loopt inferior van transverse ligament naar C2.
• De cruciate ligamenten zijn de twee bovenstaande samen.
• De alar ligamenten lopen van de dens naar het foramen magnum en voorkomen te grote rotatie.
• Tectoriale membraan loopt van het wervellichaam van C2 naar de binnenkant van de schedel.

Bewegingen van de wervelkolom

De bewegingen van de wervelkolom zijn flexie (naar voren buigen), extensie (naar achteren buigen), rotatie (over de schouder kijken) en laterale flexie (opzij buigen).

De mate van beweging  hangt af van de regio van de beweging, voornamelijk van de discus intervertebralis. Factoren die de beweeglijkheid verminderen zijn de staat van de discus intervertebralis, de oriëntatie van de facetgewrichten en de tegenwerking van de rugspieren en ligamenten.

De rugspieren werken samen met de anterolaterale buikspieren om beweging te veroorzaken. Zwaartekracht is ook een factor. De bewegingen tussen twee wervels zijn klein, maar samen zorgen ze voor een grote beweging.

De cervicale en lumbale wervels kunnen meer bewegen dan de thoracale wervels. De cervicale en lumbale wervels hebben grote disci intervertebralis en de facetgewrichten maken flexie en extensie goed mogelijk. De lumbale wervels kunnen echter niet roteren. De thoracale wervels hebben kleine disci intervertebralis en flexie is dus gelimiteerd. Rotatie is wel goed mogelijk.

Vascularisatie van de wervelkolom

De arteriën voor een wervel ontspringen uit grotere arteriën, zoals lumbale arteriën. Hieruit ontspringen periosteale en equatoriale takken bij het wervellichaam, en spinale takken nabij het foramen vertebrale. De spinale takken verdelen zich in anterior en posterior vertebral canal branches. De anterior branch gaat het wervellichaam in en de posterior branch gaat de wervelboog in.

De arteriën in het wervellichaam vormen de basivertebrale venen, die draineren in venen plexussen binnen en buiten het wervelkanaal (interne en externe veneuze plexusses). Deze venen draineren in intervertebral venen die de wervelkolom verlaten en uiteindelijk draineren in vertebrale venen in de nek en segmentale venen in de romp.

Innervatie van de wervelkolom

De facetgewrichten worden geïnnerveerd door articulaire takken van de mediale takken van de ramus posterior. De rest van de wervelkolom wordt geïnnerveerd door recurrent meningeal branches of the spinal nerves. De takken buiten het wervelkanaal innerveren de anuli fibrosi en de anterior longitudinal ligament. De takken binnen het wervelkanaal innerveren de rest.

Ruggenmerg en hersenvliezen (meningen)

In het wervelkanaal lopen het ruggenmerg, de hersenvliezen en de wortels van de spinale zenuwen.

Het ruggenmerg wordt beschermd door de hersenvliezen, het hersenvocht en de wervelkolom. Het begint als de verlenging van de medulla oblongata. Het eindigt tussen L1 en L2, maar de zenuwen lopen door tot en met de coccyx in de vorm van de cauda equina.

Tussen C4 en T1 is er de cervicale verdikking. Hieruit ontspringen de spinale zenuwen voor de plexus brachialis, voor de innervatie van de armen.

Tussen L1 en S3 is er de lumbosacrale verdikking. Hieruit ontstaan de lumbale en sacrale plexussen voor innervatie van de benen. Het einde van het ruggenmerg is de conus medullaris. Hieruit komen echter nog spinale zenuwen (cauda equina) die lopen in het lumbar cistern, gevuld met cerebrospinale vloeistof.

Structuur van spinale zenuwen

Er zijn 31 spinale zenuwen die uitspringen uit het ruggenmerg, acht cervicaal, twaalf thoracaal, vijf lumbaal, vijf sacraal en één coccygeaal. Uit het ruggenmerg ontspringen anterior en posterior takken van de spinale zenuw. De posterior tak bevat sensorische vezels. De cellichamen van deze vezels liggen in spinale ganglia buiten het ruggenmerg. De anterior tak bevat motorische vezels.

De cellichamen liggen in de voorhoorn van grijze stof in het ruggenmerg.

Spinale meningen en hersenvloeistof

De spinale dura mater is hard, fibreus weefsel, de buitenste laag. Tussen de dura mater en wervels zit de epidurale ruimte. De dura vormt de durale zak. Deze loopt van het foramen magnum tot het einde van het ruggenmerg en zit vast aan de coccyx door middel van de filum terminale.

De spinale arachnoid mater bestaat uit fibreus en elastisch weefsel. Onder de arachnoid mater zit het hersenvloeistof wat de arachnoid mater tegen de dura mater aan drukt. Het hersenvloeistof scheidt de arachnoid mater van de pia mater.

De spinale pia mater ligt over het ruggenmerg heen. De cellen hebben lange processen die zich aan het ruggenmerg vasthechten.

De denticulate ligamenten zijn delen van de pia mater die vasthechten aan de arachnoid mater en zo het ruggenmerg vastzetten in de dural sac.

Vascularisatie van het ruggenmerg en spinale zenuwen

Langs het ruggenmerg loopt anterior één spinale arterie en posterior twee. Deze ontvangen steeds verder inferior en radiculaire takken van de volgende arteriën: vertebraal, ascending cervical, deep cervical, intercostal, lumbar en lateral sacral. De anterior is gevormd door de vertebrale arteriën en posterior door de vertebrale en posterior inferior cerebellaire arterie. Lumbaal komt ook nog de grote anterior segmentale medullaire arterie, die voor veel bloedtoevoer zorgt voornamelijk in de lumbosacrale verdikking. De spinale zenuwwortels die ontspringen uit het ruggenmerg worden van bloed voorzien door de posterior en anterior radiculair arteries.

Er zijn drie anterior en drie posterior spinale venen. Deze lopen longitudinaal langs het ruggenmerg en draineren in de internal vertebral venous plexusses.

Rugspieren

Er zijn drie lagen rugspieren. Deze worden verdeeld in intrinsiek en extrinsiek.

Extrinsieke rugspieren

De extrinsieke rugspieren zijn de oppervlakkige en middelste laag spieren. De oppervlakkige laag zorgt voor en controleert de bewegingen van de ledematen. Dit zijn de spieren: trapezius, lattisimus dorsi, levator scapulae en rhomboideus.

De middelste laag ondersteunt de ademhaling en heeft meer een proprioceptieve functie dan een motorische functie. Het zijn de serratus posterior superior en inferior.

Intrinsieke rugspieren

Dit zijn de diepe rugspieren die zorgen voor beweging van de wervelkolom en het behouden van postuur. Ze lopen van het bekken tot het cranium. Om de spieren zitten fascia. Er zijn drie lagen intrinsieke rugspieren.

De oppervlakkige laag bestaat uit de splenius muscles. Deze zijn plat en dik. Ze lopen vanuit de middenlijn superolateraal naar de cervicale wervels en schedel.

De middenste laag bestaat uit de grote musculus erector spinae. Het bestaat uit drie rijen die langs de beide zijden van de wervelkolom lopen. Elke rij is weer verdeeld in drie regio’s.

De diepste laag bestaat uit de spiergroep transversospinalis. Dit zijn spieren die vastzitten aan de wervels. Ze lopen van de processus transversus naar de processus spinosus superior. Er zijn drie lagen: de semispinalis is de oppervlakkigste laag die bindt aan een processus spinosus vier of zes wervels hoger. De multifidus is de middelste en bindt twee tot vier wervels hoger. De rotatores is de diepste en bindt één tot twee wervels hoger.

De diepste laag heeft ook nog interspinales en intertransversares, deze zitten respectievelijk tussen de processi spinosi en processi transversi.

Om gewoon rechtop te kunnen blijven staan is er vooral samenwerking nodig tussen de buik en rugspieren. De grote spieren zijn voornamelijk motorisch. De kleinere spieren zijn meer voor proprioceptie en/of voor hele fijne bewegingen.

Nekspieren

Achterin de nek zit de subocippital region. Hierin zitten vier spieren die voornamelijk voor houding zijn: rectus capitis posterior major en minor en obliquus capitis inferior en superior.
 

Hoofdstuk 5: Lower Limbs

De onderste ledematen zijn verdeeld in zes regio’s: glutaal (billen en heupen); femoraal (dijbeen); knie, onderbeen, enkel en voet.

Botten van de onderste ledematen

Het heupbot bestaat uit het ilium, ischium en pubis. Het ilium is superior en erg groot. Het ischium is posteroinferior. De pubis is anteromediaal.

De femur is het dijbeen. Het heeft een schaft, die aan een kop superior is verbonden door een nek. De nek heeft twee grote elevaties die de lesser en greater trochanter heten. Distaal eindigt de femur in twee ronde femoral condyles die articuleren met de tibia. De kop en nek van de femur staan in een hoek ten opzichte van de schaft.

De patella is de knieschijf. Het is driehoekig en ligt anterior ten opzichte van de knie.

De tibia is het scheenbeen, dat met de femur het kniegewricht vormt. Het articuleert ook met de fibula (kuitbeen) en talus (in de voet). Mediaal bij de voet heeft het een uitsteeksel: de medial malleus.

De fibula is het kuitbeen en is voornamelijk voor spieraanhechtingen. Lateraal bij de voet heeft het een uitsteeksel: de lateral malleus. Tussen de tibia en fibula zit een interosseous membrane.

De botten in de voet zijn de tarsus, metatarsus en phalangen.

De tarsus bestaat uit de calcaneus (hiel), die articuleert met de talus superior en cuboid anterior, de talus (enkelbot), die articuleer met de tibia en de fibula superior en met de navicular anterior, de navicular zit mediaal en de cuboid het meest lateraal.

De metatarsus verbinden de tarsus met de phalangen. Het zijn vijf langwerpige botten van mediaal naar lateraal genummerd.

Aan de metatarsus zitten de phalangen verbonden. Er zijn steeds drie aan elkaar (proximaal, midden en distaal), behalve aan de metatarsus (alleen proximaal en distaal).

Fascia, bloedvaten en huidzenuwen

Het subcutane weefsel is tot de knie gelijk aan dat in de buikwand, in de knie is geen vet aanwezig, in het onderbeen wel.

De diepe fascia is erg strak vanwege de musculoveneuze pomp. De fascia van de femur heet fascia lata. Het loopt vanaf de heup tot en met de knie.

De bovenbeenspieren zitten in drie fascia compartimenten: anterior, mediaal en posterior.

De fascia van het onderbeen heet  fascia cruralis. Samen met het membrane interosseus en de intermusuculaire septa wordt het onderbeen in drie compartimenten verdeeld: anterior, lateraal en posterior. De transverse intermuscular septum zit in het posterior compartiment en verdeelt de spieren in oppervlakkig en diep.

Veneuze drainage

Het been heeft oppervlakkige en diepe venen.

De oppervlakkige venen lopen in het subcutane weefsel. Het zijn de vena saphena magna en minor.

Perforating  veins verbinden de oppervlakkige venen met de diepe venen. Hiervoor perforeren ze de deep fascia.

De diepe venen lopen onder de fascia mee met alle grote arteriën. Ze zijn gepaard en liggen vlak langs de arteriën. Alle venen draineren in de vena poplitea achter de knie, die draineert in de vena femoralis.

Innervatie van de huid

De huid wordt geïnnerveerd door de lumbale en sacrale plexussen. Elke spinale zenuw innerveert een dermatoom: een regio van de huid. Zie figuur 5.11.

Dijbeen en glutale regio

De spieren in het dijbeen zijn verdeeld in drie compartimenten: anterior, mediaal en posterior.

Anterior dijbeenspieren

Anterior zitten de extensoren van de knie en de flexoren van de heup. Deze worden geïnnerveerd door de nervus femoralis. De spieren zijn:

1. Pectinus voor adductie en flexie van het dijbeen en assistentie bij mediale rotatie
2. Iliopsoas is de dijbeenflexor en bestaat uit twee spieren: psoas major en iliacus.
3. Sartorius is de kleermakerzit spier. Het loopt van lateraal superior naar mediaal inferior en helpt om in kleermakerspositie te zitten.
4. Quadriceps femoris is de extensor van het onderbeen en ligt helemaal anterior. Het bestaat uit vier delen: rectus femoris, vastus lateralis, vastus intermedius en vastus medialis.

Mediale dijbeenspieren

De mediale dijbeenspieren zijn de adductoren. Deze spieren worden geïnnerveerd door de nervus obturatorius. De spieren zijn: de adductus longus (meest anterior); adductor brevis (diep onder de andere spieren); adductor magnus (grootste); gracilis (werkt op zowel heup als knie); obturator externus (superomediaal).

De adductoren stabiliseren de houding bij (passieve) laterale bewegingen.

Neurovasculaire structuren in het anteromediale dijbeen

Femoral triangle en adductor kanaal

De femoral triangle ligt bij het dijbeen onder de heup. In de retroinguinale ruimte liggen de belangrijkste structuren (zenuwen, vaten) die tussen buikholte en been lopen. In de  femoral triangle liggen van lateraal naar mediaal de nervus femoralis, arteria femoralis, vena femoralis, het femorale kanaal en lymfevaten en –knopen.

Het adductor kanaal is een ruimte waar de nervus saphenous, arteria en vena femoralis door lopen naar de fossa poplitea.

Nervus femoralis

De nervus femoralis ontspringt uit de lumbale plexus, loopt onder het inguinal ligament door naar de femoral triangle en deelt daar in zijn terminale takken.

Arteria femoralis

De arteria femoralis ontstaat uit de arteria iliaca externa onder de inguinal ligament. In de femoral triangle ontspringt de arteria femoris profunda uit de arteria femoralis voor de dijbeenspieren. De arteria femoralis profunda geeft circumflex (mediaal, posterior, lateraal) arteriën af voor het proximale deel van de femur.

Vena femoralis

De vena femoralis ontstaat uit de  vena poplitea en wordt de vena iliaca externa. In de vena femoralis draineren de venae femoralis profundae en de vena sephana magna.

Nervus en arteria obturatorius

De arteria obturatorius ontstaat uit de arteria iliaca interna. Het splitst in anterior en posterior en voorziet de obturator externus, pectineus, adductoren en gracilis van bloed.

De nervus obturatorius splitst ook in een anterior en posterior tak. De anterior tak innerveert de adductor longus en brevis, gracilis en pectineus. De posterior tak innerveert de obturator externus en adductor magnus.

Glutale regio en posterior dijbeen

De glutale regio zijn de heupen en billen. De botstructuren zijn met elkaar verbonden door gluteale ligamenten. Het greater sciatic foramen laat structuren in of uit het bekken. Het lesser sciatis foramen laat structuren in of uit het perineum.

Glutale spieren

De glutale spieren zijn verdeeld in oppervlakkig en diep.

Oppervlakkig liggen de gluteus maximus (extensie en laterale rotatie dijbeen), medius en minimus (abductie en media rotatie), en de tensor fasciae latae.

Diep liggen de piriformis, obturator internus, superior en inferior gemelli en quadratus femoris voor laterale rotatie van het dijbeen.

Op plaatsen waar veel wrijving is (bot op spier) liggen gluteale bursae: capillairen en synoviale vloeistof in een membraneuze zak. Er zijn er drie: trochanteric (bij greater trochanter), ischial (iscial tuberosity) en gluteofemoral (iliotibal tract).

Posterior dijbeen spieren

De hamstrings (semitendinosus, semimembranosus, long head of biceps femoris) zijn voor de extensie van de heup en flexie van de knie. Beide functies kunnen echter niet tegelijk maximaal worden uitgevoerd. De hamstrings worden geïnnerveerd door de tibiale verdeling van de nervus sciaticus. De short head van de biceps femoris werkt alleen bij knieflexie en wordt geïnnerveerd door fibular division of sciaticus nerve.

De nervus sciaticus is de grootste zenuw in het lichaam. Het bestaat uit de nervus tibialis en nervus fibularis communis. Het innerveert de posterior dijbeen spieren, alle onderbeen spieren en voetspieren, en de huid van onderbeen en voet.

Alle arteriën ontspringen uit de arteria iliaca interna. Naar glutaal gaan superior en inferior glutale arteriën en internal pudendal artery. Naar het dijbeen gaat de arteria femoris profunda. De venen lopen met de arteriën mee en draineren uiteindelijk in de vena iliaca interna.

Fossa poplitea

De fossa poplitea is een met vet gevulde ruimte achter de knie, waar vaten en zenuwen doorheen lopen.

De vaten zijn: arteria poplitea, die splitst in anterior en posterior tibial arteries. Om de knie loopt de genicular anastomosis. De vena poplitea ontstaan uit de posterior tibiale venen en wordt de vena femoralis. De superficial en deep popliteale lymfeknopen.

De zenuwen zijn: de nervus tibialis, die ontstaat na splitsing van de nervus sciaticus in nervus tibialis en nervus fibularis communis. De nervus tibialis geeft takken aan de spieren soleus, gastronemicus, plantaris en popliteus.

De sural zenuw doet de huid aan de posteriore en laterale zijde van de voet.

Onderbeen

Het onderbeen wordt in drie compartimenten verdeeld door de tibia en fibula, de intermusculaire septa en het interosseus membrane.

Anterior compartiment van het onderbeen

Het anterior compartiment bevat de spieren verantwoordelijk voor extensie. Het ligt anterior van het interosseus membrane. De spieren in dit compartiment zijn de tibialis anterior, extensor digitorum longus, extensor hallucis longus en fibularis tertius. Deze spieren zijn dorsiflexoren van het enkelgewricht en extensoren van de tenen. De nervus fibularis peroneus profundus innerveert de spieren. De anterior tibial arterie voorziet de spieren van bloed. Het verlengde van deze arterie heet de dorsalis pedis arterie en voorziet de voet van bloed.

Lateraal compartiment van het onderbeen

Het lateraal compartiment zorgt voor eversie van het enkelgewricht. De spieren in dit compartiment zijn de fibularis longus en fibularis brevis. De nervus fibularis superficialis, die ontstaat uit de nervus fibialis communis, innerveert de spieren. De arteria tibialis anterior voorziet het proximale deel van het onderbeen van bloed. De arteria fibularis voorziet het distale deel van bloed.

Posterior compartiment van het onderbeen

Het posterior compartiment zorgt voor plantairflexie. Dit compartiment heeft een oppervlakkige en diepe laag van spieren. De lagen worden gescheiden door het transverde intermuscular septum. De nervus tibialis innerveert de spieren en de nervus suralis innerveert de huid. De arteria tibialis posterior en de arteria fibularis voorzien dit compartiment van bloed.

De oppervlakkige spieren zijn de gastronemicus, soleus en plantaris. De gastronemicus kan zowel het enkelgewricht als het kniegewricht bewegen. De soleus is voornamelijk voor de plantairflexie en ligt onder de gastronemicus.

De diepe spieren zijn de popliteus, flexor digitorum longus, flexor hallucis longus en tibialis posterior. De flexor digitorum longus is de flexor van alle tenen behalve de grote teen. De flexor van de grote teen is namelijk de flexor hallucis longus. De tibialis posterior zorgt ervoor dat je stevig kan staan. De popliteus zit in de bodem van de popliteal fossa en beweegt de knie.

Voet

De voet wordt verdeeld in drie regio’s. De achtervoet bevat de botten de talus en calcaneus. De middenvoet bevat de naviculair, cuboid en cuneiforms. De voorvoet bevat de metatarsalis en phalangen.

De intermusculaire septa verdelen de zool van de voet in drie compartimenten. Mediaal zitten de spieren abductor hallucis en flexor hallucis brevis. De fascia van dit compartiment heet de medial plantar. Centraal zitten de spieren flexor digitorum brevis, flexor digitorum longus en quadratus plantae. De fascia heet plantar aponeurosis. Lateraal zitten de spieren abductor en flexor digiti minimi brevis. De fascia heet lateral plantar fascia.

De spieren van de voet zijn in verschillende lagen en compartimenten georganiseerd, maar werken samen als een groep bij het staan, lopen en het behouden van de krommingen van de voet. Zie tabel 5.12 voor een overzicht van de spieren.

Zenuwen van de voet

De nervus tibialis splitst posterior van de medial malleolus in een mediale en laterale plantar nerve. Deze zenuwen innerveren de spieren. Voor de huid zijn er meerdere zenuwen.

Arteriën en venen van de voet

Uit de arteria tibialis anterior ontspringt de dorsalis pedis arterie. Deze voorziet de dorsale zijde van de voet van bloed. Uit de arteria tibialis posterior ontspringen de medial en lateral plantar arteries. Deze voorzien de mediale en laterale zijdes van de voer van bloed.

De diepe venen anastomoseren rond de arteriën. De oppervlakkige venen liggen subcutaan. De dorsal metatarsal veins draineren in de dorsal venous arch wat vervolgens naar een dorsal venous netwerk draineert.

Gewrichten van onderste ledematen

Heupgewricht

Het heupgewricht verbindt de onderste ledematen met het bekken. Het is een kogelgewricht. De kop van de femur articuleert met het acetabulum in het heupbot. Het gewrichtskapsel is een fibreuze laag.

Het heupgewricht heeft een aantal ligamenten om het gewricht te verstevigen. Deze ligamenten zijn:

• Het iliofemoral ligament loopt anterosuperior en voorkomt hyperextensie.
• Het puberofemoral ligament loopt anteroinferior en voorkomt overabductie.
• Het ischiofemoral ligament loopt posterior.

De bewegingen die het heupgewricht kan maken zijn flexie-extensie, abductie-adductie, mediaal-lateraal rotatie en circumductie. Om te zien welke spieren welke beweging mogelijk maken zie figuur 5.46.

De arteriën die het heupgewricht van bloed voorzien zijn de arteria femoralis circumflexa mediaal en lateraal. Deze komen van de arteria femoralis profunda. De artery to head of femur komt van de arteria obturatoris.

De zenuwen die het heupgewricht innerveren zijn de nervi femoris (anterior), obturatoris (inferior), superior gluteal (superior) en nerve to quadratus femoris (posterior).

Kniegewricht

Het kniegewricht is scharniergewricht. Lateraal en mediaal articuleert het femur met de tibia, en en met de patella.

Het gewricht wordt voornamelijk beschermd door spieren en ook door ligamenten. Het gewrichtskapsel bestaat uit een externe fibreuze laag en een interne synoviale membraan.

De bewegingen van de knie zijn flexie en extensie. Als de knie helemaal doorstrekt (extensie) schiet het op slot. Dit komt doordat de femur dan mediaal op de tibia draait en vast komt te zitten. Om de knie uit het slot te halen contracteert de popliteus spier, waardoor de femur lateraal roteert en de knie weer kan flexeren.

Rond de knie zit een anastomose van arteriën, de genicular anastomosis. De arteriën komen van de arteria femoraris, poplitea en anterior tibial. De neuronale innervatie komt van de nervi femoralis, tibialis, fibularis communis, obturatoris en saphenous.

Tibiofibulaire gewrichten

De tibiofibulaire gewrichten zitten tussen de tibia en fibula. Superior zit het superior tibiofibular joint. Dit is een plain-type van synovial gewricht. Inferior zit de tibiofibular syndesmoses. Dit is een compound fibrous gewricht.

Enkel

De talocrural articulation is een scharniergewricht. De malleoli van de tibia en fibula vormen een holte voor de talus. Er zijn veel ligamenten nodig om dit gewricht te verstevigen. Lateraal zitten drie ligamenten: anterior talofibular, posterior talofibular en calcaneofibular. Mediaal zitten vier ligamenten. Deze lopen van de medial malleus naar de talus, calcaneus en naviculair.

De bewegingen die mogelijk zijn bij de enkel zijn dorsiflexie en plantairflexie. De arteriën die het gewricht van bloed voorzien zijn de arteria fibularis en de arteria tibialis anterior en posterior. De nervus tibialis en nervus fibularis profundus innerveren het enkelgewricht.

Voet

Er zijn in het voet drie soorten gewrichten: intertarsaal, metatarsaal en phalangen. De intertarsale gewrichten zijn de talocalcaneal, calcaneocuboid en talonaviculair. Deze zorgen voor de inversie en eversie bewegingen. Flexie en extensie in de voet is mogelijk door de metatarsophalangeal en interphalangeal gewrichten.

Hoofdstuk 6: Upper Limb

De bovenste ledematen kunnen worden verdeeld in regio’s: schouder, arm, onderarm en hand.

Botten van de bovenste ledematen

De clavicula is het sleutelbeen. Het verbindt de bovenste ledemaat met de romp door het sternum aan het sternoclaviculaire gewricht. De clavicula articuleert ook met de scapula door het acromion aan het acromioclaviculaire gewricht.

De scapula is het schouderblad. Het is een plat, driehoekig bot met de punt naar beneden. Het ligt over de thorax van rib 2 tot en met rib 7. De scapula heeft superior een spina en lateraal het acromion. Lateraal zit ook de cavitas glenoidales voor articulatie met de kop van de humerus.

De humerus is het bot van de bovenarm. Het articuleert met de scapula superior en de radius en ulna inferior. De schaft heeft lateraal een tuberositas deltoideus voor aanhechting van de musculus deltoideus. Ook heeft het posterior een radial groove voor de nervus radialis. Distaal is de condyle van de humerus met twee articulatie plaatsen: het capitulum voor de kop van de radius en de trochlea voor de ulna.

De radius en ulna zijn de twee onderarm beenderen. De ulna ligt mediaal en stabiliseert. Het heeft proximaal het olecranon. De radial notch is het punt waar de ulna articuleert met de radius. De radius ligt lateraal en is korter dan de ulna. Het heeft mediaal een tuberositas radialis.

De botten van de pols zijn de carpalen. De carpalen liggen in een proximale en distale rij van steeds vier botjes. De proximale botten van lateraal naar mediaal zijn scaphoid, lunate, triquetrum en pisiform. De distale botten van lateraal naar mediaal zijn trapezium, trapezoid, capitate en hamate.

Distaler in de hand liggen de metacarpales. Deze verbinden de carpalen met de phalanhen. De phalangen hebben een proximaal, middel en distaal bot, behalve de duim, deze heeft alleen een proximaal en distaal bot.

Oppervlakkige structuren van de bovenste ledematen

Fascia van de bovenste ledematen

Het subcutane weefsel heet de fascia. De diepe fascia liggen om de spieren heen. De diepe fascia zijn vernoemd naar de spieren waar ze omheen liggen. Dit zijn de fascia pectoralis, axillaris, clavipectoralis (ligt om subclavius en pectoralis minor), deltoidus, brachialis, antebrachiaisl (onderarm) en palmaris (hand) fascia.

Innervatie van de huid van de bovenste ledematen

De huid wordt geïnnerveerd door cutane zenuwen. Deze lopen in dermatomen (zie afbeelding 6.12). De meeste zenuwen komen van de plexus brachialis. Dit is een zenuwnetwerk van spinale zenuwen C5-T1. Het begint bij het laterale deel van de cervicale wervelkolom en loopt tot en met de axilla. De zenuwen komen bij elkaar en vormen drie trunci superior (C5 en C6), middel (C7) en inferior (C8 en T1). De drie trunci splitsen in een anterior en posterior deel. Deze komen weer samen en vormen drie cords lateraal, mediaal en posterior. Uit deze cords ontspringen de zenuwen nn. axillaris, musculocutaneus, radialis, medianus en ulnaris.

• Nervus supraclavicularis: innerveert de clavicula en pectoralis major (superolateraal).
• Nervus radialis: innerveert de bovenarm en onderarm posterior en inferolateraal.
• Nervus axillaris: innerveert de deltoideus en de middenarm lateraal.
• Nervus musculocutaneus: innerveert de onderam lateraal.
• Nervus medianus: innerveert de bovenarm mediaal en de onderarm mediaal en anterior.

Veneuze drainage van de bovenste ledematen

De oppervlakkige venen zijn de vena cephalica en vena basilica. Deze ontstaan uit het dorsale veneuze netwerk.

De diepe venen zijn gepaard en anastomoseren met elkaar. Ze lopen mee met de arteriën en hebben dezelfde namen als de arteriën.

Perforating veins zijn venen die de diepe venen en oppervlakkige venen met elkaar verbinden.

Anterior axioappendicular spieren

De anterior axioappendicular spieren zijn spieren die de schoudergordel bewegen. De spieren zijn:

• Pectoralis major: deze zit over het superiore gedeelte van de thorax.
• Pectoralis minor: deze zit over de anterior wand van de axilla.
• Subclavius: deze zit praktisch horizontaal onder de clavicula.
• Serratus anterior: deze zit lateraal over de thorax.

Posterior axioappendicular en scapulohumerale spieren

De posterior axioappendicular spieren verbonden het appendiculaire skelet met het axiale skelet. Ze zijn verdeeld in drie groepen: oppervlakkig en diep posterior axioappendicular en scapulohumeral.

Oppervlakkige posterior axioappendicular spieren

Dit zijn extrinsieke schouderspieren. In deze groep zitten de trapezius en latissimus dorsi. De trapezius verbindt de schoudergordel met de romp en de schedel.

Het bestaat uit drie delen: de descending part die de scapula eleveert; de middel part die de scapula naar posterior trekt; en de ascending part die de scapula en schouder naar inferior trekt.

De latissimus dorsi is een grote spier die een groot deel van de rug bedekt. Het heeft vooral invloed om de glenohumeral gewricht om de arm te bewegen.

Diepe posterior axioappendicular spieren

Ook dit zijn extrinsieke schouder spieren. Ze bestaan uit de levator scapulae en rhomboids. De levator scapulae eleveert de scapula. De rhomboids bestaat uit twee spieren, major en minor. Ze liggen onder de trapezius, verbonden aan de wervelkolom en de scapula. Ze trekken de scapula terug en roteren het.

Scapulohumerale spieren

Deze spieren zijn intrinsieke spieren. Het zijn de musculus deltoideus, teres major, supraspinatus, infraspinatus, subscapularis en teres minor. Alle spieren zitten aan de scapula en humerus en werken op het glenohumeral gewricht.

De deltoideus bestaat uit een anterior, middel en posterior deel. Als alle drie delen tegelijk samentrekken zorgt het voor abductie van de arm.

De teres major zorgt voor adductie en mediale rotatie van de arm.

De supraspinatus, infraspinatus, teres minor en subscapularis heten samen de rotator cuff spieren. Ze roteren de arm.

Axilla

De axilla is een pyramidale ruimte onder het glenohumerale gewricht en boven de junction van arm en thorax. Door de axilla lopen vaten en zenuwen van en naar de bovenste ledematen. Het bevat de axillaire arterie, axillaire vene, de zenuwen van de plexus brachialis en de axillaire lymfeknopen.

Bovenarm

De bovenarm zit tussen de schouder en elleboog. Het ellebooggewricht maakt flexie-extensie en pronatie-supinatie mogelijk.

De spieren van de bovenarm zijn de biceps brachii, brachialis en coracobrachialis (flexoren en de triceps brachii (extensor). De flexoren zitten in het anterior compartiment en de extensor in het posterior compartiment. De flexoren worden geïnnerveerd door de nervus musculocutaneus en de extensor door de nervus radiualis.

De arterie van de bovenarm is de arteria brachialis. Het is het verlengde van de arteria axillaris. Uit de arteria brachialis ontspringen takken naar spieren en de kop van de humerus. De arteria brachialis profunda is de diepe arterie van de arm. De superiore en inferiore ulnaire collaterale arteriën vormen de arteriele anastomoses van de elleboogregio.

De zenuwen van de bovenarm zijn de nervi medianus, ulnaris, musculocutaneus en radialis.

De cubital fossa is het anterior gedeelte van de elleboog.

Onderarm

De onderarm ligt tussen de elleboog en pols. Het bestaat uit twee botten, de ulna en de radius. Tussen deze twee botten zit een interosseous membrane. De spieren anterior zijn voor flexie en pronatie. Ze worden geïnnerveerd

door de nervus medianus en nervus ulnaris. De spieren posterior zijn voor extensie en supinatie. Ze worden geïnnerveerd door de nervus radius.

De spieren in het anterior compartiment zijn verdeeld in drie lagen. Oppervlakkig zitten de pronator teres, flexor carpi radialis, palmaris longus en flexor carpi ulnaris.

Midden zit de flexor digitorum superficialis. Diep zitten de flexor digitorum profundus, flexor pollicis longus en pronator quadratus.

De spieren in het posterior compartiment zitten in drie functionele groepen.

Spieren die extensie en abductie of adductie van de hand veroorzaken. Dit zijn de extensor carpi radialis longus, extensor carpi radialis brevis en extensor carpi ulnaris.

Spieren die extensie van de vier mediale vingers veroorzaken. Dit zijn de extensor digitorum, extensor indicis en extensor digiti minimi. Spieren die extensie of abductie van de duim veroorzaken. Dit zijn de abductor pollicis longus, extensor pollicis brevis en extensor pollicis longus. Deze spieren zijn anatomisch nog verdeeld in oppervlakkige en diepe lagen.

Oppervlakkig zitten de extensor carpi radialis brevis, extensor digitorum, extensor digiti minimi en extensor carpi ulnaris. Diep zitten de extensor pollicis longus, abductor pollicis longus en extensor pollicis brevis.

De zenuwen van de onderarm zijn de nervi medianus, ulnaris en radialis. De arteriën van de onderarm zijn de arteria ulnaris en arteria radialis.

Hand

De hand bestaat uit de pols, hand en vingers. Het skelet bestaat uit de carpalen in de pols, de metacarpalen in de hand en de phalangen in de vingers.

De spieren van de hand zitten in vijf comparimenten.

In het thenar compartiment zitten de thenar spieren. Dit zijn de abductor pollicis brevis, flexor pollicis brevis en opponens pollicis. Deze spieren zorgen voor de oppositie van de duim.

In het hypothenar compartiment zitten de hypothenar spieren. Dit zijn de abductor digiti minimi, flexor digiti minimi brevis en opponens digiti minimi.

In het adductor compartiment zit de adductor pollicis.

In het central compartiment zitten de korte spieren van de hand, de lumbricals. Deze hebben lange flexor pezen. Ze zorgen voor de flexie van de vingers.

In de interosseus compartimenten zitten de interossei. Deze zitten tussen de metacarpalen.

De pezen van sommige spieren lopen tot en met de phalangen. Om de pezen vast te zetten aan de phalangen zitten er fibrous digital sheaths omheen.

De radiale en ulnaire arteriën voorzien de hand van bloed. Van de arteria ulnaris ontspringt de diepe en oppervlakkige palmaire tak. De nervi medianus, ulnaris en radialis innerveren de hand.

Gewrichten van de bovenste ledematen

Sternoclaviculaire gewricht

Het sternoclaviculaire gewricht is een zadelgewricht. Het zit tussen het manibrum sterni en de clavicula. Dit is de enige articulatie tussen het appendiculaire en axiale skelet. Het gewrichtskapsel bestaat uit een fibreuze laag en een synoviaal membraan. Ligamenten verstevigen het gewricht. Anterior en posterior sternoclaviculaire ligamenten, interclavicular ligament (superior) en costoclavicular ligament (inferior).

Acromioclaviculaire gewricht

Het acromioclaviculaire gewricht zit tussen het acromion van de scapula en de clavicula. Het is een vlak gewricht. De articulaire oppervlakken zijn bedekt met fibreus kraakbeen. Tussen de beide oppervlakken zit een articulaire discus. Het gewrichtskapsel wordt versterkt door de spiervezels van de trapezius.

Het AC ligament loopt van het acromion tot de clavicula superior. Het coracoclavicular ligament zet de clavicula vast aan de processus coracoideus van de scapula. De trapezoid ligament loopt van de processus coracoideus naar de trapzoideus.

Glenohumerale gewricht

Het glenohumerale gewricht is het schoudergewricht, tussen de cavitas glenoidalis van de scapula en de humerus. Het iseen kogelgewricht. Het is een relatief onstabiel gewricht. De cavitas glenoidalis is klein en de humerus wordt op zijn plaats gehouden door de rotator cuff spieren. Het gewrichtskapsel bestaat uit een fibreuze laag en een synoviaal membraan.

De glenohumeral ligamenten versterken het gewricht anterior. Het coracohumerale ligament versterkt het gewricht superior. Het zit vast aan de humerus en de processus coracoideus van de scapula. Het coraco-acromial ligament loopt van de processus coracoideus naar het acromion, over de kop van de humerus.

De bewegingen die het glenohumeral gewricht kan maken zijn flexie-extensie, abductie-adductie, mediaal-lateraal rotatie en circumductie.

Het gewricht wordt van bloed voorzien door de anterior en posterior circumflex humeral arteries en de suprascapulaire arterie. De zenuwen die het gewricht innerveren zijn de suprascapular, axillaire en lateral pectoral zenuwen.

Elleboog gewricht

Het elleboog gewricht is een scharniergewricht. De humerus articuleert met de ulna en radius. De ulna heeft een trochlear notch die articuleert met de trochlea van de humerus. De radius heeft een kop die articuleert met de capitulum.

Ligamenten die het gewricht versterken zijn de collateral ligaments, die bestaan uit een radial collateral ligament en een ulnar collateral ligament. De ulnar collateral ligament bestaat uit drie banden.

De bewegingen die het elleboog gewricht kan maken zijn flexie en extensie. De arteriën rond het elleboog gewricht anastomoseren met elkaar. De zenuwen die het elleboog gewricht innerveren zijn de musculocutaneus, radialis en ulnaris.

Proximale radio-ulnaire gewricht

Het proximal radio-ulnar gewricht is een pivot-type of synovial joint. De kop van de radius articuleert met de ulna. De kop van de radius wordt op zijn plaats gehouden door de anular ligament of the radius, die aan beide kanten aan de ulna hecht.

Distale radio-ulnaire gewricht

Het distal radio-ulnar gewricht is ook een pivot-type of synovial joint. Het zorgt dat de radius over de ulna kan draaien. Hierdoor maakt dit gewricht pronatie en supinatie mogelijk. Bij supinatie draait de handpalm naar anterior. Bij pronatie draait de handpalm naar posterior. De radius draait over de ulna die gefixeerd blijft. Periarticulaire arterial anastomosis of the elbow joint voorziet ook het distal radio-ulnar gewricht van bloed. De nervi musculocutaneus, medianus en radialis innerveren het gewricht.

Handgewrichten

De pols bestaat uit acht carpale botjes. Deze articuleren met de onderarm bij de radiocarpal gewricht en de metacarpalen. Bij het polsgewricht glijden de carpalen over elkaar.

Functionele Histologie

Hoofdstuk 5: Bindweefsel

Inleiding

Bindweefsel biedt steun aan het lichaam en is een grondsubstantie die cellen, weefsels en organen kan verbinden. De extracellulaire matrix is essentieel voor zijn functie. De functies van bindweefsel zijn steun bieden, een transportmedium, bescherming tegen micro-organismen, herstel, opslag.

Het bindweefsel ontstaat uit het mesoderm. Hieruit ontwikkelt zich het mesenchym. Deze cellen migreren naar verschillende plekken in het lichaam om verder te ontwikkelen.

Extracellulaire matrix

De extracellulaire matrix bestaat uit grondsubstantie, vezels en weefselvloeistof. De grondsubstantie ligt tussen cellen en vezels in en bestaat uit proteoglycanen (eiwitketen met daaraan verbonden glycosaminoglycanen) en glycoproteïnen.

Glycosaminoglycanen (GAG’s) liggen in de grondsubstantie. Zij zijn sterk hydrofiel. Er zijn twee soorten GAG’s:

• gesulfateerde GAG’s: dit zijn onder andere chondroïtinesulfaat, dermatansulfaat, heparansulfaat, keratansulfaat
• ongesulfateerde GAG: hyaluronzuur

Proteoglycaanaggregaten zijn hyaluronzuur gebonden aan proteoglycanen. Ook kunnen zij zich binden aan collageen.

Glycoproteïnen beïnvloeden interacties tussen cellen. Ook verzorgen ze hechtingen van cellen aan vezels.

Fibronectine wordt gemaakt door fibroblasten. Het is betrokken bij celadhesie en migratie. Laminine zorgt voor de hechting  tussen de lamina basalis en de epitheelcel. Chondronectine zorgt voor de adhesie tussen chondrocyten en collageen type II.

Lysosomale stapelingsziekte is een ziekte waarbij de cellen de lysosomen die verantwoordelijk zijn voor afbraak van de proteoglycanen missen. Hierdoor stapelen er GAG’s op, waardoor de cellen opzwellen en er een metabolisme verstoring optreedt. Hierdoor overlijden patiënten op erg jonge leeftijd.

De vezels in bindweefsel zijn collageen en elastine vezels.

Collageen

Collageen is een eiwit, het meest voorkomende eiwit in het menselijk lichaam. Het wordt geproduceerd door fibroblasten, chondroblasten, osteoblasten, spiervezels en cellen van Schwann.

Er zijn verschillende typen collageen:

• Fibrilvormend collageen: aggregatie van collageen zodat er fibrillen vormen.
• Netwerkvormend collageen: een deel van lamina basalis.
• Verankerd collageen: vorming van fibrillen die collageen aan de lamina basalis hechten.

Synthese van collageen: collageen wordt opgebouwd uit de aminozuren glycine, proline en lysine. Na uitscheiding uit de cel wordt het tropocollageen. Tropocollagenen worden gestapeld tot collageen fibrillen. Vervolgens worden er collageenbundels gevormd.

Biosynthese van collageen type I gaat als volgt: eerst worden er polypeptide-A-keten gevormd. Vervolgens worden van de aminozuren ketens gevormd door hydroxylering. Daarna is er glycosylering van hydroxylysine en worden er registratiepeptiden gebonden. Daarna worden de registratiepeptiden gesplitst en ontstaat er tropocollageen. Dit wordt gestapeld tot collageenfibrillen en vervolgens tot collageenbundels.

Collageen is te herkennen aan een witte kleur, omdat ze geen bloedvaten hebben. Verder zijn ze trekvastig en acidofiel.

Mensen met het Ehlers-Danlos syndroom hebben een collageen deficiëntie, waardoor er scheuren in de darmen en bloedvaten ontstaan.

Elastische vezels

De elastische vezels worden vooral gemaakt van het eiwit elastine. Ze zijn erg rekbaar. Ze komen veel voor in bloedvaten.

Elastine vezels worden als volgt gemaakt: oxytalanvezels worden gevormd uit microfibrillen (fibrilline). Er vindt depositie van elastine plaats, waardoor er elauninevezels ontstaan. Vervolgens ontstaan er ophopingen van elastine.

Pro-elastine is de voorloper van elastine. Elastine kan worden afgebroken door elastase. Elastine bevat desmosine en isodesmosine.

Het Marfan- syndroom ontstaat door een mutatie in het fibrilline gen. Het weefsel kan hierdoor geen weerstand bieden tegen trek en drukkrachten. Er ontstaan ten gevolge hiervan veel scheuren in het weefsel.

Weefselvloeistof

Weefselvloeistof wordt ook wel interstitiële vloeistof genoemd. De samenstelling lijkt op de samenstelling van bloedplasma. Het weefselvloeistof wordt vaak gebonden aan proteoglycanen. Het wordt voortgestuwd door hydrostatische druk in capillairen. Er ontstaat hierbij tegenkracht door de colloïd osmotische druk van de plasma-eiwitten. Er treedt echter meer vloeistof uit de bloedvaten dan dat er terug in de bloedvaten opgenomen wordt.

Oedeem ontstaat doordat er meer weefselvloeistof in de interstitiële ruimte zit dan normaal. De vloeistof wordt niet meer gebonden en is hierdoor verplaatsbaar. Bij het drukken op de huid met oedeem ontstaan er putjes die langzaam weer verdwijnen. Het kan het gevolg zijn van hartfalen of een obstructie van de lymfevaten. Ook kan het komen door ondervoeding, dit heet hongeroedeem.

De bindweefselcellen

Bindweefselcellen bestaan uit vaste cellen en vrije cellen.

• vaste cellen: fibroblasten, adipocyten, mestcellen en pericyten.
• vrije cellen: plasmacellen, lymfocyten, neutrofiele, eosinofiele en basofiele granulocyten, monocyten en macrofagen.

Vaste cellen

Fibroblasten zorgen voor de productie van de grondsubstantie, collageen en elastinevezels. In volwassen vorm heten de fibroblasten fibrocyten. Een fibroblast heeft veel uitlopers en heeft een ovale kern. Fibroblasten kunnen bij beschadiging delen en differentiëren tot myofibroblasten, voor de wondcontractie.

Een fibrocyt heeft minder uitlopers en een langwerpige kern. Als er wondgenezing nodig is, differentieert een fibrocyt weer terug naar een fibroblast.

Mestcellen hebben een ronde kern. Ze komen vooral voor in de huid, lucht en darmen. De functie van mestcellen is de vorming en opslag van mediatoren die een rol spelen bij ontstekings- en overgevoeligheidsreacties. Ook zorgen de mestcellen voor de productie van leukotriënen, die betrokken zijn bij vaatverwijding.

Anafylactische shock ontstaat na blootstelling aan een allergeen. Dit allergeen zorgt voor een IgE vorming dat bindt aan een mestcel. Bij een herhaalde bloostelling bindt IgE aan het IgE op de mestcel, waardoor deze histamine gaat uitscheiden. Dit zorgt voor vaatverwijding en vervolgens shock. Hooikoorts kent het zelfde mechanisme, maar in mindere mate.

Pericyten liggen om endotheelcellen heen. De eigenschappen van pericyten komen overeen met endotheelcellen of gladde spiercellen.

Vrije cellen

Macrofagen hebben een ovale kern. De voorlopercellen van macrofagen zijn monocyten. Macrofagen kunnen fuseren tot veelkernige reuscellen als er grote binnendringers zijn. Macrofagen raken geactiveerd door lichaamsvreemde stoffen.

De functies van macrofagen zijn het opruimen binnendringers en ze lysosomaal verteren, antigeenpresentatie en het secreteren van afweer en weefselherstel messengers.

Plasmacellen zijn ovale cellen met een ronde kern. Na infectie nemen de plasmacellen in aantal toe en scheiden zij antilichamen uit. Het doel van een antigeen-antilichaamreactie is de schade beperken in het weefsel.

Leukocyten migreren door de wanden van bloedvaten door middel van het proces diapedese, dit gebeurt meer tijdens infectie. Lymfocyten circuleren in het bloed.

Typen bindweefsel

Er zijn vijf typen bindweefsel, namelijk losmazig, straf, elastisch, reticulair en mucoïd bindweefsel.

Losmazig bindweefsel

Losmazig bindweefsel heeft veel grondsubstantie en weefselvloeistof. Dit is het meest voorkomende type bindweefsel. Het ligt tussen spiervezels en fasciën, en is het onderhuidse bindweefsel. Het is makkelijk vervormbaar. Ook is het sterk gevasculariseerd.

Straf bindweefsel

Straf bindweefsel heeft meer collageen dan losmazig bindweefsel en is daardoor minder vervormbaar. Er bestaat geordend en ongeordend straf bindweefsel.

In geordend dicht bindweefsel ligt het collageen in twee hoofdrichtingen georiënteerd, de weerstand is dan in die richting. In ongeordend dicht bindweefsel loopt het collageen alle kanten op, de weerstand is dan tegen alle richtingen in.

Elastisch bindweefsel

Elastisch bindweefsel bestaat uit elastine en is geel van kleur. Er is maar weinig elastisch bindweefsel in het lichaam.

Reticulair bindweefsel

Reticulair bindweefsel is een variatie van het losmazig bindweefsel. Het vormt het ruimtelijk steunapparaat van het beenmerg en lymfoïde organen. Het reticulair bindweefsel vormt collageen type III.

Mucoïd bindweefsel

Mucoïd bindweefsel is geleiachtig en heeft veel hyaluronzuur. Het vormt de basis van de navelstreng.

Histofysiologie

Bindweefsel biedt steun aan vele soorten weefsels, met name door de collagene vezels.

Vetten worden opgeslagen in vetweefsel. Ook zorgt het bindweefsel voor de opslag van water en elektrolyten.

Bindweefsel helpt bij de afweer, doordat het bij blootstelling aan antigenen de ontstekingsreactie in werking zet. De afweercellen worden aan het werk gezet.

Het bindweefsel zorgt ook voor het herstel na een ontstekingsreactie. De fibroblasten vormen een kapsel (abces) om de ontstekingshaard. Ook zorgt het bindweefsel voor opvulling van de holtes waar dood weefsel zat na hartinfarct.

Granulatieweefsel is jong herstellend weefsel dat later vervangen zal worden door littekenweefsel. Dit witte littekenweefsel bestaat uit collageen dat straf is door het gebrek aan elastine.

De transportfunctie van bindweefsel is voor vocht en voedingsstoffen. Deze stoffen worden door het bindweefsel verplaatst van het bloedvaten naar het ander weefsel. Ook kan het afval getransporteerd worden uit het weefsel door het bindweefsel.

Hoofdstuk 6: Vetweefsel

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.

Hoofdstuk 7: Kraakbeen

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:

• hyalien kraakbeen (vooral collageen type II)
• elastisch kraakbeen (veel elastische vezels en collageen type II)
• 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).

Hoofdstuk 8: Botweefsel

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.

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.

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.

Hoofdstuk 11: Spierweefsel

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).

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.

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.

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.

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.

Essential Cell Biology

Hoofdstuk 6: DNA replication, repair and recombination 

DNA kan op verschillende manieren muteren, ondanks verschillende beschermende systemen. Dit kan gebeuren bij de replicatie, door chemicaliën, door straling en door problemen binnen in een cel. Dit hoofdstuk gaat over de replicatie en reparatie van het DNA.

Mutaties kunnen meer en minder gevolgen hebben. Soms is dit positief voor het organisme (resistente bacteriën). In miljoenen jaren zijn door een opeenstapeling van mutaties verschillende soorten organismen ontstaan. Een negatief voorbeeld is kanker of erfelijke ziekten. Het overleven van de cel en het organisme is afhankelijk van controlemechanismen op mutaties.

DNA replicatie – hoe DNA replicatie zo snel en accuraat kan plaatsvinden

Een DNA-helix bestaat uit 2 complementaire strengen. De één (S) kan zo als mal dienen voor het kopiëren, ofwel repliceren (S’). De nucleotiden A&T en G&C horen bij elkaar. Eén dierlijke cel repliceert zo wel 1000 boeken zonder fout, in 8 uur. De replicatie is ‘semiconservatief’, elke gecreëerde helix bestaat uit een oude en een nieuwe streng.

Alleen bij hoge temperaturen (100⁰C) kan de waterstofbinding tussen de DNA-strengen
verbreken. Voor een replicatie zullen deze strengen ook ontkoppeld moeten worden bij dierlijke temperaturen. Initiatoreiwitten helpen hierbij. Het DNA wordt geopend bij de replicatieoorsprong. Deze wordt gekenmerkt door opeenvolgingen van vooral A-T basenparen, aangezien een A-T binding minder sterk is dan een C-G binding. Een circulair bacterieel genoom heeft een enkele oorsprong. Het omvangrijkere menselijke genoom wel 10.000, hierdoor kan de replicatie op meerdere plaatsen beginnen. De initiatorbinding trekt veel eiwitten aan, die samen een eiwitmachine vormen. De eiwitmachine beweegt aan beide kanten van de oorsprong, maar in tegengestelde richting. Deze kruisingen zijn y-vormig en heten replicatievorken. Hier vervult elk eiwit een specifieke functie in de replicatie:

DNA polymerase

DNA polymerase vormt een fosfodiester tussen het 3’-eind en de 5’-fosfaatgroep. Zo plakken de nieuwe nucleotiden aan de oude streng. Deze nucleotide begint als nucleoside trifosfaat, maar hydrolyseert een energierijke verbinding, er komt pyrofosfaat (PP_i) vrij, wat verder hydrolyseert tot anorganisch fosfaat (P_i). Dit maakt de polymerisatie (eiwitkoppeling) onomkeerbaar. Polymerase beweegt in stapjes en laat dus niet elke keer los van de groeiende ketting.

Polymerase werkt alleen van het 5’-eind van de streng naar het 3’-eind toe. Aangezien de replicatievorken in tegengestelde richting bewegen ontstaat er een probleem aan één kant. Polymerase steekt daarom steeds terug in stapjes (backstitching). Deze kleine gepolymeriseerde stukjes, gemaakt van 5’-naar- 3’, heten Okazaki strengen. De onderbroken streng die hieruit bestaat heet de ‘lagging strand’, de ondoorbroken streng heet de ‘leading strand’. Het polymerase corrigeert zichzelf wanneer er een verkeerde binding ontstaat, aangezien de cel anders dood gaat.

1) Polymerase controleert de basenparing die tot stand komt.

2) Polymerase corrigeert de fout door ‘proofreading’.

In tegenstelling tot polymerase, gaat proofreading in richting 3’-naar-5’. Dit is ook de reden dat polymerase maar in één richting manifesteert.

Primer

Polymerase kan geen nieuwe streng DNA beginnen, aangezien dit altijd koppelt aan 2 gebonden basen, die al gecontroleerd zijn door ‘backstitching’. Het enzym primase kan wel strengen RNA (ribonucleïnezuur) beginnen. Dit is bijna hetzelfde als DNA, maar heeft als suikergroep ‘ribose’ i.p.v. ‘deoxyribose’. Verder is een RNA streng korter en bevat de base uracil (u) i.p.v. thymine (t). RNA zorgt voor een gebonden basenpaar, dat als ‘primer’ dient voor DNA polymerase. Dit is alleen nodig aan de lagging strand, niet aan de leading strand.

Voor een continue DNA streng moet eerst het RNA vervangen worden door DNA. Een nuclease breekt het RNA los, dan vervangt reparatiepolymerase het RNA door DNA. Het enzym DNA ligase brengt vervolgens de 3’- en 5’-einden bij elkaar. Het RNA bevat veel fouten, maar deze worden weer gerepareerd door reparatiepolymerase.

Helicase splitst de dubbele helix, single-strandbinding protein voorkomt vervolgens basebinding. Sliding clamp zorgt ervoor dat polymerase stevig vast blijft zitten aan de streng. De clamp loader hydrolyseert ATP wanneer de klem bindt. Al deze eiwitten bewegen als eenheid samen langs de DNA.

Aan het eind van de het DNA molecuul is geen plek om een Okazaki fragment te starten. Bij circulaire bacteriën levert dit geen probleem op. Bij eukaryoten zijn er speciale telomeren aan het uiteinde. Deze trekken het enzym telomerase aan. Telomerase verlengt het DNA molecuul met een deel dat verloren mag gaan.

DNA repair

Wanneer er een fout wordt gemaakt in de replicatie van DNA en dit zorgt voor een permanente verandering, heet dit een mutatie. Wanneer deze fout voorkomt in een vitaal deel van het organisme kan dit grote gevolgen hebben (zoals sikkelcelanemie), aangezien de structuur en activiteit van een eiwit afhankelijk zijn van de aminozuurvolgorde. Het is dus belangrijk om de geslachtscellen te beschermen tegen mutatie. De nakomelingen van geslachtscellen zullen allen de mutatie dragen.

Ook een somatische cel (een normale cel, het tegenovergestelde van een geslachtscel) kan grote problemen veroorzaken wanneer gemuteerd. Mutaties kunnen resulteren in een ongecontroleerde groei, waarvan kanker een voorbeeld is. Het erven van een gemuteerd gen verhoogt de kans op kanker voor het individu.

Het is daarom belangrijk dat fouten worden opgespoord en verholpen. Er worden maar weinig fouten gemaakt (1 op 10⁷ nucleotiden). Hiervan wordt 99% opgespoord.

Een fout bij het kopiëren wordt een mismatch genoemd. Deze mismatch wordt verholpen door het verwijderen van de nieuwe DNA streng, en te vervangen. Alleen de nieuwe streng, en níét de oude streng moet worden vervangen. De ‘mismatch repair machinery’ herkent de nieuwgevormde streng door zogenaamde ‘nicks’.

Buitenom fouten bij de replicatie, kunnen er ook invloeden van buitenaf zorgen voor mutaties. Depurinatie is het plotseling verdwijnen van de purinebases (A en G). Bij deaminatie verdwijnt er plotseling een aminegroep, waardoor uracil uit cytosine ontstaat.

Metabolische bijproducten veranderen soms baseparen en UV-straling kan er voor zorgen dat 2 pyrimidine (thymine, cytosine of uracil) covalente verbindingen aan gaan.

De originele streng dient altijd als back-up. Deze is makkelijk te onderscheiden van de beschadigde streng, doordat er door mutaties vaak combinaties worden gevormd die normaal niet bestaan. Vervolgens 3 stappen: 1) De beschadiging wordt verwijderd door de strengen uit elkaar te trekken met nuclease. Hierdoor blijft een gat over. 2) DNA polymerase bindt aan het 3’-eind en vult het gat. 3) Ligase heelt de helix.

Er zijn veel verschillende eiwitten nodig voor DNA repair. Wanneer één van deze ontbreekt zoals bij xeroderma pigmentosum, worden mutaties door UV-straling bijvoorbeeld niet verholpen, wat resulteert in kanker.

Wanneer beide strengen beschadigd zijn is het mechanisme nonhomologous end-joining nodig. Dit brengt de gebroken delen weer bij elkaar, maar niet foutloos, er gaat meestal informatie verloren. Ook bestaat er homologous recombination. Hierbij wordt er een soortgelijke DNA streng gebruikt als mal. Dit werkt hetzelfde als recombinatie bij meiose. De soortgelijke streng kruist met de beschadigde streng, dit punt heet ‘branch point’.

Deze beschermingsmechanismen maken evolutie een langzaam proces. Na miljoenen jaren heeft DNA zijn essentiële inhoud behouden.

Bij meiose vindt er recombinatie plaats doordat de homologe chromosoom van de vader een cross-over maakt met de chromosoom van de moeder. De plek van de cross-over is willekeurig, er gaan geen nucleotiden verloren. Deze recombinatie vindt ook plaats bij de voortplanting van veel aseksuele organismen.

Nog een vorm van genetische variatie wordt veroorzaakt door mobiele genetische elementen, transposons, of springende genen genoemd. Deze elementen zitten in alle cellen en kunnen bewegen naar een ander deel van het genoom. Ook virussen zijn een mobiele vorm van DNA, ze kunnen vanuit de ene cel, een andere infecteren. Ze kunnen zich echter niet zelfstandig vermenigvuldigen en hebben hier gastheren voor nodig. Er is te weinig plek in hun DNA/RNA voor het coderen van enzymen voor de replicatie.

Wanneer de elementen niet als DNA maar als RNA bewegen, heten ze retrotransposons. Retrovirussen moeten eerst RNA omzetten in DNA om te kunnen repliceren.

Hoofdstuk 7: From DNA to Protein

DNA wordt gekopieerd naar RNA en met RNA wordt de eiwitsynthese gestart. DNA fungeert als een opslagplaats voor informatie en RNA zorgt voor de informatie overdracht.

Van DNA naar RNA

Voor genexpressie zijn de processen transcriptie en translatie nodig. Transcriptie is het kopiëren van DNA naar RNA. Translatie is het vormen van eiwitten aan de hand van RNA. De hoeveelheid eiwit die zo gevormd wordt is afhankelijk van de efficiëntie van de transcriptie en translatie. De cel kan de genexpressie aanpassen aan zijn behoeften op dat moment.

RNA is net als DNA een lineair polymeer, bestaande uit vier nucleotiden en phosphodiesters. Verschillen tussen DNA en RNA zijn dat RNA het suiker ribose in zijn structuur heeft en DNA het suiker deoxyribose. Structurele verschillen zijn dat DNA een dubbele helix heeft en RNA een enkele streng is, waardor het op allerlei manieren kan vouwen. Door deze vouwing heeft RNA ook andere functies naast informatieoverdracht van DNA naar eiwit.

Transcriptie begint met het openen van de DNA helix door RNA polymerase. Hierdoor komen de basen van het DNA vrij te liggen en kunnen de ribonucleotiden van het RNA binden. De nucleotiden binden aan de DNA template streng in het RNA bouwt op in de 5’ naar 3’ richting. RNA polymerase katalyseert de vorming van de phosphodiester verbindingen en plakt zo één voor één de nucleotide aan elkaar. Meteen wanneer de binding is gevormd laat de nucleotide los van de DNA streng en sluit de helix weer. Door deze directe sluiting kan de volgende RNA streng meteen erachteraan gemaakt worden. Zo kunnen er op één gen verschillende RNA strengen tegelijk gemaakt worden.

Verschillen tussen RNA en DNA polymerase zijn dat RNA polymerase de binding van ribonucleotiden katalyseert, niet van deoxyribonucleotiden. RNA polymerase gebruikt ook geen primer. Dit is waarschijnlijk niet nodig omdat RNA kopieën niet zo specifiek foutloos hoeven te zijn als DNA kopieën.

Verschillende soorten RNA

• Messenger RNA (mRNA) zijn de RNA strengen die van het DNA worden gekopieerd. Ze coderen voor één eiwit.
• Sommige genen hebben als product alleen RNA. Dit RNA werkt dan als een eiwit.
• Ribosomaal RNA (rRNA) zit in ribosomen waar mRNA aan bindt en eiwit vormt.
• Transfer RNA (tRNA) bindt aan één aminozuur en transporteert dit naar ribosomen.
• Micro RNA (miRNA) reguleert de genexpressie.

De manier waarop RNA polymerase weet waar het begin van een gen is, verschilt tussen bacteriën en eukaryoten. Bij bacteriën botst de RNA polymerase tegen het DNA aan, bindt losjes en glijdt langs de streng. Als het een promotor tegen komt, dit is een specifieke nucleotide volgorde die een startpunt aangeeft, bindt het zich stevig vast. Van daar opent het de helix, bindt de RNA nucleotiden aan de DNA streng en aan elkaar. Als de RNA polymerase een terminator, een specifieke nucleotide volgorde die een eindpunt aangeeft, tegen komt weet het dat de streng af is. Dan laat de RNA polymerase zowel de nieuwe RNA streng als de DNA streng los.

Het deel van de RNA polymerase dat de promotor herkent heet de sigmafactor. De sigmafactor maakt contact met de delen van de DNA basen die uit de helix steken. Als de sigmafactor een promotor herkent klemt het zich vast aan het DNA. Wanneer de RNA polymerase een tiental nucleotiden heeft gebonden laat de sigmafactor los van de polymerase. Nadat de RNA streng afgemaakt is en de polymerase los is, binden de RNA polymerase en een vrije sigmafactor opnieuw.

Het begin van de transcriptie bij eukaryoten is grotendeels hetzelfde als bij bacteriën, maar er zijn enkele verschillen.

Ten eerste heeft een eukaryoot niet één type RNA polymerase, maar drie. RNA polymerase 1 en 3 zorgen voor de transcriptie van tRNA, rRNA en kleine RNAs die als eiwitten werken. RNA polymerase 2 zorgt voor de transcriptie van alle eiwit genen.

Ten tweede kan een RNA polymerase niet alleen beginnen aan de transcriptie, er zijn vele andere eiwitten nodig, inclusief de general transcription factors.

Ten derde liggen er, in tegenstelling tot bacteriën, tussen de genen vele lange stukken DNA die geen genen bevatten. Hierdoor kan een enkel gen door vele factoren gereguleerd worden en is de transcriptie regulatie dus ook complex.

General Transcription Factors

General transcription factors (GTF) zijn nodig voor de transcriptie. Ze binden aan de promotor, binden de RNA polymerase 2, openen de helix en lanceren de RNA polymerase.

De eerste GTF die bindt is TFIID. TFIID bindt aan een TATA box, een volgorde van nucleotiden T-A-T-A- enzovoort. Deze TATA box zit enkele nucleotiden vóór het begin van het gen. Na de binding zorgt de TFIID dat er een grote verandering optreedt in het DNA, en de andere GTFs binden ook. Samen met de andere GTFs bindt RNA polymerase 2 ook. Al deze eiwitten samen heten het transcription initiation complex.

De RNA polymerase 2 zit dan nog vast in het transcription initiation complex. RNA polymerase 2 heeft een soort “staart” waar fosfaat groepen aan kunnen binden. GTF TFIIH heeft een protein kinase enzyme, waardoor het de staart kan fosforyleren en de RNA polymerase 2 los kan komen van het transcription initiation complex. Zo kan de RNA polymerase 2 beginnen met de transcriptie.

Als de RNA polymerase 2 weg is laten de GTFs los en kan er weer een nieuw complex opgebouwd worden. Na de transcriptie kan de RNA polymerase 2 alleen een nieuw complex vormen als de fosfaat groepen van de staart af zijn gehaald door fosfatases.

In bacteriën ligt het DNA vrij in het cytoplasma. Terwijl er transcriptie plaats vindt, kan een ribosoom meteen binden aan het al gesynthetiseerde deel van het RNA. Hierdoor kan het ook meteen beginnen met de vorming van het eiwit, terwijl de RNA streng nog niet af is.

Bij eukaryoten ligt dit anders. Het DNA ligt in een nucleus in de cel. Een RNA streng moet dus eerst de nucleus uit om eiwit te kunnen vormen, er zijn geen ribosomen in de nucleus. Voordat de RNA streng de cel uit kan, moeten er nog een aantal aanpassingen gedaan worden, het zogenaamde RNA processing.

Het RNA processing gebeurt terwijl de transcriptie plaatsvindt. De enzymen die dit doen zitten namelijk op de staart van de RNA polymerase. mRNA moleculen ondergaan capping en polyadenylation.

• Capping is het toevoegen van een guanine nucleotide met een methylgroep aan de 5’ kant van het RNA, de kant waar de eiwitsynthese begint.
• Polyadenylation is eerst het verwijderen van een bepaalde volgorde van nucleotiden en vervolgens het toevoegen van een reeks adenine nucleotides aan de 3’ kant van het RNA.

De functies van capping en polyadenylation zijn het stabieler maken van het mRNA, het mRNA als zodanig herkennen, en ervoor zorgen dat het mRNA wel compleet is.

Splicing

De meeste RNAs ondergaan nog een aanpassing. Een gen is niet een lange coderende reeks nucleotiden, maar er zitten nucleotiden in die nergens voor coderen. Deze niet-coderende stukken heten introns. De coderende stukken heten exons.

Na het capping, maar nog tijdens de transcriptie, begint het RNA splicing. Tijdens RNA splicing worden de introns uit het mRNA gehaald en worden de stukken weer aan elkaar geplakt. Aan het begin en het eind van een intron zit een bepaalde volgorde van nucleotiden die aangeeft dat het een intron is.

Het molecuul dat voor de splicing zorgt heet een spliceosome. Deze bestaat uit small nuclear RNAs (snRNAs), dit zijn speciale RNA moleculen. De snRNAs zijn verbonden met speciale eiwitten, en dit complex heet small nuclear ribonucleoprotein particles (snRNPs). De snRNPs vormen de kern van een spliceosome.

Door de splicing kunnen er van één gen vele verschillende eiwitten gemaakt worden, door ze op alternatieve manieren te splicen. Dit proces zou tijdens de evolutie ervoor gezorgd hebben dat er vele nieuwe eiwitten gemaakt werden uit een aantal genen.

Na het capping, splicing en polyadenylation is het mRNA klaar om de nucleus uit te gaan.

Export uit de nucleus

Er wordt relatief weinig mRNA gemaakt ten opzichte van de afval die de productie veroorzaakt. Hoe weet de cel nu wat mRNA is en wat dus uit de nucleus mag?

Om uit de nucleus te kunnen moet het mRNA door poriën in de nucleus, het nuclear pore complex. Alleen mRNA dat correct geproduceerd is kan door de poriën. Als het mRNA correct is geproduceerd, kunnen er bepaalde eiwitten aan binden. Deze eiwitten zijn onder andere gebonden aan het polyadenylation en de capping en de juiste splicing plaatsen.

Het afval wordt in de nucleus afgebroken en hergebruikt.

Als een mRNA molecuul uit de nucleus is en eiwit maakt, moet het uiteindelijk ook weer afgebroken worden. Hoelang een mRNA molecuul blijft werken, verschilt van molecuul tot molecuul. Het hangt af van de nucleotide volgorde en de type cel. De nucleotide volgorde die bepalend is, ligt tussen het 3’ einde van de RNA streng en de polyadenine staart.

De levensduur van een mRNA molecuul bepaalt de hoeveelheid eiwit die gemaakt wordt. Eiwitten die veel nodig zijn hebben dus een mRNA met een lange levensduur.

Het mRNA wordt uiteindelijk afgebroken tot nucleotide door RNases.

Van RNA naar eiwit

Het kopiëren van DNA in RNA is makkelijk te begrijpen, omdat het allebei uit bijna dezelfde bouwstenen bestaat. Het omzetten van een RNA code in een eiwit is echter lastiger, omdat RNA en eiwit uit verschillende bouwstenen bestaan. De RNA code moet vertaald worden, ofwel translatie.

De genetische code is de manier waarop de nucleotiden volgorde wordt omgezet in een aminozuur volgorde. Elke drie nucleotiden coderen voor één aminozuur. Deze drie nucleotiden heten een codon. Er zijn echter meer codonen mogelijk (64) dan dat er aminozuren bestaan (20). Dit komt doordat er verschillende codonen voor één aminozuur kunnen coderen.

Omdat alle nucleotiden achter elkaar geplakt zitten, kan je verschillende aminozuren krijgen als je op verschillende plaatsen begint met het aflezen van de code. Dit probleem wordt opgelost, doordat er aan het begin van een gen een bepaald signaal staat dat aangeeft waar het gen begint. Hierdoor worden altijd de juiste aminozuren gecodeerd.

Transfer RNA

Transfer RNA (tRNA) zijn kleine RNA moleculen die aan één kant een aminozuur kunnen binden en aan de andere kant een codon kunnen binden. Hierdoor kan een tRNA molecuul binden aan een mRNA molecuul bij het codon, en een aminozuur meenemen.

Een tRNA molecuul vouwt in een driedimensionale structuur, en vormt daarbij ook dubbele helix structuren. Hierdoor hebben alle tRNA moleculen praktisch dezelfde structuur (zie boek blz. 250).

Een deel van het tRNA molecuul is het anticodon. Dit heeft de tegenovergestelde nucleotide volgorde van het codon op de mRNA, waardoor het aan het mRNA kan binden.

Aan het 3’ einde van het tRNA zit een stuk ongepaarde nucleotiden, waar het aminozuur dat bij het codon hoort vastzit.

Aminoacyl-tRNA synthetases zijn de enzymen die het juiste aminozuur aan het juiste tRNA molecuul verbinden. Elk aminozuur heeft zijn eigen synthetase. De synthetase herkent de juiste tRNA door zowel het anticodon als het einde waar het aminozuur aan vast komt. Het aminozuur wordt aan de tRNA geplakt door hydrolyse van ATP.

Ribosomen

Ribosomen zijn grote moleculen bestaande uit meer dan 50 eiwitten en meerdere ribosomale RNAs (rRNA). De verhouding is 1/3 eiwit en 2/3 rRNA. Het ribosoom is een machine dat langs het mRNA schuift, de tRNA vasthoudt en de aminozuren aan elkaar bindt.

Een ribosoom bestaat uit een grote en een kleine subunit. De kleine subunit verbindt de tRNA met de codons in het mRNA. De grote subunit katalyseert de verbinding tussen de aminozuren. De twee subunits klemmen een mRNA molecuul vast en trekken het door het ribosoom heen terwijl ze de translatie doen. Als het eiwit af is laten de subunits los.

Het ribosoom heeft een bindplaats voor het mRNA en drie bindplaatsen voor het tRNA (A, P en E). Op de A-bindplaats bindt het tRNA met het mRNA door base paring met het codon. Het aminozuur van het tRNA op de A-bindplaats wordt dan vastgeplakt aan het aminozuur van het tRNA op de P-bindplaats. Als de binding is gemaakt, schuift het mRNA een stukje door. Hierdoor komt het tRNA van de P-bindplaats op de E-bindplaats en het tRNA van de A-bindplaats op de P-bindplaats. Het tRNA dat op de E-bindplaats zat wordt losgekoppeld.

Het rRNA is compact gevouwen en vormt de kern van het ribosoom. De eiwitten zitten op het oppervlak. De eiwitten zijn er om de RNA kern te vouwen en te stabilizeren. RNA moleculen zorgen voor de katalyse van de reacties en vormen ook de A, P, en E-bindplaatsen. RNA moleculen die kunnen katalyseren heten ribozymen.

Start en stopcodons

Er is een specifiek startsignaal nodig om de synthese van het eiwit te beginnen. Dit is cruciaal, omdat dit startsignaal ervoor zorgt dat de juiste codonen worden gelezen. Ook is dit het laatste moment waarop de cel nog kan besluiten om dit mRNA molecuul niet te gebruiken.

Het startsignaal is een codon met de nucleotide volgorde AUG. Voor dit codon is een speciale initiator tRNA nodig, want dit is het enige tRNA dat het aminozuur voor dit codon draagt. Het aminozuur is methionine, dus een nieuwgevormd eiwit heeft altijd als eerste een methionine aminozuur. Vaak wordt het methionine later van het eiwit afgehaald door middel van een specifieke protease.

Een kleine ribosoom subunit bindt het initiator tRNA en enkele translation initiation factors (eiwitten). Het initiator tRNA bindt aan de P-bindplaats van de kleine subunit. Vervolgens bindt de kleine subunit een mRNA molecuul. Het glijdt over het mRNA molecuul tot het een startcodon tegenkomt. De translation initiation factors laten dan los om plaats te maken voor de grote ribosoom subunit. De eiwitsynthese kan beginnen als er een tRNA bindt aan de A-bindplaats.

Een stopcodon geeft aan dat het eiwit af is. De stopcodonen zijn UAA, UAG en UGA. Deze codonen coderen niet voor een aminozuur, maar geven aan de ribosoom aan dat de translatie klaar is. Speciale eiwitten genaamd release factors binden aan het stopcodon en veranderen zo de activiteit van het ribosoom, waardoor het een watermolecuul aan het laatste aminozuur bindt. Hierdoor kan het aminozuur loslaten van zijn tRNA en kan het hele eiwit losgelaten worden van het ribosoom.

In het cytosol van de cel kan het eiwit zichzelf spontaan vouwen in zijn driedimensionale structuur, maar vaak zijn er speciale eiwitten voor nodig, zogenaamde molecular chaparones. Hierbij wordt er voornamelijk door middel van ATP hydrolyse het eiwit gebonden en losgemaakt tot het goed gevouwen is.

Tijdens de translatie van een mRNA zijn er vaak meerdere ribosomen bezig met één mRNA molecuul. Zodra er ruimte is voor een nieuw ribosoom, bindt deze aan het mRNA. Het complex van mRNA en ribosomen heet een polyribosoom of polysoom.

Bij bacteriën gaat het zelfs nog sneller. Omdat het DNA los ligt in het cytoplasma, kan een ribosoom beginnen met de translatie, terwijl de transcriptie nog bezig is. Zo ontstaat er dus een complex van DNA, RNA polymerase, mRNA en ribosomen.

De kleine verschillen van transcriptie en translatie tussen eukaryoten en bacteriën geeft de geneeskunde grote mogelijkheden. Door antibiotica te produceren die alleen effect hebben op die delen die verschillen van de mens, kunnen ze antibiotica produceren die niet toxisch zijn voor de mens.

Bepalen van de levensduur van een eiwit

De levensduur van een eiwit wordt bepaald door de cel. Afhankelijk van wat de cel nodig heeft van een bepaald eiwit wordt het gesynthetiseerd en afgebroken.

De afbraak van een eiwit heet proteolyse. Dit wordt gedaan door speciale enzymen die proteases heten. Deze hydrolyseren de banden tussen de aminozuren, eerst tot korte peptides en vervolgens tot aminozuren. Hiermee kunnen de eiwitten die een korte levensduur hebben en de eiwitten die beschadigd of verkeerd gevouwen zijn afgebroken worden.

De afbraak kan in het cytosol en in de lysosomen gebeuren.

Proteases zijn georganiseerd in proteasomen. Het zijn cilinders van proteases, waarvan de actieve kant aan de binnenkant van de cilinder is. Aan de uiteinden van de cilinders zitten grote eiwitten die, als ze een eiwit herkent hebben dat afgebroken moet worden, de eiwitten in de cilinder stoppen.

Proteasomen herkennen de eiwitten die afgebroken doordat ze gemarkeerd zijn met een bepaald eiwit. Deze eiwitten heten ubiquitin en ze worden op het te afbreken eiwit geplaatst door gespecialiseerde eiwitten. Deze gespecialiseerde eiwitten weten dat ze een ubiquitin moeten plaatsen doordat er bepaalde signalen op het eiwit komen als deze beschadigd of verkeerd gevouwen is. Eiwitten die van zichzelf een korte levensduur hebben, hebben een bepaalde volgorde aminozuren.

Hoofdstuk 8: Control of Gene Expression

Gen expressie zorgt ervoor dat elke cel kan differentiëren. Door bepaalde genen aan te zetten en anderen uit te zetten kan een cel gespecialiseerde functies uitvoeren.

Gen expressie

Alle cellen in het lichaam bevatten hetzelfde DNA. De verschillen in cellen ontstaan door verschillen in de gen expressie.

Veel van de tot uitdrukking gebrachte genen zijn in alle cellen hetzelfde. Dit zijn genen die coderen voor de overleving van de cel, zoals RNA polymerases, ribosomale eiwitten en eiwitten voor het cytoskelet. De differentiatie in functie en uiterlijk van een cel ontstaat doordat een cel specifieke genen tot uitdrukking brengt die een specifieke functie hebben. Zoals de vorming van hemoglobine in rode bloedcellen.

Gespecialiseerde cellen kunnen hun gen expressie aanpassen aan extracellulaire signalen, zoals hormonen. Verschillende celtypen reageren ook verschillend op hetzelfde extracellulaire signaal, zoals een verhoogde of verlaagde productie van een eiwit, of helemaal geen reactie.

Gen expressie kan gereguleerd worden tijdens alle stappen van DNA naar eiwit.

1. Wanneer en hoe vaak een bepaald gen wordt gekopieerd (transcriptie).
2. Splicing of op een andere manier aanpassen van een RNA.
3. Het wel of niet doorlaten van een mRNA uit de nucleus in het cytosol.
4. Afbraak van mRNA.
5. Bepalen welke mRNAs translatie ondergaan.
6. Het activeren of inactiveren van een eiwit.

Transcriptie schakelaars

Een promoter zit aan het begin van een gen en geeft een bindplaats voor de RNA polymerase. De promoter bestaat uit een initiation site, waar de transcriptie begint, en een volgorde van 50 nucleotiden waar de RNA polymerase aan kan binden. De volgorde is bindplaats voor RNA polymerase – initiation site – gen.

Naast de promoter zitten er ook regulatory DNA sequences die het gen in en uitschakelen. Deze verschillen in lengte van nucleotiden, afhankelijk van hoe complex de taak is.

Een regulatory DNA sequence alleen kan echter geen gen in of uitschakelen. De sequence moet herkent worden door speciale eiwitten, genaamd transcription regulators. Verschillende transcription regulators herkennen verschillende DNA nucleotide volgorden.Als deze een sequence herkennen binden ze aan het DNA. Deze combinatie schakelt het gen in of uit.

De transcription regulators hebben specifieke DNA-binding motifs. Dit zijn bepaalde vormen, de homeodomain, de zinc finger en de leucine zipper. Deze vormen passen in de grote groeve van de DNA helix. Door deze passing kunnen ze verbindingen maken met de base paren, zonder de helix stuk te maken. Als het een juist stuk DNA is, vormt het zo 20 verbindingen, waardoor de binding erg specifiek en sterk is.

Transcriptie schakelaars geven de cel de mogelijkheid om te reageren op veranderingen in de omgeving. Bij de bacterie E. coli is er een gen voor het aminozuur tryptophaan. Dit aminozuur wordt gemaakt zolang er in de omgeving geen tryptophaan aanwezig is. Zodra de bacterie tryptphaan opneemt, wordt de vorming van tryptophaan door de bacterie zelf gestopt. De transcription regulator die de vorming van tryptophaan stopt heet de tryptophaan repressor. Als de bacterie tryptophaan opneemt, kan dit binden aan de tryptophaan repressor. Als er een aantal tryptophaan moleculen zijn gebonden aan de repressor, kan deze aan het DNA binden en de productie stopzetten.

Het tegenovergestelde van een repressor is een activator. Dit is een transcription regulator dat een gen aanzet. Deze werken voornamelijk op promoters die zelf niet goed RNA polymerase kunnen binden. Net als de repressor moet er vaak een tweede molecuul aan de activator binden om het DNA te kunnen binden.

Er zijn ook transcription regulators die zowel als repressor als activator kunnen werken. De functie is dan afhankelijk van de plaats waar de transcription regulator bindt, ten opzichte van de promoter.

Genen in de mens worden met veel complexere repressoren en activatoren gereguleerd. Deze werken vaak samen.

In eukaryoten kan een activator binden aan het DNA, duizenden nucleotiden van de promoter vandaan. Als de activator bindt, vormt het DNA een lus, waardoor de promoter en de activator bij elkaar komen. Vaak wordt er een mediator gebruikt, die de twee randen van de lus bij elkaar houden. De activator helpt dan bij het opbouwen van de general transcription factors en het RNA polymerase complex. Een repressor voorkomt dat het complex gevormd kan worden.

DNA is ingepakt in chromosomen en nucleosomen. Hierdoor kunnen de activators, repressors, DNA polymerase enzovoort moeilijk bij het gen komen. Een activator kan histone acetylases aantrekken en zo een acetyl groep aan een histon plakken. Hierdoor verandert de configuratie van het chromatine en komt het DNA vrij te liggen. Een repressor heeft het tegenovergestelde effect van een activator, doordat het histone deacetylases aantrekt.

Moleculaire mechanismen die gespecialiseerde celtypes maken

Cellen zetten genen aan en uit afhankelijk van extracellulaire signalen. De veranderingen in gen expressie moeten onthouden worden voor de volgende generatie cellen, zodat die ook hetzelfde celtype worden.

In eukaryoten kan een regulatory DNA sequence verspreid over een heel lang stuk DNA voorkomen (dotted). In eukaryoten werken meerdere transcription regulators ook samen om een enkel gen tot expressie te brengen. Dit heet combination control. Activators en repressors binden, afhankelijk van verschillende signalen, aan het DNA. Als de juiste combinatie activators en repressors aanwezig is op het DNA kan de transcriptie beginnen. Hierdoor kunnen eukaryoten heel specifiek hun gen expressie reguleren en bij de juiste omstandigheden, op het juiste moment en in de juiste hoeveelheid, het juiste eiwit maken.

Alle organismen moeten ook de expressie van verschillende genen kunnen coördineren. Dit betekent onder andere het in één keer aanzetten van verschillende genen tegelijk, bijvoorbeeld als er celdeling moet plaatsvinden. In eukaryoten moet elk gen individueel aan of uitgezet worden. Hoe kunnen er dus groepen genen tegelijk aan en uitgezet worden?

Om een gen aan te kunnen zetten moet er een combinatie van activatos en repressors binden. Maar elk individueel eiwit kan de beslissing maken dat een gen aan moet, doordat het de combinatie afmaakt. Als verschillende genen al bijna klaar zijn en dit ene laatste eiwit bindt eraan, wordt alles aangezet.

Combination control is ook de manier waarop eukaryote cellen differentiëren in een specifiek celtype. Één eiwit kan alle genen aanzetten die specifiek zijn voor dat specifieke celtype. Zo kan bijvoorbeeld een huidepitheelcel omgezet worden in een skeletspier cel door de toevoeging van één transcription regulator, namelijk MyoD. MyoD zet een set van genen aan die specifiek is voor skeletspier cellen. Dat dit kan gebeuren geeft aan dat de verschillen tussen celtypes ontstaan door verschillen in genexpressie.

Als een cel is gedifferentieerd, moeten zijn dochtercellen ook hetzelfde type cel worden. Om dit te kunnen doen moet de verandering in gen expressie onthouden worden en doorgegeven worden aan de dochtercel. Er zijn drie manieren om dit te kunnen doen.

• Een positieve feedback loop: de belangrijkste transcription regulator activeert de transcriptie van zijn eigen gen.

• Het behouden van een gecondenseerde chromatine structuur.

• DNA methylation: DN methylation kan alleen op de cytosine base gebeuren, dit zet een gen meestal uit. De gemethyleerde cytosine basen worden doorgegeven aan de dochtercel, doordat een enzym het methylpatroon van een pasgevormde nieuwe DNA streng kopieert.

Deze drie vormen van het doorgeven van de informatie over gen expressie, veranderen de nucleotide volgorde van het DNA niet. Dit heet epigenetic inheritance.

Een transcription regulator kan ook in zijn eentje de vorming van een heel orgaan bepalen, compleet met verschillende celtypen en organisatie. Deze transcription regulator zet een set van genen aan. Sommige van deze genen coderen voor andere transcription regulators, die ook de expressie van andere genen regelen. Zo kunnen verschillende celtypen gemaakt worden.

Controle na de transcriptie

Post-transcriptional controls kunnen gen expressie beïnvloeden, nadat de transcriptie al is begonnen. Een voorbeeld hiervan is alternative splicing (zie hoofdstuk 7), waarbij het eiwit op verschillende manieren kan worden aangepast waardoor het een ander eiwit wordt.

Riboswitches

Een andere vorm van posttranscriptional controls zijn riboswitches. Dit zijn mRNAs die hun eigen gen expressie kunnen reguleren. Op het RNA zitten korte nucleotide volgorden die de structuur veranderen als er een specifiek klein metaboliet aan bindt. De structuurverandering reguleert dan de gen expressie. Bij een riboswitch zijn er geen regulatory eiwitten nodig, dus dit is een erg economische regulatie.

Binding aan ribosomen

De gen expressie kan ook gereguleerd worden door de binding van het mRNA aan het ribosoom te beïnvloeden. In zowel eukaryoten als in bacteriën is er een bepaald deel van het mRNA waar een ribosoom aan bindt. Doordat hier een repressor aan bindt, kan het mRNA niet binden aan het ribosoom. Hierdoor kan ook geen eiwit gemaakt worden.

Noncoding RNAs

Bepaalde genen produceren RNA dat niet codeert voor een eiwit. Deze noncoding RNAs spelen een grote rol in de regulatie van gen expressie. De belangrijkste is micro RNA (miRNA). miRNAs maken base paren met specifieke mRNAs waardoor de stabiliteit en translatie wordt gecontroleerd.

Een miRNA bindt aan speciale eiwitten en vormt samen het RNA-induced silencing complex (RISC). Deze RISC zoekt naar mRNA dat past bij het miRNA. Als een mRNA is gevonden wordt deze gebonden en kapot gemaakt, zodat het niet meer een eiwit kan vormen.

Een enkel miRNA kan vele mRNAs reguleren, zolang deze eenzelfde nucleotide volgorde hebben. In het DNA is het gen dat codeert voor miRNA veel kleiner dan de genen die transcription regulators coderen.

RNA interference

Sommige eiwitten die met een miRNA een complex vormen hebben nog een andere taak. Ze herkennen vreemd RNA, vooral als dit een dubbele helix heeft. Dit RNA kan afkomstig zijn van een virus. De eiwitten zorgen dan dat het RNA verdwijnt. Dit proces heet RNA interference (RNAi).

Als er een vreemd stuk RNA aanwezig is, trekt het een nuclease genaamd Dicer aan. Dicer knipt het RNA in kleine fragmenten die small interfering RNAs (siRNAs) worden genoemd. Deze siRNAs worden in een RISC opgenomen. Deze laat een deel van het siRNA verdwijnen en gebruikt een ander deel om complementair RNA te vinden. Zo kan het nog meer vreemd RNA opsporen.

RNAi zou geneeskundig een grote invloed kunnen hebben. Veel ziekten ontstaan doordat de gen expressie verkeerd is. Door siRNAs te maken van RNA dat van een verkeerd gen afkomstig is, kan het gen uitgeschakeld worden.

Vander’s Human Physiology

Hoofdstuk 9: Muscle 

Skeletspieren

Structuur

Een spier is een verzameling van spiervezels, omgeven door bindweefsel. Een spier zit vast aan bot door middel van pezen (collageen bundels). Een spier brengt beweging in een bot, zoals een groep mensen die aan een boom trekt met touwen.

Een spiervezel is één spiercel. Een spiervezel ontstaat doordat in het embryo ongedifferentiëerde myoblasten samensmelten in een lange, meerkernige cel. Deze nemen na de geboorte toe in grootte, maar er worden geen nieuwe vezels gevormd door myoblasten.

Skeletspiervezels hebben, net als hartspiervezels, een gestreept patroon loodrecht op de lengteas, ook wel dwarsgestreept spierweefsel genoemd. Glad spierweefsel heeft dit niet. Het gestreepte patroon ontstaat doordat er in de spiervezels myofibrillen zitten. (zie afbeeldingen 9-2 en 9-3).

Een myofibril bestaat uit dikke en dunne filamenten die elkaar afwisselen, waardoor een patroon ontstaat. Eén deel van een myofibril heet een sacromeer.

Een sacromeer bestaat uit één segment van een dik  en een dun filament. De dikke filamenten bestaan uit het eiwit myosine, de dunne filamenten bestaan uit de eiwitten actine, troponine en tropomyosine.

Midden in het sacromeer liggen de myosine filamenten. Ze vormen de donkergekleurde A-band. Aan beide kanten van de myosine filamenten liggen de actine filamenten, die de myosine filamenten deels overlappen. Aan de zijde, het verste van de myosine filamenten zitten de actine filamenten vast aan een lijn van eiwitten, de Z-lijn. Een sacromeer is van Z-lijn tot Z-lijn. De lichtgekleurde I-band ligt tussen twee A-banden en in het midden hiervan loopt de Z-lijn. De I-band is het deel van de actine filamenten dat de myosine filamenten niet overlapt. In het midden van de A-band ligt de H-zone. De H-zone bestaat uit het deel van de myosine filamenten die niet door de actine filamenten worden overlapt. In het midden van de H-zone ligt de M-lijn. Dit is een lijn van eiwitten die het midden van de myosine filamenten verbinden. Het eiwit titin verbindt de myosine filamenten met de Z-lijn.

De myosine en actine filamenten liggen zo gerangschikt dat elk myosine filament wordt omgeven door een zeshoek van actine filamenten, en elk actine filament wordt omgeven door een driehoek van myosine filamenten (zie afbeelding 9-4).

Tussen de filamenten liggen ruimtes waar zogenaamde cross-bridges liggen. Dit zijn delen van de myosine filamenten die contact maken met de actine filamenten en zo voor contractie zorgen.

Als spiervezels kapotgaan, kunnen er geen nieuwe gevormd worden door deling van andere spiervezels en er kunnen ook geen nieuwe vezels gevormd worden door myoblasten. Nieuwe vezels worden gevormd door satelietcellen. Dit zijn ongedifferentieerde cellen die in de buurt van skeletspier cellen liggen. Het compenseren voor de verloren spiervezels gebeurt echter doordat de overige spiervezels gaan hypertroferen.

Fysiologie van spiercontractie

Contractie is niet per se het korter worden van een spier, maar het activeren van de cross-bridges. Relaxatie van een spier is het deactiveren van de cross-bridges.

Sliding-filament mechanism

Het sliding-filament mechanism is het in elkaar schuiven van de myosine en actine filamenten tijdens een contractie, waarbij de spier korter wordt. De filamenten schuiven over elkaar door de beweging van de cross-bridges, maar worden zelf niet korter. Een cross-bridge van het myosine filament bindt aan een actinefilament. Het maakt vervolgens een beweging, waardoor het actine filament richting het midden van het sacromeer getrokken wordt. Vele van deze bewegingen achter elkaar zorgen ervoor dat het sacromeer verkort wordt.

Een actine filament bestaat uit twee actine polypeptides die in een helixvorm om elkaar heen liggen.

Een myosine filament bestaat uit twee grote polypeptides genaamd heavy chains, en vier kleinere light chains. Deze vormen een kop (cross bridge) en een staart. Elke kop heeft twee bindingsplaatsen voor actine en twee bindingsplaatsen voor ATP. De bindingsplaats voor ATP werkt als een enzym dat ATP hydrolyseert.

De cross-bridge cycle, waardoor de sacromeer kan verkorten, verloopt in een aantal stappen:

1. De cross-bridge bindt aan het actine filament
2. De cross-bridge beweegt
3. De cross-bridge laat los van het actine filament
4. De cross-bridge wordt weer geactiveerd doordat er een ATP molecuul aan bindt

Als de spier in rust is, is de calciumconcentratie in de cel laag, en zijn de cross-bridges geactiveerd. Een cross-bridge is geactiveerd als er een ATP molecuul aan bindt, dat vervolgens gehydrolyseerd wordt.

Als er een actiepotentiaal aankomt en de calciumconcentratie in de cel stijgt, kan de cross-bridge binden aan het actine. Als de cross-bridge bindt, kan het bewegen en laat de ADP en phosphaat los van de cross-bridge. Vervolgens bindt ATP aan de cross-bridge, waardoor deze het actine loslaat. Als laatste wordt het ATP weer gehydrolyseerd en zitten er los aan de cross-bridge ADP en phosphaat.

Troponine, tropomyosine en calcium

Tropomyosine is een lang polypeptide dat langs 7 actine moleculen ligt en de bindingsplaatsen voor de cross-bridges in rust bezet houdt. Tropnine is een eiwit dat bestaat uit drie subunits, namelijk I, T, en C. I staat voor inhibitory, T voor tropomyosin binding en C voor calcium binding. Aan elk tropomyosine molecuul is één troponine molecuul verbonden. Troponine reguleert de binding van de cross-bridges aan het actine.

Als door een actiepotentiaal de calciumconcentratie in de cel stijgt, kunnen er calciumionen binden aan de C subunit van troponine. Door deze binding verandert de troponine configuratie. Het tropomyosine schuift van de bindingsplaatsen voor de cross-bridges van de 7 actine moleculen af. Hierdoor wordt het voor de cross-bridge mogelijk om een binding te vormen. Wanneer de calciumconcentratie daalt en er geen calcium meer gebonden is aan het troponine, schuift het tropomyosine weer voor de bindingsplaatsen op het actine is er geen contractie meer mogelijk.

Excitation-contraction coupling

Excitation-contraction coupling is het proces van actiepotentiaal tot contractie. Als er een actiepotentiaal het celmembraan stimuleert, komt er veel calcium in het cytoplasma. Deze calcium komt voor het grootste deel uit het sarcoplasmatisch reticulum. Het sarcoplasmatisch reticulum is het endoplasmatisch reticulum van een spiercel, maar het heeft een extra eigenschap. Het slaat heel veel calcium op, tot het door een actiepotentiaal het calcium vrijlaat in het cytoplasma.

Als een actiepotentiaal het celmembraan van de spiercel bereikt, kan deze door de hele cel verspreidt worden door de zogenaamde T-tubuli. De T-tubuli staan ook in nauw contact met het sarcoplasmatisch reticulum door middel van junctional feet.

Op het T-tubuli membraan zit een DHP receptor: een calcium kanaal. Op het sarcoplasmatisch reticulum is een ryanodine receptor, dat ook een calcium kanaal is. Als er een calciumstroom in de T-tubuli ontstaat, zet dit de DHP receptor aan. De DHP receptor zet vervolgens de ryanodine receptor aan. Doordat de ryanodine receptor geactiveerd wordt, laat het sarcoplasmatisch reticulum calcium vrij in het cytoplasma. Vervolgens vindt het sliding-filament mechanism plaats.

Het celmembraan van het sarcoplasmatisch reticulum heeft Ca²⁺-ATPases, waardoor het calcium na het actiepotentiaal teruggepompt wordt in het sarcoplasmatisch reticulum.

Neuromuscular junction

Motorneuronen innerveren skeletspieren. De axonen zijn gemyeliniseerd. Als een axon bij een spier aankomt, splitst het zich in vele takken. Elke tak innerveert één spiervezel. Een motor unit is een motorneuronen met de spiervezels die het controleert.

Als één van de takken van de motorneuronen bij zijn spiervezel aan komt, splitst deze in nog kleinere takjes. Deze gaan in de spiervezel zitten. Vanuit hier laat de motor neuronen vesikels los met de neurotransmitter acetylcholine. De motorische eindplaat is het deel van het celmembraan van de spiervezel dat onder het axon ligt. De neuromuscular junction is waar de motorische eindplaat en het axon samenkomen.

Wanneer een actiepotentiaal bij het einde van het axon komt, depolariseert het dit deel van het celmembraan. Hierdoor openen calcium kanalen en komt calcium het axon in. Het calcium bindt intracellulair aan eiwitten die de vesikels met het acetylcholine de cel uit kunnen laten fuseren. Acetylcholine komt zo in de extracellulaire ruimte tussen axon en spiervezel.

Acetylcholine diffundeert vervolgens naar het celmembraan van de spiervezel. Hier bindt het aan receptoren die Na/K-pompen hebben. Deze worden geactiveerd en het celmembraan wordt gedepolariseerd. Dit heet de end-plate-potential (EPP). De EPP verspreidt zich over het celmembraan van de spiervezel en in de T-tubuli. In de extracellulaire ruimte tussen het axon en de spiervezel breekt acetylcholine-esterase vervolgens het acetylcholine af.

Single-fiber contractie

Een spier produceert tensie door de contractie. Met deze tensie moet het een gewicht op kunnen tillen. De tensie en het gewicht zijn twee tegen elkaar werkende krachten.

Een isometrische contractie volgt als een spier tensie vormt, maar niet korter wordt.

Een isotonische contractie volgt als een spier een verandering in lengte heeft, terwijl het gewicht hetzelfde blijft. Een isotonische contractie kan ook nog verschillen.

Een concentrische isotonische contractie ontstaat als de spier tensie heeft en korter wordt. De tensie is hier groter dan het gewicht. Een eccentrische isotonische contractie ontstaat als de spier tensie heeft en langer wordt. De tensie is hier kleiner dan het gewicht.

Wat de cross-bridges doen tijdens de verschillende contracties verschilt.

• Concentrische isotonische contractie: de cross-bridge kan het actine verplaatsen en de sarcomeer verkort.
• Eccentrische isotonische contractie: de cross-bridge wordt door externe krachten meegetrokken met het actine van het midden van het sarcomeer af.
• Isometrische contractie: het sarcomeer kan het actine niet verplaatsen en de sarcomeer verkort niet.

Een twitch is de mechanische reactie van een spiervezel op een actiepotentiaal. Na een actiepotentiaal is er eerst een latente periode, een aantal milliseconden voordat de contractie plaatsvindt. In deze latente periode moeten eerst de processen van de excitation-contraction coupling plaatsvinden. De tijd tussen het actiepotentiaal en de piek van de grootste contractie heet de contractie tijd.

Skeletspier energie metabolisme

Voor skeletspier contractie is veel ATP nodig. Als er een contractie plaatsvindt, is de hoeveelheid ATP die van tevoren aanwezig is genoeg voor een aantal twitches. Voor langere contracties moet er net zo snel ATP gemaakt worden als dat er wordt afgebroken.

ATP wordt gevormd door

1. de fosforylatie van ADP door creatine fosfaat
2. oxydatieve fosforylatie van ADP in mitochondriën
3. fosforylatie van ADP door de glycolytic pathway (glycolyse) in het cytoplasma.

Creatinine kinase knipt een fosfaatgroep van de creatinine fosfaat af, en plakt dit aan ADP, waardoor creatinine en ATP ontstaat. Tijdens rust wordt er een grote concentratie creatinine fosfaat opgebouwd in de spiervezel. Dit is de eerste reactie die plaatsvindt als de ATP concentratie in de spiervezel te laag wordt.

Als de concentratie creatinine fosfaat te laag wordt, gaat de cel over op oxydatieve fosforylatie en glycolyse. De eerste 10 minuten komt de ATP voornamelijk van glycolyse en oxydatieve fosforylering, van glycogeen dat in de spier zelf aanwezig is. De volgende 30 minuten komt de energie van glucose en vetten uit het bloed.

Spiermoeheid ontstaat als de spier te veel heeft moeten samentrekken. De tensie wordt dan minder dan maximaal. Na een rustperiode, als de spier hersteld is, kan het weer samentrekken. Snelle spiervezels worden snel moe, maar herstellen ook snel. Langzame spiervezels worden minder snel moe, maar herstellen ook langzaam.

Spiermoeheid kan ontstaan doordat actiepotentiaal overdracht niet meer mogelijk is. De T-tubuli raken vol met kalium door de herhaalde actiepotentialen, en kunnen daardoor geen actiepotentiaal meer doorgeven.

Het kan ook ontstaan doordat er te veel melkzuur in de spier ontstaat. Ook kan de cross-bridge cycle worden verstoord, doordat er veel ADP en fosfaat in de cel opgebouwd wordt. Het blijft continu gebonden aan de cross-bridge, waardoor relaxatie niet plaats kan vinden. (er is meer ADP en fosfaat dan ATP).

Typen skeletspier vezels

Er bestaan verschillende soorten skeletspier vezels. Er zijn snelle vezels, deze hebben myosine met een hoge ATPase activiteit. Door deze hoge ATPase activiteit, kan de cross-bridge cycle sneller plaatsvinden, en kan de spiervezel ook sneller contraheren. De langzame vezels hebben een lage ATPase activiteit, daardoor een langzame cross-bridge cycle en een langzamere contractie.

Er kan ook onderscheid gemaakt worden in de vorm van ATP synthese. Oxidatieve vezels gebruiken met name oxydatieve fosforylering voor ATP synthese. Dit zijn rode spiervezels, omdat ze een eiwit bevatten, myoglobin, dat zuurstof kan binden. Glycolytische vezels hebben veel glycolytische enzymen en glycogeen. Ze hebben weinig zuurstof nodig en hebben geen myoglobin, dus zijn ze wit gekleurd.

1. Type 1 spiervezels zijn langzame oxydatieve vezels.
2. Type 2a spiervezels zijn snelle oxydatieve-glycolytische vezels.
3. Type 2b spiervezels zijn snelle glycolytische vezels.

Spiercontractie van een hele spier

Alle spieren bestaan uit alle typen spiervezels. Maar een motor unit bestaat uit maar één type spiervezel. De eigenschappen van een spier is afhankelijk van de verhoudingen van spiervezels.

De totale tensie in een spier is afhankelijk van het aantal spiervezels die tegelijk contraheren, en van de tensie die één spiervezel kan produceren.

Het aantal spiervezels die tegelijk contraheren zijn afhankelijk van het aantal actieve motor units, en het aantal spiervezels in één motor unit. Recruitment is de term voor het aantal motor units die actief zijn op dat moment. Door middel van recruitment kan de tensie in de hele spier bepaald worden. Meer recruitment van motor units geeft een grotere kracht en snelheid van contractie. De tensie die een spiervezel kan produceren is afhankelijk van welk type vezel het is. Type 2b spiervezels kunnen de grootste tensie produceren, omdat ze de grootste diameter hebben.

Als een spier minder vaak gebruikt wordt, worden de diameters van de spiervezels kleiner, ze atrofiëren. Dit kan komen doordat de spier niet gebruikt wordt (bv. arm in het gips), of doordat het niet meer geïnnerveerd wordt (bv. dwarslaesie).

Als een spier vaker gebruikt wordt, veranderen de eigenschappen van die spier, afhankelijk van de soort activiteit. Activiteit van lage intensiteit, maar lange duur, geeft een toename in mitochondriën en capillairen rond de gebruikte spiervezels. Activiteit van hoge intensiteit en korte duur, veroorzaakt hypertrofie van de type 2b spiervezels en meer glycolytische enzymen.

Structuur van gladde spieren

Glad spierweefsel heeft geen gestreept patroon en wordt geïnnerveerd door autonome zenuwvezels. Ze hebben één kern en kunnen zich delen.

Glad spierweefsel heeft ook actine en myosine filamenten. Het actinefilament heeft echter alleen tropomyosine, geen troponine. De actine filamenten zitten ofwel vast aan het celmembraan, ofwel aan dense bodies die in functie gelijk zijn aan de Z-lijnen van skelet spierweefsel. De filamenten liggen diagonaal aan de lange as van de cel. Als de spiercel contraheert, wordt het korter en dikker.

Glad spierweefsel contractie

Een verhoging van de calcium concentratie in het cytoplasma veroorzaakt een contractie. Er is geen troponine aanwezig in het actine filament, dus de bindplaatsen van actine voor myosine zijn niet geblokkeerd. In de rustfase is de myosine echter niet geactiveerd. Het kan dus niet binden aan actine.

Als de calcium concentratie in het cytoplasma verhoogd wordt, bindt het aan calmoduline, een eiwit dat calcium bindt. Het calcium-calmoduline bindt aan myosine light-chain kinase, waardoor dit enzym geactiveerd wordt. Dit enzym fosforyleert door middel van ATP de myosine cross-bridge. De gefosforyleerde vorm van myosine kan wel aan actine binden en een cross-bridge cycle veroorzaken. De cross-bridge cycle gaat door totdat de myosine gedefosforyleerd wordt door het enzym myosine light-chain fosfatase.

Het calcium in het cytoplasma van een gladde spiercel komt van het sarcoplasmatisch reticulum (SR) en extracellulair. Het sarcoplasmatisch reticulum ligt centraal in de cel. Het wordt geactiveerd door extracellulaire signalen of signalen vanuit de cel zelf om calcium vrij te laten. Daarnaast wordt het geactiveerd door neuronale prikkeling.

De Ca²⁺-ATPases in een gladde spiercel werken erg langzaam, dus een enkele contractie kan enkele seconden duren totdat er genoeg calcium de cel uit is, of het SR in is, om te relaxeren.

De excitation-contraction coupling in een gladde spiercel zorgt ervoor dat de cel geactiveerd of juist geïnhibeerd wordt. De verhouding van de activerende en inhiberende input bepaalt of de cel contraheert of niet. de mate van depolarisatie bepaalt hoeveel calcium het cytoplasma bevat. Een enkele gladde spiercel kan geïnnerveerd worden door verschillende neuronen, en één neuron kan verschillende spiercellen innerveren. Eén neurotransmitter kan verschillende effecten hebben op verschillende gladde spierweefsels.

Sommige gladde spieren hebben een pacemaker potential: zonder input van buitenaf, depolariseren ze tot ze een drempelwaarde bereiken en contraheren.

Gladde spiercellen hebben ook receptoren voor hormonen en local factors, zoals paracrine stoffen (NO) en zuurstof en  mechanosensitieve rekreceptoren, die samentrekken als ze gerekt worden.

Allerlei verschillende factoren werken tegelijk op een gladde spiercel. De optelsom van al deze factoren bepaalt hoe de cel zich gedraagt.

Typen glad spierweefsel

Er zijn twee typen glad spierweefsel, namelijk single-unit glad spierweefsel en multi-unit glad spierweefsel. De spiervezels van single-unit glad spierweefsel reageren op stimuli alsof ze één zijndoordat ze allemaal onderling verbonden zijn door gap junctions en één actiepotentiaal dus alle spiervezels tegelijk treffen. SSingle-unit glad spierweefsel heeft mechanosensitieve rekreceptoren.

De multi-unit glad spierweefsel is niet onderling verbonden. Wel worden ze sterk geïnnerveerd door vele zenuwvezels. Hormonen kunnen wel voor een respons zorgen, maar er zijn geen mechanosensitieve rekreceptoren aanwezig.

Hartspierweefsel

Hartspierweefsel zit alleen in het hart. Het heeft eigenschappen van zowel skelet- als gladspierweefsel.

Het heeft sarcomeren, troponine en tropomyosine, een sarcoplasmatisch reticulum (SR) en T-tubuli, net als skeletspierweefsel. Hoe het SR functioneert is echter verschillend van skeletspierweefsel.

Net als glad spierweefsel zijn de cellen relatief klein en hebben ze één kern. Verschillend is dat de spiercellen, waar ze elkaar raken, intercalated disks hebben. Dit houdt de cellen bij elkaar en is de aanhechtingsplaats voor de myofibrillen. In de intercalated disks zitten ook gap junctions.

De depolarisatie bij hartspieren gaat als volgt: er ontstaat na een actiepotentiaal een verhoging van de calciumconcentratie in de cel. Dit gaat door middel van L-type calcium channels, een soort DHP receptoren. Door deze verhoging worden de ryanoide receptoren van het SR geactiveerd en laat het SR veel calcium vrij. De contractie volgt verder dezelfde mechanismen als skelet spierweefsel. Als de Ca²⁺-ATPases het calcium weer uit het cytoplasma hebben gepompt eindigt de contractie.

Onder invloed van hormonen en neurotransmitters kan de hoeveelheid calcium in het cytoplasma variëren, waardoor net als in gladde spiercellen de sterkte van de contractie kan variëren.

De L-type calciumkanalenblijven lang open staan (L staat voor long). Doordat deze lang blijven open staan, blijft het cel membraan lang gedepolariseerd. Hierdoor kunnen er niet meerdere actiepotentialen gegenereerd worden, en kan er dus geen langdurige contractie opgewekt worden.

De actiepotentialen in hartspierweefsel ontstaan in gespecialiseerde hartspier cellen, de zogenaamde pacemakercellen. Deze cellen depolariseren elke zoveel seconden en wekken zo een contractie van het hele hart op. De cellen staan namelijk met de andere hartspiercellen in contact door middel van gap junctions. Een depolarisatie verspreidt zich dan snel door het hele hart. 

Hoofdstuk 10: Control of Body Movement

Motorische controle heeft hiërarchie

De motorische controle van beweging van het lichaam in de neuronen is hiërarchisch. Er zijn drie niveau’s: het hoogste niveau, het middelste niveau en het lokale niveau.

• Op het hoogste niveau begint de intentie van de beweging, de gedachte dat er een beweging gemaakt moet worden.
  Dit niveau zit in vele regio’s van de hersenen.
• Op het middelste niveau worden de bewegingen en houdingen die nodig zijn voor de beweging in kaart gebracht. De informatie van het hoogste niveau en de afferente informatie van receptoren uit het lichaam worden geïntegreerd. Op basis van alle informatie wordt er een motor program gemaakt, het patroon van neuronale activiteit die nodig is om de beweging uit te kunnen voeren.
  Betrokken zijn: cerebrale cortex, cerebellum, subcortical nuclei en hersenstam.
• Op het lokale niveau wordt het motor program ontvangen uit het middelste niveau door middel van descending pathways. Het lokale niveau bepaalt welke motorneuronen aangezet moeten worden voor de beweging.
  De neuronen voor dit niveau ontspringen in de sensomotorische cortex en hersenstam en lopen door naar het ruggenmerg.

Tijdens de beweging wordt het motorprogramma continu aangepast. Dit kan doordat het middelste niveau continu afferente informatie krijgt over de stand van het lichaam in de ruimte, proprioceptie. Als er verschillen zijn tussen het motorprogramma en de beweging die het lichaam op dat moment maakt, past het middelste niveau het motorprogramma aan. Hierdoor kan de beweging goed gemaakt worden.

Vrijwillige en onvrijwillige bewegingen

Een beweging mag vrijwillig genoemd worden als het aan twee voorwaarden voldoet: de persoon is zich bewust van de beweging en waarom de beweging gemaakt wordt; de aandacht van de persoon is bij de beweging.

Een onvrijwillige beweging is onbewust, automatisch en soms reflexmatig.

Er is echter geen precies onderscheid tussen een vrijwillige en onvrijwillige beweging, omdat elke vrijwillige beweging ook onvrijwillige componenten heeft. Ook de frequentie waarin een beweging wordt uitgevoerd heeft invloed op de mate van onvrijwilligheid. Als een beweging vaker wordt uitgevoerd gaat het automatisch en wordt het onvrijwilliger. Maar ook bewegingen die onvrijwillig zijn zoals reflexen, kunnen vrijwillig gemaakt worden met oefening.

Het lokale niveau van controle van motorneuronen

Belangrijk om te onthouden is dat de motorneuronen altijd de final common pathway naar de spieren zijn.

Het lokale niveau van controle (local control) heeft twee functies. Het speelt informatie door van de hoger gelegen controlecentra naar de motorneuronen en het reageert op onverwachte stimuli uit de omgeving. Dit laatste gebeurt door middel van de afferente informatie die de local control neuronen ontvangen van verschillende receptoren.

Interneuronen

De descending pathways synapsen eerst op interneuronen, die vervolgens op de motorneuronen synapsen. Er zijn korte interneuronen die lokale interneuronen heten, en er zijn lange interneuronen die belangrijk zijn voor de integratie van complexe bewegingen.

De functie van interneuronen is het integreren van input van hogere centra, perifere receptoren en andere interneuronen. Ze bepalen zo welke spieren geactiveerd worden en wanneer. Dit is belangrijk bij het coördineren van zich herhalende, ritmische bewegingen.

Ook werken de interneuronen als schakelaars die een beweging aan en uit kunnen zetten, afhankelijk van de input van hogere centra.

Lokale afferente input

De afferente vezels die sensorische informatie naar de interneuronen sturen, komen van de skeletspieren, andere spieren in de buurt en van pezen, gewrichten en huid. De receptoren verschaffen informatie over wat de beweging veroorzaakt, en zo kan de beweging weer aangepast worden.

Muscle spindles

Muscle spindles zijn delen van stretch receptoren in de skeletspier. Een afferente zenuwvezel zit om een speciale spiercel heen. Om een aantal van deze speciale spiercellen (intrafusalevezels) samen zit een bindweefselkapsel, dit alles bij elkaar heet een muscle spindel.

Om de intrafusalevezels zitten twee soorten stretch receptoren. De nuclear chain fibers reageren het beste op hoeveel de spier gerekt wordt. De nuclear bag fibers reageren op zowel de grootte van de rek als de snelheid van de rek.

De muscle spindles zijn parallel aan de normale spiercellen, waardoor rek van de muscle spindles evenredig is aan de rek van de normale spiercellen. Hoe groter en sneller de spier wordt gerekt, hoe meer actiepotentialen.

Als de receptor een signaal stuurt naar het centrale zenuwstelsel, kan de informatie via verschillende paden lopen.

1. De synaps is direct op de motorneuron die weer teruggaat naar de gestrekte spier, dit is de stretch reflex. Zo een directe reflex heet monosynaptisch en is uniek voor stretchreflexen. Polysynaptische reflexen hebben ten minste één interneuron.
2. De synaps van de sensorische zenuwvezel is op een interneuron die inhibitoir is. Dit interneuron inhibeert de antagonistische spieren. Reciprocal innervation is innervatie waarbij de activatie van het neuron van de spier tegelijk verloopt met inhibitie van het neuron van de antagonist.
3. De synaps activeert de motorneuronen van de synergistische spieren (spieren die assisteren bij de beweging).
4. De synaps is helemaal in de hersenstam op interneuronen die de informatie overbrengen naar de hersenen. Dit is belangrijk tijdens langzame, gecontroleerde bewegingen.

Alpha-Gamma Coactivation

Als de spier verkort wordt, geven de intrafusal fibers veel minder actiepotentialen af en is de informatie niet meer mogelijk. Om dit te omzeilen contraheren de twee uiteinden van een muscle spindle als de spier samentrekt, waardoor de tensie in de intrafusal fiber behouden blijft.

De grote alpha motor neuronen innerveren de normale skeletspieren, terwijl de kleinere gamma motor neurons de intrafusal fibers innerveren. De cellichamen van beide motorneuronen liggen vlakbij elkaar, waardoor ze beiden door dezelfde interneuronen worden geactiveerd. De activatie ligt soms zo vlak na elkaar dat er sprake is van coactivatie. Door middel van coactivatie blijft de informatie over de spierlengte continu.

Tensie-monitorende systemen

Systemen die de tensie van de spier in de gaten houden zijn nodig om de motorische controle systemen informatie te geven over de tensie. Deze systemen zijn de ogen, sensorische zenuwvezels in de huid, spier en gewrichten, maar voornamelijk de Golgi tendon organs.

De Golgi tendon organs liggen in de spierpezen in de overgang van pees naar spier. De collageenbundels liggen hier licht gebogen. Als de spier samentrekt, worden de collageenbundels rechtgetrokken. De zenuwvezels liggen om de collageenbundels heen.

Als deze rechtgetrokken worden, worden de zenuwvezels verdraaid en geven ze actiepotentialen af.

De Golgi tendon organs zorgen, als ze geactiveerd worden, ervoor dat de samentrekkende spier geinhibeerd wordt en de antagonist geactiveerd wordt.

De terugtrek reflex

De terugtrek reflex ontstaat bijvoorbeeld wanneer je in iets scherps gaat staan. Er worden pijnsignalen van de huid waargenomen, waarna er twee dingen gebeuren.

Aan het ipsilaterale been worden de flexoren geactiveerd en de extensoren geinhibeerd, waardoor het been teruggetrokken wordt.

Aan het contralaterale been worden de flexoren geinhibeerd en de extensoren geactiveerd, zodat dit been het gewicht van het lichaam kan opvangen.

Motorische centra in de hersenen en de descending pathways

Cerebrale cortex

De cerebrale cortex omvat zowel het hoogste als het middelste niveau van motorische controle. Het zorgt voor de planning en controle van beweging..

De sensomotorische cortex omvat alle delen van de cerebrale cortex die de controle van skeletspierweefsel organiseren. De belangrijkste zijn de Primaire motore cortex en het premotore gebied. De neuronen van de Primaire motore cortex zijn zo georganiseerd dat ze een somatotopische kaart vormen, ook wel de homunculus (zie afbeelding 10-11).

Andere delen van de sensomotorische cortex zijn de supplementaire motore cortex, de somatosensore cortex en delen van de parietal-e associatie cortex.

De hersendelen zijn allemaal verschillend, maar onderling sterk verbonden. Verschillende neuronen nemen deel aan één beweging, maar één neuron kan ook verschillende bewegingen coördineren. De neuronen zijn zo flexibel dat ze onder verschillende omstandigheden verschillend kunnen reageren. Hierdoor kunnen de verschillende signalen geïntegreerd worden waardoor er een soepele beweging uit voortvloeit.

Uit de sensomotore cortex ontspringen de descending pathways, maar dit is niet de primaire lokatie waaruit de initiatie van beweging komt. Waar dit wel vandaan komt is nog onbekend.

De associatie cortex is vooral visueel erg belangrijk. De visuele informatie wordt geïntegreerd met de beweging, waardoor deze goed uitgevoerd kan worden. Bijvoorbeeld het zien van een beker en tegelijkertijd vastpakken hiervan.

Naast corticale hersenactiviteit is er ook subcorticale hersenactiviteit.

Subcorticale en hersenstam nuclei

Onder de cerebrale cortex en in de hersenstam liggen vele, onderling verbonden structuren. Deze interacteren met de cerebrale cortex en hebben een indirecte invloed op de motorneuronen. De indirecte invloed komt door ascenderende banen naar de cortex en descenderende banen van de hersenstam. Deze structuren spelen een prominente rol in het plannen en monitoren van bewegingen. Ze stellen het programma op voor de specifieke volgorde van bewegingen die nodig zijn voor een bepaalde actie. Ook zijn ze belangrijk voor het leren van bekwaamheid in bepaalde bewegingen.

Basale ganglia

De basale ganglia is een groep van nuclei. Ze vormen een link tussen de sensomotorische cortex en de thalamus. Een signaal start in de sensomotorische cortex, gaat via de basale ganglia naar de thalamus, van de thalamus via de basale ganglia terug naar de sensomotorische cortex. Sommige van deze circuits activeren beweging, anderen inhiberen beweging.

Cerebellum

Het cerebellum heeft indirect invloed op houding en bewegingdoor projecties naar de hersenstam en de sensomotorische cortex. Het cerebellum ontvangt input van de sensomotorische cortex en andere receptoren (vestibulaire systeem, ogen, oren, huid, spieren, gewrichten en pezen).

Het cerebellum geeft signalen voor de timing van verschillende fasen van een motorprogramma. Het helpt de coördinatie van bewegingen waar verschillende gewrichten bij nodig zijn. Ook helpt het in de planning van bewegingen, door de beweging te integreren met informatie over de omgeving. Het geeft dan een feedforward signaal naar hersendelen. Tijdens de beweging let het cerebellum er ook op dat het motorprogramma correct wordt uitgevoerd. Als het niet correct is, stuurt het een signaal waardoor het gecorrigeerd wordt.

Descending pathways

Vanuit de hersenen gaan er descending pathways (van neuronen) naar de motorneuronen en interneuronen. Er is de corticospinale pathway en de hersenstam pathways. De descending pathways synapsen op alpha- en gamma motorneuronen en interneuronen. Op alpha motorneuronen hebben de descending pathways ofwel een inhiberend, ofwel een exciterend effect. Sommige van de descenderende zenuwvezels hebben invloed op de afferente zenuwen. Ze synapsen op de einden van de afferente neuronen als deze het centrale zenuwstelsel ingaan, of ze synapsen op de interneuronen in de ascenderende banen. Door dit contact met de afferente neuronen hebben ze  invloed op de motorische controle centra.

De corticospinale pathway wordt ook wel de pyramidebaan genoemd. Het ontspringt in de cerebrale cortex. De cellichamen liggen in de sensomotorische cortex en ze eindigen in het ruggenmerg. In de medulla oblangata kruisen de meeste zenuwvezels naar de andere kant, waardoor de linker hersenhelft de rechter lichaamshelft controleert en andersom.

De corticobulbairepathway begint in de sensomotorische cortex en eindigt in de hersenstam. De zenuwvezels innerveren de motorneuronen voor de ogen, het gezicht, de tong, de keel en beweging van het hoofd. De corticospinale pathway innerveert de rest van het lichaam.

In de corticospinal pathway wordt de informatie veel geconvergeerd (samengevoegd) en gedivergeerd (verspreid). Bijvoorbeeld alle informatie uit het lichaam dat naar de sensomotorische cortex gaat wordt sterk geconvergeerd.

De hersenstam pathways ontspringen uit de hersenstam. Ze heten ook wel de extrapyramidale pathways. Sommige van de axonen kruisen meteen nadat ze ontspringen, maar de meeste niet. De functie van de hersenstampathways is het behouden van houding en balans door het innerveren van spieren in de romp. In de hersenstam zijn er verschillenden nuclei, waarnaar de pathways vernoemd worden. De pathway vanuit de vestibulaire nuclei heet bijvoorbeeld de vestibulospinale pathway.

De corticospinale pathway innerveert vooral spieren voor fijne bewegingen, voornamelijk in de handen en vingers. De hersenstampathways zijn vooral voor de coördinatie van grote spiergroepen. Er is echter veel interactie tussen de twee pathways. Als er schade is aan één van de twee, kan de ander deels compenseren.

Spiertensie

Een ontspannen spier geeft weerstand als het passief gerekt wordt. Deze weerstand heet spiertensie. Dit ontstaat door de passieve elastische eigenschappen van de spier en door de activiteit van alpha motorneuronen.

Abnormale spiertensie

Hypertonie is een abnormaal hoge spiertensie. Dit ontstaat doordat de alpha motorneuronen een te hoge activiteit hebben. Het is het gevolg van stoornissen in de descenderende pathways die de alpha motorneuronen inhiberen.

De cerebrale cortex en descenderende pathways bevatten de ‘upper’ motorneuronen. De ‘lower’ motorneuronen zijn de alpha- en gamma motorneuronen en de interneuronen. Bij hypertonie is er iets mis met de upper motorneuronen. Er zijn verschillende vormen van hypertonie.

• Bij spasticiteit ontstaat er hypertonie als de spier een beetje wordt gerekt, als deze rek aanhoudt neemt de verhoogde tonus weer af. Spasticiteit gaat gepaard met verhoogde reflexen en verlaagde coördinatie en kracht van vrijwillige bewegingen.
• Stijfheid is het gevolg van hypertonie die continu is en de weerstand tegen rek is ook continu.
• Spasmes zijn korte contracties.
• Kramp is een lange en pijnlijke hypertonie.

Hypotonie is een abnormaal lage spiertensie. Hypotonie gaat gepaard met zwakte, atrofie en verlaagde of afwezige reflexen. Behendigheid en coördinatie blijven behouden, als de zwakte niet te erg is. Hypotonie ontstaat door stoornissen in de alpha motorneuronen, de neuromusculaire junctions of de spier zelf.

Behouden van houding en balans

Het behouden van houding is niet mogelijk zonder gecoördineerde spieractiviteit. Om houding te behouden zijn reflexen erg belangrijk.

Balans houden is voor de mens relatief moeilijk. De mens is lang, hebben een kleine basis en het zwaartepunt ligt hoog. Het zwaartepunt moet dan ook boven de voeten blijven. Postural reflexen helpen om balans te houden.

Voor de postural reflexen komt er input uit de receptoren van de ogen, vestibulaire apparaat en proprioceptie. In de hersenstam en ruggenmerg wordt de input geïntegreerd en via de efferent pathways worden de alpha motorneuronen ingeschakeld.

Verder zitten er in de hersenen ook regio’s die de houding van het lichaam en de oriëntatie in de ruimte registreren. Hierdoor is het lichaam stabiel en kunnen acties gepland worden.

Hoewel er veel verschillende input is om houding en balans te behouden, betekent dit niet dat als één bron van input verdwijnt balans en houding niet meer mogelijk zijn.

Robbins Basic Pathology

Hoofdstuk 1: Cell Injury, Cell Death and Adaptations

Introductie

Pathologie is ziekteleer, het bestuderen van een aandoening. Etiologie is de leer van ziekteoorzaken. De pathogenese is de wijze waarop een ziekte ontstaat, dus de oorzaken en onderliggende mechanismen. Morfologie is de bouw en vorm van levende organismen bestuderen.

Cellulaire reacties

Een cel kan zich aanpassen aan veranderingen in de omgeving. De manieren waarop de cel kan veranderen zijn hypertrofie, hyperplasie, atrofie en metaplasie. Een cel kan maar een bepaalde hoeveelheid stress aan. Als de stress te hoog wordt, ontstaat er celschade. Tot een bepaalde hoogte is deze schade omkeerbaar, maar als de schade te veel wordt gaat de cel dood.

De stress en schade aan een cel veranderen niet alleen de morfologie, maar ook de functionaliteit van de cel. De ernst van de schade hangt niet alleen af van de stress, maar ook van andere factoren, zoals de doorbloeding.

Cellulaire adaptaties tijdens stress

Cellulaire adaptaties zijn omkeerbare veranderingen in reactie op veranderingen in de omgeving. Fysiologische veranderingen zijn aanpassingen na normale stimulatie (bijvoorbeeld hormonen). Pathologische veranderingen zijn aanpassingen naar aanleiding van stress om schade te voorkomen. Cellen kunnen reageren op stress door te hypertroferen, hyperplaseren, atrofiëren of metaplaseren.

Hypertrofie

Hypertrofie is een toename in grootte van de cel, met als gevolg toename in grootte van het orgaan. De cel wordt groter door de toename van de structurele eiwitten en organellen. Hypertrofie komt voor bij cellen die niet kunnen delen. Het ontstaat door een verhoogde vraag of hormonale stimulatie. Een cel kan maar tot een bepaalde grootte groeien. Waarom een cel tot die bepaalde grootte kan groeien en niet meer, is nog onbekend. Als de stress blijft aanhouden en de cel nog groter wordt, ontstaat er schade.

Hyperplasie

Hyperplasie is een toename in het aantal cellen, bij cellen die kunnen delen. Hyperplasie en hypertrofie kunnen samen ontstaan. Fysiologische hyperplasie kan hormonaal zijn of compensatoir (bij verlies van weefsel). Pathologische hyperplasie ontstaat door overmatige hormonale stimulatie of groeifactoren. Bij hyperplasie blijft het proces gecontroleerd en kan het omgekeerd worden, bij kanker is dit niet zo. Hyperplasie kan niet uitgroeien tot kanker.

Atrofie

Atrofie is de afname in celgrootte door afname in celsubstanties. Als gevolg hiervan neemt ook het orgaan in grootte af. De cellen hebben verminderde functie, maar zijn nog niet dood. De oorzaken zijn onder andere verminderde vraag, afname van bloedtoevoer en verlies van neuronale innervatie. De cel wordt kleiner om te kunnen overleven, door verminderde eiwitsynthese en verhoogde eiwit afbraak. Vaak is er ook autofagie: de cel eet delen van zichzelf op voor nieuwe voedingsstoffen.

Metaplasie

Bij metaplasie wordt een reeds gedifferentieerde (epitheel of mesenchymale) cel vervangen door een ander celtype. Dit andere celtype kan beter tegen de stressoren. Dit ontstaat doordat stamcellen gereprogrammeerd worden en er nieuwe cellen ontstaan. De invloeden waardoor metaplasie ontstaat, kunnen een oorzaak zijn voor maligniteiten. Metaplasie als adaptatie komt voornamelijk voor bij epitheel cellen en minder bij mesenchymale cellen.

Celschade en celdood

Celschade ontstaat door stress, blootstelling aan schadelijke stoffen of abnormaliteiten in de cel. Bij celschade is er eerst een fase van omkeerbaarheid. De schade kan nog omgekeerd worden als de stressor opgeheven wordt. Daarna treedt er celdood op, als de schade zo groot is dat de cel er niet bovenop kan komen.

Er zijn twee soorten celdood. Necrose is als de schade zodanig is dat de membranen van de cel stukgaan en de cel als het ware ontploft. De lysosomen zijn dan bezig de troep op te ruimen. Het gevolg hiervan is altijd een ontstekingsreactie. Dit gebeurt altijd ten gevolge van schadelijke invloeden van buitenaf en is altijd pathologisch.

Apoptose is een schoon proces waarbij de cel zichzelf netjes dood. Er gaan geen membranen stuk en de celdelen komen niet los in de extracellulaire ruimte te liggen. Er is geen ontstekingsreactie. Zie tabel 1-1 voor een overzicht van necrose en apoptose.

Oorzaken van celschade

Oorzaken van celschade zijn talrijk, maar kunnen in een aantal groepen worden ingedeeld.

Gebrek aan zuurstof (hypoxie) geeft problemen met het metabolisme. Hypoxie is iets anders dan ischemie. Ischemie is namelijk een verminderde bloedtoevoer, met als gevolg hypoxie. Hypoxie zelf heeft meerdere oorzaken.

Chemische stoffen kunnen schade veroorzaken, soms doordat de homeostase verstoord wordt, soms doordat het membraan of enzymen aangetast worden.

Een verkeerde voedingsbalans, zowel tekorten als overschotten, zijn pathologisch voor cellen.

Fysieke omstandigheden als trauma of extreme temperaturen kunnen cellen ook beschadigen.

Verder kunnen infectieuze pathogenen, immunologische (of auto-immuun) reacties, genetische defecten en veroudering schade veroorzaken aan cellen.

Morfologie van de cel en weefselschade

Als een cel doodgaat, gaan eerst de functies verloren, daarna verschijnen vaak pas de morfologische kenmerken van de dode cel.

Twee morfologische fenomenen indiceren dat de schade aan de cel onomkeerbaar is. dit zijn onomkeerbare disfunctie van mitochondria (gebrek aan ATP) en disfunctie van membraan. Dit zijn karakteristieken vannecrose.

Omkeerbare schade

Aanwijzingen voor omkeerbare celschade zijn cellulaire zwelling en verandering in vetten. Cellulaire zwelling ontstaat doordat, door het ATP-tekort, de ion-pompen niet meer werken en de homeostase verstoord wordt. Verandering in vetten ontstaat door hypoxie, toxiciteit of metabole problemen. Er ontstaan lipide vacuolen in het cytoplasma van de cel.

Necrose

Necrotische cellen hebben kapotte celmembranen waar de inhoud van de cel uitlekt. De cel wordt verteerd door lysosomen. Onder de elektronenmicroscoop zie je discontinue membranen, vergrote mitochondria, kapotte lysosomen en myelin figures. Myelin figures zijn dode cellen die vervangen zijn door fosfolipide massa’s. De cellen zijn ook verhoogd eosinofiel. Uiteindelijk kan een necrotische cel gecalcificeerd worden.

Patronen van weefselnecrose

Necrose van een weefsel kan leiden tot de dood van het hele orgaan. Er zijn verschillende soorten necrose.

Coagulatieve necrose is een vorm waarbij de cellen sterven en ook de lysosomale enzymen niet meer werken. Hierdoor blijft het weefsel hard en intact.

Liquefactieve necrose ontstaat bij infecties. Door de ontstekingsreactie wordt het weefsel vloeibaar.

Gangreeneuze necrose ontstaat voornamelijk aan ledematen die geen bloedtoevoer meer hebben. De necrose is coagulatief door meerdere weefsellagen. Nat gangreen ontstaat als er ook nog een infectie aanwezig is.

Caseous necrose ontstaat bij tuberculose. Het weefsel wordt niet vloeibaar maar blijft ook niet intact. Het ziet er granulair uit.

Vet necrose ontstaat op plaatsen waar vetcellen stukgaan. Dit ontstaat voornamelijk bij acute pancreatitis. De lipases lekken uit de pancreas in het peritoneum, maken de vetcellen kapot en splitsen de triglyceriden. Deze binden vervolgens met calcium en vormen kalkachtige rondjes.

Fibrinoide necrose ontstaat in bloedvaten na een immuun reactie. Complexen van antigenen en antilichamen komen in de arterie en vormen met fibrine een fibrinoid.

Doordat de cellen stukgaan komen cel-specifieke intracellulaire eiwitten in de bloedbaan terecht. Door de bloedserum concentratie van deze eiwitten te meten kan worden bepaald welke weefsels necrotisch zijn.

Subcellulaire reacties op schade

Autofagie is het lysosomaal verteren van delen van de cel zelf. Het ontstaat als de cel te weinig voedingsstoffen heeft. Gespecialiseerde proteïnen merken dit tekort op. Eerst worden organellen en cytosol in autofagische vacuolen opgenomen door middel van het ruw endoplasmatisch reticulum. De vacuole fuseert met een lysosoom tot een autofagolysosoom en wordt verteerd.

Hypertrofie van het glad endoplasmatisch reticulum ontstaat in reactie opchemicaliën. Dit heeft functionele gevolgen voor bijvoorbeeld medicatie/drugs, waarbij iemand een steeds grotere dosis nodig heeft voor hetzelfde effect.

Veranderingen in mitochondriën kunnen zijn in aantal, grootte, vorm en functie.

Abnormaliteiten van het cytoskelet ten gevolge van stress hebben als gevolg dat de cel niet meer kan reageren op omgevingsveranderingen, doordat de vorm van de cel verandert is. de cel ziet er dan abnormaal uit en functioneert niet goed.

Mechanismen van celbeschadiging

Er is niet één mechanisme aan te wijzen dat schade veroorzaakt. Er zijn wel een aantal principes: de reactie van de cel is afhankelijk van de soort, duur en intensiteit van de veroorzaker. De gevolgen van de schade zijn afhankelijk van de soort, aanpasbaarheid en genetische aanleg van de cel. schade aan de cel komt door abnormaliteiten in mitochondria, celmembranen, eiwit synthese, cytoskelet en.of genetische apparaat van de cel.

ATP is nodig voor alle processen in de cel. Een tekort aan ATP kan komen door de afname van zuurstof en voedingsstoffen, schade aan mitochondria, en sommige toxines. Door een te lage ATP concentratie kan het volgende gebeuren:

• De natriumpomp op het plasmamembraan werkt niet meer goed, waardoor er natrium ophoopt in de cel en water aantrekt. Hierdoor zwelt de cel op.
• toegenomen anaerobische glycolyse, waardoor de glycogeen voorraad afneemt, melkzuur ophoopt in de cel, de pH in de cel daalt en water aangetrokken wordt. Hierdoor zwelt de cel op.
• Dysfunctie van de calciumpomp waardoore intracellulaire calciumconcentratie stijgt, wat schade veroorzaakt aan verschillende cellulaire componenten.
• Dysfunctie van de eiwitsynthese wat tot gevolg heeft dat de membranen van de cel stukgaan en necrose optreedt.

Interne Geneeskunde

19.8.1: Calcium- en fosfaathomeostase

Effector organen van de calcium- en fosfaatconcentratie regeling zijn het skelet, de darm en de nieren. Calcium zit  extracellulaireen in het skelet. Het grootste deel (99%) zit in het skelet. Extracellulair zit calcium gebonden aan albumine, kleine ionen en ongebonden (ioniserend). Dit laatste is van fysiologisch belang.

Fosfaat zit voor 85% in het skelet, voor 14% intracellulair en voor de rest in tandweefsel en de extracellulaire vloeistof. In de extracellulaire vloeistof zit het vooral in anorganische vorm.

De bron van calcium en fosfaat in het lichaam is voornamelijk voeding.

De actieve calciumresorptie is afhankelijk van vitamine D, voornamelijk in het duodenum. Het duodenum is de twaalfvingerige darm.

De passieve calciumresorptie is door middel van diffusie in het distale deel van de darm.

In de nier wordt het calcium uitgescheiden. Het grootste deel wordt echter actief teruggeresorbeerd. De terugresorptie is natriumafhankelijk.

Meer dan de helft van het fosfaat wordt geresorbeerd door darmepitheel door middel van actief transport, ook dit is afhankelijk van vitamine D, en diffusie.

De proximale tubulus is een gekronkeld kanaaltje in de nierschors. Hier vindt de meeste terugresorptie van calcium en fosfaat plaats.

Osteoclasten zijn cellen die bot afbreken. Ze worden geactiveerd door cel-cel-interactie door cytokinen uit osteoblasten. Osteoblasten zijn cellen die bot aanmaken.

Bij volwassenen is er een evenwicht tussen botafname en bottoename, waardoor geen verlies is van botmassa of botmineralen.

PTH is het parathyreoïd hormoon, ook wel het bijschildklier hormoon. Het komt intact voor of in fragmenten. De soorten fragmenten zijn:

1. N-terminaalà biologisch actief
2. C-terminaalà langer in circulatie, worden uitgescheiden door nier

Bij een lage calciumconcentratie wordt de secretie van PTH gestimuleerd.

Calcium-sensing receptoren zijn receptoren op bijschildkliercellen. Extracellulair calcium bindt aan deze receptoren en regelt zo de secretie van PTH.

Doelwitorganen van PTH zijn de nier, bot en de darm. In de nier wordt de calcium terugresorptie verhoogd, de fosfaat en bicarbonaat terugresorptie geremd en de vitamine D synthese gestimuleerd. In bot wordt de botresorptie gestimuleerd door effect op osteoblasten. In de darm wordt de resorptie verhoogd.

Door verhoogde serumcalciumgehalte wordt door negatieve terugkoppeling de afgifte van PTH weer geremd.

Parafolliculaire cellen zitten in de schildklier. Dit zijn de cellen die calcitonine produceren.

Calcitonine heeft een verlagend effect op calcium. Het remt botafbraak via receptoren op osteoclasten.

Cholecalciferol is vitamine D3. Dit is omgezet door zonlicht vanuit 7-dehydrocholesterol.

Ergocalciferol is vitamine D2. Dit is een synthetische vorm als supplement bij botziekten. Vitamine D wordt in lever omgezet tot 25-OHD en getransporteerd naar de nier, waar het 1,25(OH)₂D) wordt.

Een laag calcium- en fosfaatgehalte en een hoog PTH-gehalte zorgt voor de stimulatie van de omzetting van (25-OHD) naar 1,25(OH)₂D).

Een hoog calcium- en fosfaatgehalte en een laag PTH-gehalte remt de omzetting van (25-OHD) naar 1,25(OH)₂D).

1,25(OH)₂D) is de hormonaal actieve vorm van vitamine D (prohormoon). Het bevordert de calciumopname uit de darm en speelt ook rol bij celdifferentiatie en immuunsysteem regulatie.

Hypercalciëmie is een verhoogde calciumconcentratie in het bloed, bij inactiverende mutaties van receptoren. Hypocalciëmie is een te lage calciumconcentratie in het bloed, bij activerende mutaties van receptoren.

Hypercalciurie is een verhoogde calciumconcentratie in de urine, bij activerende mutaties van receptoren. Hypocalciurie is een verlaagde calciumconcentratie in de urine, bij inactiverende mutaties van receptoren.

19.8.3: Stoornissen in de vitamine D-stofwisseling 

Rachitis is niet of weinige mineralisatie van nieuwgevormde botmatrix en gestoorde verkalking van kraakbeen in epifysairschijf.

Ostemalacie is niet of weinige mineralisatie van nieuwgevormde botmatrix.

Rachitis en ostemalacie staan in verband met:

• Vitamine D gebrek (tekort in voeding en aan zonlicht).
• Renaal fosfaatverlies.
• Directe remming van mineralisatie in botten.

Symptomen van rachitis en ostemalactie zijn:

1. Spierzwakte
2. Botpijnen
3. Botmisvormingen bij kinderen (rachitis)

In het bloed is de calcium- en fosfaatconcentratie verlaagd, de PTH-concentratie verhoogd en is er hypofosfatemie. Hypofosfatemie is een verminderd fosforgehalte bij hyperparathyroidisme als gevolg van hypocalciëmie.

De calciumresorptie en de urinecalciumuitscheiding zijn verlaagd.

Door het toedienen van vitamine-D supplementen verdwijnen de klachten. De fosfaseactiviteit blijft wel verhoogd.

Ziekten waarbij het toedienen van vitamine-D supplementen niet zal helpen zijn ziekten die vitamine-D-resistent zijn. Dit zijn: vitamine-D-afhankelijke rachitis type I, hierbij is er een tekort aan het enzym 1-alfa-hydroxylase in nier, waardoor geen 1,25(OH)₂D) wordt gevormd. Vitamine D-afhankelijke rachitis type II is ongevoelig voor 1,25(OH)₂D), bijvoorbeeld bij een receptordefect. Hypofosfatemische vorm is een defect van het renale fosfaattransport. Chronische nierinsufficiëntie, door hyperparathyreoïde en verminderde 1,25(OH)₂D)-productie.

19.8.4 Osteoporose

Osteoporose is een skeletaandoening. Er is een afname van botmassa en een verslechterde microarchitectuur van botweefsel. Hierdoor is er een verhoogd fractuurrisico, voornamelijk in de pols, de wervelkolom en de heup. Osteoporose is de meest voorkomende botafwijking. Hoe hogere leeftijd, des te meer incidenten. Er wordt bij osteoporose minder bot aangemaakt dan er wordt afgebroken. Er is dus een verstoring in de balans.

De botmassapiek is de hoeveelheid botmassa die in de jeugd en de daaropvolgende jaren is opgebouwd.

De BMD is de botmineraaldichtheids-waarde. Deze kan gegeven worden als een T-score en als een Z-score. De T-score is het aantal standaarddeviaties t.o.v. de gemiddelde waarde. De Z-score is de uitkomst relateren aan de gemiddelde waarde.

Osteopenie is een lage botmassa.

Diagnostische categorieën bij vrouwen om te kijken of er sprake is van botafwijkingen, is door middel van de BMD. Normaal is de BMD is binnen 1 SD. Bij osteopenie is de BMD tussen 1 en 2,5 SD onder het gemiddelde. Bij osteoporose is de BMD groter dan 2,5 SD onder het gemiddelde.

Een polsfractuur ontstaat door een val. Een heupfractuur kan ontstaan door een val of spontaan.

Symptomen van een wervelfractuur zijn:

• Als eerst meestal acute pijn bij de wervels (van mid- tot laagthorocale of hooglumbale) bij bukken, staan of tillen.
• De pijn neemt toe bij zitten of staan en neemt af bij liggen.
• Er is verminderde beweeglijkheid van wervelkolom.
• Als de wervel is ingezakt is er lengteverlies en een thorocale kyfose, waardoor de buikholte wordt verkleind en de buik naar voren komt.
• Er zijn problemen bij ademhaling en eten.

Viswervels zijn wervels waarvan de vorm biconcaaf wordt, dat wil zeggen aan allebei de kanten holrond.

Analgetica zijn een soort pijnstillers.

Calcium- en hydroxyproline-uitscheiding zijn vaak verhoogd in urine. Vooral bedrust met oefeningen is nodig en voldoende analgetica. Bij deficiëntie van vitamine D of calcium, moet dit verholpen worden. Oestrogeensubstitutie wordt voorgeschreven om postmenopauzaal botverlies of fracturen te voorkomen.

Een calcitonine-injectie zorgt ervoor dat de botafbraak wordt geremd en de botmassa tijdelijk stabiel is.

Bifosfonaten remmen de botafbraak en verhogen de botmassa.

22.5.1 Reumatoïde artritis

Reumatoïde artritis (RA) is een ontsteking in meerdere gewrichten. De weerstand tegen infecties is verlaagd door een verstoring in de bloedvoorziening en de functie van leukocyten.

Artralgie is pijn in gewrichten.

Articulair is met betrekking tot een gewricht.

Symptomen van RA zijn:

• Ochtendstijfheid en vermoeidheid
• Artralgieën
• Gewrichtszwelling (begint bij hand- en voetgewrichten)
• Bewegingsbeperking
• Afwijkingen in röntgenfoto. Eerst is er zwelling en ontkalking, dan erosie en gewrichtsspleet versmalling te zien.

Door gewrichtsdestructie kunnen neurologische problemen ontstaan, voornamelijk in de pols en in de cervicale wervelkolom.

Bij veel RA-patienten is de bloedbezinking verhoogd en is er trombocytose en anemie.

In het bloedserum zijn er vaak verhoogde reumafactoren en anti-CCP-lichamen te vinden.

Synovia is gewrichtsslijmvlies. Dit zit in holten.

Pannus is uitgroeiend bindweefselachtig weefsel vanuit de synovia in de omliggende ligamenten en kraakbeen. Kraakbeen verdwijnt en ligamenten worden zwakker.

De behandeling bestaat eruit de artritisverschijnselen te onderdrukken, extra-articulaire verschijnselen beheersen en invaliditeit voorkomen.

Indicatoren voor een ernstige prognose zijn een ziekteactiviteit die continu is, een hoog gehalte reumafactoren en acutefase-eiwitten in serum, en erosie al in een vroeg stadium.

22.6.1 Spondylitis ankylopoetica 

Spondylitis ankylopoetica (SA) heet ook wel de ziekte van Bechterew. Dit is een chronische systematische reumatische ontstekingsaandoening. De oorzaak is nog onbekend. Het begint vaak al op jonge leeftijd, het is ras afhankelijk en er is een genetisch component (het eiwit HLA-B27).

De sacro-ilicale gewrichten (SI-gewrichten) zitten waar het heiligbeen vastzit aan beide darmbeenderen van het bekken. Sacro-iliitis is een ontsteking van de SI-gewrichten. Ziekte is vaak in de SI-gewrichten en ook in de wervelkolom.

Ankylose zijn vergroeiingen bij gewrichten.

Ziekteverschijnselen bij het begin van ziekte zijn:

1. Gebrek aan eetlust
2. Malaise (onwelzijnsgevoel)
3. Temperatuurverhoging

De pijn straalt vaak uit tot in de knieholte. Kenmerkende klachten in een vroeg stadium zijn chronische lage rugklachten.

Kenmerken voor inflammatoire rugklachten (bij 4/5 deel spreek je van inflammatoire rugklachten) zijn dat de klachten voor het veertigste levensjaar ontstaan en het begint geleidelijk. Verder duren de klachten langer dan drie maanden, is er sprake van ochtendstijfheid en nachtelijke pijnen en treedt er verbetering op bij beweging.

Kenmerken voor niet-inflammatoire rugklachten, dus kenmerken die juist niet bij SA optreden zijn dan de klachten ontstaan na het veertigste levensjaar en het begin plotseling is. de klachtenperiode is minder dan een maand. Er treedt verbetering op bij een rustperiode en verergering bij inspanning. SA treft vooral grote centraal gelegen gewrichten, zoals de heup en schouder. De lumbale wervelkolom kan minder goed bewegen, vooral bij hyperextensie en zijwaarts buigen. De lumbale lordose verdwijnt langzamerhand en bij vooroverbuigen is er geen kyfose meer.

Enthesitis is een ontsteking van peesaanhechtingen. AUA (plotselinge pijn in het oog) kan soms optreden en de kyfose van de thoracale wervelkolom raakt versterkt.

Syndesmofyten zijn brugvormingen tussen wervels. Ze zijn op röntgenafbeeldingen te zien bij SA.

Klinische aanwijzingen zijn een positieve familianamnese, lage rugklachten die chronisch en inflammatoir zijn en de lumbale wervelkolom wordt beperkt bij beweging.

De behandeling van SA is erop gericht om de optimale houding en functie behouden, de pijn te bestrijden en de ontsteking te behandelen.

22.8 Artrose

Artrose komt het meeste voor. Het is progressief gewrichtskraakbeen verlies en een toename van subchondrale bot (kraakbeenbot). Met de stijging van de leeftijd komt het steeds meer voor.

Progressief betekent toenemend in ernst.

risicofactoren voor artrose zijn metabole stoornissen, genetische vatbaarheid, gewrichtsontsteking en anatomische afwijkingen.

Verschijnselen bij artrose zijn:

1. Pijn bij belasten en aan het einde van de dag
2. Stijfheid na inactiviteit of ’s ochtends
3. Gewrichtsexcursie is pijnlijk beperkt
4. Crepiteren (een krakend geluid bij beweging)
5. Geringe wekedelen zwelling
6. Benige zwelling en drukpijn op de gewrichtsranden

Spondylose zijn veranderingen aan de wervelkolom. Deze veranderingen zijn degeneratie van de discus intervertebralis en exostosevorming.

Exostose is een benig aangroeisel.

Erosieve artrose is een artrosevorm waarbij erosie en ontsteking op de voorgrond staan.

Hyperostosis ankylosans vertebralis is een vorm van spondylose die vooral bij oude mannen, bij toeval, wordt ontdekt.

Neuropathische artropathie is denervatie van een gewricht.

Vroege artrose wordt gekenmerkt door een toename in het watergehalte, fibrillaties en celclusters, en een toename van subchondraal bot.

Ernstige artrose wordt gekenmerkt door een toename van celclusters, een verhoogd kraakbeenverlies, fissuren en erosies, en bottoename.

Het eindstadium van artrose wordt gekenmerkt doordat het kraakbeen geheel verloren is gegaan, het bot wordt blootgelegd en er cysten in het bot ontstaan.

Fibrillaties zijn scheurtjes in het oppervlak. Een celcluster is een celopeenhoping. Fissuren zijn kloven en een cyste is een onnatuurlijke lichaamsholte.

Het belangrijkste in de behandeling van artrose is fysische therapie, een medicamenteuze behandeling, pijnbestrijding en chirurgische-orthopedische ingrepen.

Diagnostiek van Alledaagse Klachten

Hoofdstuk Rugpijn

Inleiding

Lage rugpijn is rugpijn in het gebied tussen de schouderbladen en de bilplooien. In de praktijk komt aspecifieke rugpijn (rugpijn zonder bekende oorzaak) veel voor, net als het lumbosacraal radiculair syndroom. Het lumbosacraal radiculair syndroom is lage rugpijn, uitstralend tot voorbij de knie, meestal door een hernia nuclei pulposi.

De twee belangrijkste doelen van het diagnostisch handelen bij lage rugpijn zijn

7. de oorzaken van de lage rugpijn vinden, deze hebben een andere behandeling dan aspecifieke rugpijn.
8. bij aspecifieke rugpijn op tijd inzien dat de rugpijn een chronisch karakter krijgt.

De klacht in de bevolking

De klacht lage rugpijn komt veel voor in de bevolking. De ernst varieert, maar voor mensen met recidiverende of chronische rugpijn kan het ook grote invloed hebben op het dagelijks leven. Meestal weet de patiënt zelf de oorzaak van de rugpijn, en vaak wachten de mensen ook spontane genezing af. De kosten voor de gezondheidszorg zijn wel hoog.

De eerste presentatie bij de dokter

De incidentie van lage rugpijn is 36-40 per 1000 per jaar. Dit is 1-2 nieuwe gevallen per week. De verdeling tussen mannen en vrouwen met lage rugpijn is ongeveer gelijk.

Redenen om de huisarts te bezoeken zijn bezorgdheid over de pijn, behoefte aan pijnstillers of spierverslappers, onzekerheid hoe men met de rugpijn moet worden omgegaan en welke activiteiten wel en niet verricht mogen worden. Het grootste deel van de patiënten komt voor maar één consult bij de huisarts. Als er wordt doorverwezen naar een specialist is dit voor chronische rugpijn met disfunctioneren.

Pathofysiologie en differentiële diagnose

Lage rugpijn heeft vele oorzaken, waarvan vaak de pathofysiologie nog niet is opgehelderd.

Aspecifieke lage rugpijn heet ook wel lumbago. De pathofysiologie is nog onbekend. Waarschijnlijk is deze mechanisch, maar het zou ook vasculair kunnen zijn. Een acuut ontstaan heet spit.

Het lumobsacraal radiculair syndroom (LRS) heeft verschillende oorzaken. Er is rugpijn met uistraling in één been tot voorbij de knie. De pijn in het been is meestal erger dan de rugpijn. Er kunnen ook sensibiliteitsstoornissen en motorische stoornissen optreden. LRS ontstaat hoofdzakelijk door een hernia nuclei pulposi, die een zenuwwortel beknelt. Andere oorzaken van LRS zijn wervelkanaalstenose of laterale stenose (vooral na het vijftigste levensjaar), tumoren en ontsteking van de zenuwwortel (radiculitis).

Een maligniteit als oorzaak van lage rugpijn is zeldzaam. Factoren om extra alert te zijn, zijn ouder dan 50 jaar, niet verbeteren van de klacht binnen een maand met conservatieve therapie, malaise, koorts, nachtelijke pijn, fors gewichtsverlies en een maligniteit in de voorgeschiedenis.

De ziekte van Bechterew (spondylitits ankylopoetica) is een reumatische aandoening. Bij deze aandoening is er aanwezigheid van het eiwit HLA B27. Het ontstaat voor het 35^e levensjaar. Het komt vaker voor bij mannen dan bij vrouwen. Kernsymptomen zijn chronische rugpijn (ter plekke van het SI-gewricht), verlies van lumbale lordose, verminderde lumbale mobiliteit, ochtendstijfheid en ernstige nachtelijke pijn.

Een osteoporotische inzakkingsfractuur kan lage rugpijn opleveren, vooral wanneer er plotseling hoogteverlies van een wervellichaam ontstaat. Het komt vaak voor bij postmenopauzale vrouwen.

Kansverdeling van de diagnosen

De oorzaak van lage rugpijn is 80-90% van de gevallen aspecifiek. Als het specifiek is, is het voornamelijk LRS. Met het stijgen van de leeftijd neemt de kans op een ernstige specifieke afwijking toe.

Betekenis van de voorgeschiedenis

Bij patiënten met een maligniteit in de voorgeschiedenis is een tumor één van de mogelijkheden. Bij patiënten met osteoporose zijn inzakkingsfracturen mogelijk. Bij patiënten met recidiverende periodes van aspecifieke lage rugpijn is een specifieke oorzaak minder waarschijnlijk.

Betekenis van de anamnese

De anamnese is het belangrijkste instrument om specifieke oorzaken aan te wijzen. Ook om signalen van chronische aandoeningen te vinden is de anamnese belangrijk. Eerst worden een aantal oriënterende vragen gesteld en bij aanwijzingen voor een specifieke oorzaak worden gerichte vragen gesteld. Een vraag om LRS op te sporen is uitstraling van de pijn tot voorbij de knie en paresthesieën van het onderbeen. Nachtelijke klachten van een jonge man die uit bed moet vanwege de rugpijn is een aanwijzing voor de ziekte van Bechterew. Gewichtsverlies kan wijzen op een tumor. Vragen om chroniciteit op het spoor te komen zijn onder andere of er eerdere episodes waren met chronische rugpijn, inadequaat pijngedrag, werkverzuim en neiging tot depressiviteit.

Betekenis van het lichamelijk onderzoek

Het lichamelijk onderzoek wordt bij lage rugpijn gebruikt om specifieke oorzaken op te sporen en om de mate van functionele beperkingen vast te stellen.

• Beoordelen van het looppatroon: dit kan pijnvermijdend zijn of er kan een klapvoet aanwezig zijn.
• Inspectie bekken en wervelkolom: bij een staande patiënt inspecteren om grote structurele afwijkingen op te sporen, zoals scoliose en beenlengteverschil.
• Lokalisatie van de pijn en uitstraling en vervolgens functieonderzoek (flexie etc.)
• Proef van Lasègue: de patiënt ligt op een onderzoekstafel en zijn gestrekte been wordt passief omhooggetild. Als er pijn met uitstraling tot voorbij de knie ontstaat is dit positief voor LRS.

Betekenis van eenvoudig aanvullend onderzoek

Eenvoudig aanvullend onderzoek moet alleen gedaan worden als er aanwijzingen zijn voor een specifieke oorzaak. Een BSE kan gedaan worden bij verdenking op een maligniteit of de ziekte van Bechterew. Een normale BSE sluit deze ziekten uit. HLA B27 kan bepaald worden om de ziekte van Bechterew aan te tonen. Röntgenfoto’s kunnen gebruikt worden om een inzakkingsfractuur en tumoren aan te tonen.

Betekenis van complex aanvullend onderzoek

Een CT-scan kan gebruikt worden om benige afwijkingen aan te tonen. Een MRI is nuttig voor een hernia nuclei pulposi, tumoren en infecties.

Syllabus

“Beeldvorming van het bewegingsapparaat”

Röntgenfoto

Röntgenstraling is electromagnetische (ioniserende) straling met een zo hoge energie dat molecuulstructuren veranderd kunnen worden. Bij hoge dosis vormt dit een gezondheidsrisico.

Om een afbeelding te vormen zendt een Röntgenbuis straling door het lichaam. Verschillende weefsels absorberen de straling in verschillende mate. Als de straling uittreedt uit het lichaam valt het op een gevoelige plaat, die de verschillen in straling verschillend weergeeft. Een hoge absorptie geeft weinig signaal en is licht. Alle anatomische structuren worden over elkaar heen afgebeeld, dus niet alle structuren zijn zichtbaar.

Computer Tomografie (CT)

Om de absorptie van verschillende stukjes materie te kunnen bepalen moet de meting vanuit verschillende richtingen worden gedaan. Bij Computer Tomografie (CT) worden de Röntgenbuis en de detector om de patiënt heen gedraaid, waardoor er een groot aantal projecties worden verkregen en een groot aantal metingen zijn. Deze worden door de computer in vergelijkingen gestopt en uitgerekend.

De CT heeft een meerwaarde bij locaties die verborgen zijn bij een normale Röntgenfoto. Nadeel van de CT ten opzichte van een Röntgenfoto is dat de patiënt blootgesteld wordt aan een veel hogere stralingsbelasting.

Dual Energy X-ray Absorption (DEXA)

Met Dual Energy X-ray Absorption (DEXA) wordt de botdichtheid gemeten. Omdat bot röntgenstraling absorbeert, kan aan de hand van de absorptie de dichtheid worden gemeten. Dit kan echter niet met een gewone Röntgenfoto of een CT-scan, omdat hiermee alle weefsels worden bestraald die allemaal een eigen absorptie hebben.

Met DEXA worden er door het lichaam twee bundels met Röntgenstraling gezonden. De ene bundel heeft een lage energiewaarde die door zacht weefsel wordt geabsorbeerd. De andere bundel heeft een hoge energiewaarde die door hard weefsel (bot) wordt geabsorbeerd. Door de absorptiebijdrage van het zachte weefsel af te trekken van de totale absorptie kan de absorptiebijdrage van het bot worden berekend.

Met de absorptiebijdrage kan ook de botdichtheid worden berekend. Een te lage botdichtheid duidt op osteoporose.

Magnetic Resonance Imaging (MRI)

Er zijn bepaalde atoomkernen met magnetische eigenschappen. In het menselijk lichaam is de waterstofkern het belangrijkste, omdat deze heel veel voorkomt. De waterstofkern heeft een magnetische dipool, die gewoonlijk in alle weefsels in random richtingen staan. Wanneer een patiënt echter in een sterk magneetveld wordt geplaatst, gaan alle kernen in dezelfde richting staan. De kernen gaan ook een tolbeweging uitvoeren, de precessiebeweging, met een bepaalde frequentie.

Als er een zendsignaal gelijk aan de precessiefrequentie door het MRI apparaat wordt gegeven, ontstaat er resonantie. Het zendsignaal heeft een frequentie in het gebied van de radiogolven en wordt daarom ook wel een RF puls genoemd. Door de RF puls worden de waterstofkernen in een andere hoek ten opzichte van het magneetveld geduwd, waardoor ze een electromagnetische golf uitzenden.

Deze golf wordt gemeten door een antenne en is het MR signaal. In tegenstelling tot alle beeldvorming met Röntgenstraling, heeft de straling bij MRI een zo lage energie waarde dat het niet ioniserend en dus niet belastend is.

Van alle ontvangen MR signalen berekent de computer de afbeelding met behulp van de amplitude, frequentie en fase van de uitgezonden golf. De precessiefrequentie moet direct evenredig zijn met het magneetveld, anders kan er niets berekend worden.

De kernen die uit hun parallele richting zijn geduwd komen na verloop van tijd weer parallel te staan. Dit proces heet relaxatie en het verschilt per weefsel. Er zijn twee vormen van relaxatie.

• Longitudinale relaxatie is het weer parallel komen staan van de kernen. De tijdsduur wordt uitgedrukt in T1: de longitudinale relaxatietijd. Sommige weefsels hebben een korte relaxatietijd, andere weefsels een lange. Door de RF pulsen kort na elkaar te geven (repetitietijd TR) ontstaat er verschil in signaal intensiteit. Weefsels met een korte T1 kunnen na een korte tijd weer een signaal geven, weefsels met een lange T1 moeten nog herstellen voor ze weer een signaal kunnen geven. De weefsels met een korte T1 zijn dan licht op de afbeelding, de weefsels met een lange T1 zijn donker.
• Transversale relaxatie is het uit fase gaan lopen van het tollen van de individuele kernen. Vlak na de RF puls lopen alle kernen tegelijk, na een tijdje gaan ze uit fase lopen. Deze tijdsduur wordt uitgedrukt in T2: de transversale relaxatietijd. Hoe meer de kernen uit fase lopen, hoe zwakker het uitgezonden signaal is. De tijd tussen de RF puls en het lezen van het MR signaal (echotijd TE) wordt lang gekozen, waarna de weefsels met een korte T2 snel uitgedoofd zijn en de weefsels met een lange T2 nog signaal uitzenden. De weefsels met de korte T2 zullen dus donker zijn en de weefsels met een lange T2 zullen licht zijn.

Bot is op een T1 afbeelding licht en op een T2 afbeelding donker, omdat het spongieuze binnenbot veel vet bevat. Over het algemeen kan een T2 afbeelding ziekteprocessen beter aantonen. Bij een MRI scan worden vaak een aantal parallele vlakken opgenomen om de structuur helemaal te kunnen zien.

Voordelen van de MRI scan zijn dat er een goed contrast zichtbaar is tussen zachte weefsels en er geen ioniserende straling wordt gebruikt.

Nucleaire beeldvormende technieken

Een nucleaire afbeeldingstechniek maakt gebruik van radionucliden die gammastraling uitzenden. Deze moleculen worden verbonden aan een metaboliet waarvan het metabolisme bekend is. Deze twee moleculen samen heten een tracer. De tracer wordt in het lichaam gebracht, waarna de metaboliet zich over het lichaam verdeelt en de radionuclide gamma straling uitzendt. Met een speciale gamma camera kan er een scintigram (afbeelding) gemaakt worden van de verdeling. Een donkere kleur op een scintigram geeft veel metabolisme aan.

Nadeel van deze techniek is dat er een zeer grote stralingsbelasting is voor de patiënt.

Om pathologie in bot op te sporen wordt de radionuclide technetium gekoppeld aan de metaboliet diphosphonaat. Bij een snel metabolisme in een bot wordt de tracer opgenomen door de osteoblasten.

Röntgenstralingen en MRI geven anatomische afbeeldingen die de structuren zo gedetailleerd mogelijk afbeelden. Scintigrafie is echter een functionele afbeelding, die geeft weefseleigenschappen en metabolisme goed weer.