Zuur-base fysiologie is eigenlijk de studie van het proton (H+): een zuur kan een proton afstaan, een base (of alkali) kan een proton opnemen. Ondanks dat protonen slechts in kleine hoeveelheden voorkomen, spelen ze een belangrijke rol in het lichaam. De pH is een manier om de concentratie van protonen aan te geven, je berekent deze met –log10[H+]. Hierdoor geeft een verandering van een tienvoud in de [H+] een verandering van 1 in de pH. Kleine pH veranderingen kunnen grote gevolgen hebben, het is dus van belang de pH goed te controleren.
Een buffer is een substantie die zowel protonen kan opnemen als afstaan. Buffers voorkomen geen pH-schommelingen, maar minimaliseren deze wel. Een buffer geef je aan als HB(n+1)/B(n), waarbij HB een zwak zuur is en B de geconjugeerde zwakke base. De totale bufferconcentratie [TB] is de som van [HB] en [B]. Elke buffer heeft een dissociatie constante, K. Deze bereken je met ([B]*[H])/[HB]. Als je aan een buffer een sterk zuur toevoegt, zal elke H+ die gebufferd wordt een B kosten en zo een HB vormen. De protonen die niet gebufferd worden, zorgen voor een verandering van de pH. Het omgekeerde doet zich voor als er een sterke base wordt toegevoegd, OH- wordt gebufferd door Hb, de OH- die niet gebufferd wordt, zorgt voor een verandering in pH. De kracht van een buffer wordt aangegeven met β. Dit zegt hoeveel mol sterke base aan een oplossing van 1 liter moet worden toegevoegd om de pH met 1 te doen stijgen. β=Δ(sterkte base)(mol/liter)/ΔpH=-Δ(sterk zuur)(mol/liter)/ΔpH. Zonder de CO2-HCO3- buffer is de β van het bloed 25 mM/pH. Dit wordt ook wel de non-HCO3- bufferkracht genoemd.
De CO2-HCO3- buffer is de belangrijkste buffer van het bloed. Dit komt doordat de longen de CO2-concentratie in het bloed kunnen regelen. Met de wet van Henry is te berekenen wat de concentratie opgeloste CO2 is, dit is [CO2]dis=s*PCO2. Hierbij is s de oplosbaarheids-coëfficiënt. S in bloedplasma is -0,03mM/mm Hg, PCO2 is 40mmHg, dus [CO2]dis=1,2 mM arterieel bloed. CO2 is zelf geen zuur of base, maar via de CO2 hydratatie reactie reageert het langzaam met H2O tot H2CO3. Het enzym carbonanhydrase zet dit vervolgens om in H+ en CO3-. Hierdoor daalt de pH, ondanks dat er ook een zwakke base gevormd wordt. De tweede reactie gaat erg snel. De dissociatie constante van deze buffer is ([H+]/[HCO3-])/[CO2]. Dit kan je omzetten naar pH=pK + log[HCO3-]/[CO2]. Door hier de wet van Henry op toe te passen krijgen we pH=pK + log[HCO3-]/(s*PCO2). Dit laatste noemen we de Henderson-Hasselbalch vergelijking. Deze vergelijking maakt duidelijk dat de verhouding van [HCO3-] en PCO2 belangrijk is voor de pH, niet een van deze waarden afzonderlijk.
De kracht van een buffer is afhankelijk van de bufferconcentratie, de pH van de oplossing en of het systeem open of gesloten is. Als noch de base noch het zuur van de buffer het systeem kan verlaten, is het een gesloten systeem. Een voorbeeld hiervan is anorganisch fosfaat. Elke buffer heeft een optimum pH, in een bell-shaped curve loopt deze af. Alle buffers in het bloed hebben een optimum pH, maar samen zorgen ze voor een grote bufferkracht tussen pH 6 en 8.
In een open systeem kan het zuur of de base het systeem verlaten of binnenkomen. Omdat CO2 hoge waarden kan aannemen, is dit een erg krachtige buffer. De CO2 verlaat het systeem waardoor het evenwicht naar die kant schuift en er alleen nog protonen worden opgenomen en niet worden afgestoten. Hierdoor is de pH schommeling bij een sterk zuur minimaal. Als er een sterke base wordt toegevoegd, wordt er juist CO2 aangevoerd. De buffer is alleen afhankelijk van [HCO3-]. De CO2-HCO3- buffer heeft dan ook een β van 55 mM/pH, meer dan het dubbele van de β van het gesloten systeem. Als de CO2-HCO3- buffer in een gesloten systeem wordt gezet, is deze een stuk minder krachtig. Dit is het geval bij ischemie, waarbij de weefsels niet genoeg doorbloed zijn.
Als we de PCO2 verhogen, zal [CO2] ook toenemen en daardoor zal er meer H+ en HCO3- gevormd worden. Dit is een respiratoire acidosis. Acidosis betekent verzuring, respiratoir omdat de meeste gevallen van een verhoogde PCO2 komen door ademhalingsproblemen. Als er geen andere buffers aanwezig zouden zijn, zou er niks zijn om de nieuw gevormde protonen op te vangen. [HCO3-] neemt echter weinig toe, bij verdubbeling van [CO2] daalt de pH naar 7,1.
Bij alkalose, ‘te basisch’, is er te weinig PCO2, bij halvering van de [CO2] stijgt de pH naar 7,7. Beide hebben een verschil van 0,3, wat dan ook de log10 van 2 is (verdubbeling/halvering van de [CO2]. Hetzelfde zien we bij de [HCO3-], verdubbelen we deze dan stijgt de pH met 0,3, halveren we deze dan daalt de pH met 0,3. Om verhoging van [HCO3-] te bereiken, kunnen we ook een sterke base toevoegen of een sterk zuur weghalen. Dit alles heet metabolische alkalose, omdat de PCO2 vaststaat. Door een sterke base weg te halen of een sterk zuur toe te voegen krijg je metabolische acidosis.
Het hart ligt voor ongeveer 2/3 deel in de linker thoracale holte, in het middelste mediastrium (de ruimte die wordt ingesloten door het sternum, de wervelkolom, het diafragma en de longen. Het hart bestaat uit vier kamers; twee artia en twee ventrikels. Kleppen bij de uitgang van de kamers zorgen ervoor dat het bloed niet terug het hart in kan stromen. Het interatriale septum en het interventriculaire septum scheiden de linkerkant van de rechterkant. De wand van elke kamer bestaat uit drie lagen. Van buiten naar binnen zijn dit het endocardium, myocardium (spier), epicardium (visceraal).
De spiervezels zitten vast aan het fibreuze hartskelet. Het hartskelet bestaat uit vier fibreuze ringen, dit zijn bindingsplaatsen voor de kleppen. De atria zijn gescheiden van de ventrikels door de coronaire sulcus (atrioventriculaire groeve) en de linker- en rechterventrikel zijn van elkaar gescheiden door de anterior en posterior interventriculaire sulci. De apex ligt in de vijfde intercostaalruimte. Hier kun je de mitraalklep horen.
Het rechter atrium ontvangt bloed van de vena cava superior en inferior en de coronaire sinus (zie figuur 13.3 p. 402). De gladde en ruwe atriale wand zijn gescheiden door de sulcus terminalis aan de buitenkant, en crista terminalis aan de binnenkant. De opening van de coronaire sinus zit vlakbij de ingang van de vena cava inferior. De AV-knoop zit tussen de sinus coronarius, fossa ovale en tricuspidalisklep. De SA-knoop zit bij de vena cava superior en sulcus/crista terminalis.
Het bloed gaat vanuit het rechter atrium via de tricuspidalisklep in het rechterventrikel. De kleppen zitten vast aan het fibreuze skelet. Er zitten kleine chordae tendineae aan vast, die weer vastzitten aan de papillairspieren, deze zorgen dat de klep niet doorslaat. Het bloed gaat door de pulmonalisklep richting de longen.
Het interventriculaire septum bestaat uit spier en membraan en onderscheidt de linker- en rechterventrikels. Het spiergedeelte zit meer bij de linkerventrikel omdat die een grotere kracht moet geven. Aan de rechterkant zit meer membraneus weefsel, de tricuspidalisklep zit vast aan dit membraneuze weefsel van het fibreuze skelet.
Het linkeratrium vormt de basis van het hart. De linker- en rechter pulmonaire venen komen hierin uit met zuurstofrijk bloed. De wand is een beetje dikker en gladder dan het rechteratrium. Het ligt helemaal tegen de achterkant en via de oesophagus is het linker atrium dus goed te bestuderen. Het linkerventrikel heeft een erg dikke spierwand. Het bloed komt naar binnen door de mitralisklep. Deze klep ligt achter het sternum ter hoogte van de 4e rib. Via de halvemaanvormige aortaklep gaat het bloed er weer uit. De halvemaanvormige (semilunair) kleppen hebben drie onderdelen en geen chordae.
Het circulatiesysteem transporteert vloeistoffen door het lichaam. Het hart zorgt voor de bloedvoorziening. Er zijn twee bloedsomlopen te onderscheiden: de pulmonaire (long-) en systemische (lichaams-) circulatie.
De pulmonaire circulatie begint bij het rechterventrikel. Hiervandaan pompt het hart zuurstofarm bloed via de longarterie in de longen. Hier wordt het zuurstofrijk gemaakt en via de longvenen naar het linker atrium gebracht. Daarna begint de systemische circulatie en pompt het linker ventrikel het bloed via de aorta de rest van het lichaam in. Via de vena cava komt het bloed weer terug in het rechter atrium.
De meeste bloedvaten bestaan uit drie lagen:
Tunica intima: het binnenste laagje, het endotheel, bestaande uit platte epitheelcellen. Capillairen bestaan in hun geheel uit tunica intima.
Tunica media: het middelste laagje, bestaande uit gladde spiercellen. Deze laag verschilt per soort bloedvat in dikte.
Tunica adventitia: het buitenste laagje bindweefsel.
Er zijn drie typen bloedvaten: arteriën, venen en capillairen.
Arteriën zijn bloedvaten die de hoge druk opvangen, ze krijgen het bloed rechtstreeks vanuit het hart. De verschillende typen arteriën zijn van elkaar te onderscheiden door de grootte van de tunica media. Er zijn drie typen arteriën:
Grote elastische arteriën: hebben veel elastische laagjes in hun wand. Ze vangen het bloed rechtstreeks op vanuit het hart. Voorbeeld: aorta.
Medium spier arteriën: hebben een wand die vooral uit gladde spiercellen bestaat. Ze kunnen hun diameter verkleinen (vasoconstrictie) en daarmee de bloeddruk regelen. Dit zijn meestal de genaamde arteriën.
Kleine arteriën en arteriolen: hebben een dikke spierwand. Door de tonus (spanning) die ze kunnen beïnvloeden, bepalen ze hoeveel bloed er naar de capillairbedden wordt gestuurd. Als deze tonus hoog is, is sprake van hypertensie.
Een anastomose is een verbinding tussen de vaten, waardoor er tussen takken van arteriën een communicatie kan ontstaan. Dit zijn bypasses van bloed. Als een bloedvat dicht is kan het bloed via een bypass naar een ander vat: dit is een collaterale circulatie. Toch zijn er plekken waar dit niet voor komt. Deze arteriën heten echte terminale eindarteriën: ze maken geen verbinding met andere arteriën. Als deze afgesloten raakt krijgt het hele orgaan geen bloed meer. Functionele eindarteriën daarentegen kunnen alleen via kleinere arteriën een collaterale circulatie vormen. Ze hebben dus alleen ineffectieve anastomosen.
Venen transporteren het zuurstofarme bloed terug naar het hart. Ze hebben vaak grotere diameters dan arteriën en hebben een grote capaciteit doordat ze kunnen uitrekken. Daarom bevindt 80% van al het bloed zich in de venen. Er zijn 3 soorten:
Venulen: de kleinste venen. Ze zorgen voor de drainage van de capillairbedden.
Medium venen: hebben veneuze kleppen, zodat het bloed niet met de zwaartekracht mee weer naar beneden stroomt. De meesten hebben een naam.
Grote venen: zijn gekenmerkt door de wijde bundels longitudinale gladde spiercellen en een goed ontwikkelde tunica adventitia. Een voorbeeld is de vena cava superior (bovenste holle ader).
De capillairen zijn enkele endotheel buisjes, die ervoor zorgen dat in de capillairbedden afgifte van voedingsstoffen plaatsvindt naar de extracellulaire ruimten, en opname van afvalstoffen naar de capillairen. Op sommige plekken zijn er directe verbindingen tussen de kleine arteriolen en de venulen: arteriovenulaire anastomosen (shunts), welke een rol spelen bij de temperatuurregeling. Op sommige plekken gaat het bloed langs twee capillairbedden voordat het naar het hart gaat: bijvoorbeeld in het poortadersysteem. Het voedingsstofrijke bloed gaat dan eerst nog langs de lever zodat die de voedingsstoffen eruit kan halen.
De menselijke ontwikkeling wordt onderverdeeld in prenataal (voor de geboorte), postnataal (na de geboorte), kleutertijd, puberteit en volwassenheid. De prenatale ontwikkeling is veel sneller dan de postnatale. De grootste prenatale ontwikkelingen vinden plaats in de derde tot achtste week van de zwangerschap, de embryonale periode. Deze wordt vervolgd door de foetale periode. Embryologie is de studie van de prenatale ontwikkeling van embryo’s en foetussen. De ontwikkelingsanatomie houdt zich bezig met de verandering van cellen, weefsels en organen en het lichaam als geheel, van spermacel + eicel tot volwassenen. In de teratologie bestudeert men aangeboren afwijkingen en abnormale ontwikkeling. Daarvoor moet de normale ontwikkeling van een embryo goed bestudeerd worden. Door meer kennis kunnen bepaalde afwijkingen tegenwoordig al worden voorkomen met behulp van chirurgie bij foetussen.
De Nernstvergelijking beschrijft de omstandigheden waarin een ion in equilibrium is door een membraan. Z is de lading. Je berekent Ex, het equilibrium potentiaal: bij welke waarde hij in evenwicht is. De Nernstpotentiaal voor Kalium, Calcium en Natrium schrijf je als EK, ECa, ENa.
Sommige proteïnen kunnen voor een potentiaal zorgen over het membraan. Op het moment dat de ionen gaan verplaatsen komt een potentiaalverschil tot stand.
De cardiale actiepotentiaal begint in speciale spieren in de sinusknoop, waarna het door het hart wordt gestuurd: deze knoop heet ook wel de pacemaker. Hartcellen zijn elektrisch gekoppeld via gap-junctions waardoor het potentiaal goed door wordt gegeven. Het signaal gaat naar de atria en naar de atrioventriculaire knoop. Door het fibreuze skelet van het hart gaat het potentiaal niet meteen naar de ventrikels. Vanuit de AV-knoop gaat het naar het His-Purkinje-vezelsysteem dat het naar de ventrikels stuurt.
Als cel A depolariseert, gaan de ionkanalen open en er komt veel positieve lading de cel in: dit wordt meteen ook doorgestuurd naar cel B (intracellulaire stroom). Dit zorgt ervoor dat de extracellulaire ionen bij het membraan van cel B loslaten en richting de buitenkant van cel A stromen (extracellulaire stroom).
Een cardiaal actiepotentiaal heeft vijf fasen. Het hangt van een aantal stromen af.
Na+-stroom zorgt voor de depolarisatie van de actiepotentiaal in de atria, ventrikels en de Purkinjevezels
Ca2+-stroom zorgt voor de snelle depolarisatie van de SA en AV-knoop. Ook zorgt het voor de contractie in alle cardiale spiercellen
K+-stroom zorgt voor de repolarisatie van de actiepotentiaal in alle cellen
Pacemaker stroom/funny current zorgt voor de pacemaker activiteit in SA cellen, AV cellen en Purkinjevezels. Ook de Na/Ca- en de Na/K-pomp zijn belangrijk. De 5 fasen zijn:
Het begin van de actiepotentiaal. Als deze veroorzaakt is door de ICa is deze langzaam, dit is in pacemakercellen zo. Als hij veroorzaakt is door zowel ICa als INa is deze snel: dit is in myocardcellen zo. Dit heet ook wel de upstroke.
De snelle repolarisatie van de actiepotentiaal. Deze komt door totale inactivatie van Ina of ICa (wat in fase 0 al plaatsvindt) en de uitstroom van Kalium. De membraanpotentiaal herstelt zich.
De ‘plateaufase’: vooral aanwezig in de ventrikelspier. Kalium gaat eruit en calcium komt erin: een soort rechte lijn omdat het elkaar opheft.
Het repolarisatie component, doordat de kaliumefflux de calciuminflux overschrijdt. De calciumionen worden teruggepompt het SR in. Ook wordt door de Calcium-natrium exchanger het calcium de cel uit en natrium de cel in gedaan.
Het membraan herstelt zich. Nu wil je natrium eruit en Kalium erin: dit proces kost energie in de vorm van ATP. Dit gebeurt als je in rust zit, dus einde fase 4. In deze fase kunnen cellen worden beïnvloed door andere cellen, leidend tot een fase 0: actiepotentiaal. Dit is de rustfase met een membraanpotentiaal van -90mV.
De Na+-stroom is de grootste stroom in de hartspier. Er zijn veel natriumkanalen in de ventriculaire en atriale spieren en Purkinjevezels, maar niet in de SA en AV-knoop. Het is een voltage-gated kanaal met a en b subunits. Subunit a heeft fosforylisatieplekken: hij kan door het cAMP-afhankelijke proteïne kinase gestimuleerd kan worden.
Bij de rustpotentiaal zijn de natriumkanalen dicht, ze gaan open en zorgen voor een grote instroom als er depolarisatie plaatsvindt. Als dit positief wordt worden de kanalen weer inactief.
De Ca2+stroom komt voor in alle hartcellen. In de SA-knoop zorgt de ICa voor de pacemakeractiviteit. In zowel de SA- als de AV-knoop is de inwaartse Ca-stroom verantwoordelijk voor de fase 0. Hier zijn de upstrokes (fases 0) langzamer dan in ventrikel en atriumcellen, aangezien er geen Ina aanwezig is. Deze traagheid zorgt voor een elektrische vertraging/delay tussen de atriale en ventriculaire contractie waardoor er meer bloed in de ventrikels kan stromen.
In hartcellen duurt de potentiaal langer dan in spiercellen aangezien de K+-stroom die depolariseert, erg langzaam op gang komt.
De Ifunny, ofwel de pacemaker-stroom vind je in SA-, AV-knopen en in Purkinje vezels. Zowel K+ en Na+ worden erdoor doorgegeven. De potentiaal van If is zo’n -20, aangezien K+ -90 en Na+ + 50 mV heeft. Deze kanaaltjes worden geactiveerd door de hyperpolarisatie aan het einde van fase 3.
Het hart heeft drie pacemakerweefsels: de SA- en AV-knoop en de Purkinjevezels. Pacemaker activiteit betekent het spontane, tijd-afhankelijke depolariseren van het celmembraan dat tot een actiepotentiaal leidt. De snelste pacemaker beïnvloedt en stuurt de langzame pacemakers.
De SA-knoop ligt op het rechter atrium en is de snelste pacemaker (60 bpm). De werking hangt af van de stroom van Ca, K en F. De som van de uitgaande K en inkomende Ca en F zorgen voor een langzame pacemaker depolarisatie.
De AV-knoop ligt net boven de AV-ring. De werking hangt af van de stroom van K, Ca en F. Hij lijkt erg op de SA-knoop. De snelheid van de AV-knoop is langzamer (40 BPM): het heeft dus niet de leiding, maar zou het hartritme over kunnen nemen als de SA-knoop faalt.
De bundel van his splitst in een linker- en rechtertak: de linker tak splitst ook nog in de linker anteriorsuperior faciale en de linker posteriorinferior faciale. Purkinjevezels zijn de langzaamste pacemakers, dit is dus de tertiaire pacemaker. Toch geven ze de actiepotentiaal het snelste door. Het actiepotentiaal hangt af van 4 instromen: Ca, K, F en Na.
Atriale en ventriculaire myocyten kunnen ook actiepotentialen beginnen, maar hebben geen pacemakeractiviteit.
In de atriale spier is geen spontane actie. De actiepotentiaal wordt voortgeleid door de stroom van Na, K en Ca. De atriale spier heeft 4 geleidende bundels. Een, de Bachman’s bundel, zit in het atrium en geleidt de potentiaal van de SA-knoop naar het linker atrium. De 3 anderen geleiden van de SA- naar de AV-knoop. Als het pad geblokkeerd is, vindt er geen ventrikelpotentiaal plaats.
Na de AV-knoop gaat de potentiaal via de His-Purkinje-bundels naar de ventriculaire spier. Het is afhankelijk van de stromen Na, K en Ca. Er is geen If of pacemakeractiviteit. De snelle upstroke komt door Na. De Ca-stroom is belangrijk omdat het zorgt voor de instroom van Ca, die het vrijlaten van Ca door het Sarcoplasmatisch reticulum activeert.
Wanneer een ventriculaire spiercel geactiveerd is, kan het niet opnieuw gedepolariseerd worden. Deze effectieve weerbaarheidsperiode komt door de inwaartse stromen van Na en Ca, die zorgen voor de activatie maar vervolgens geïnactiveerd zijn door de depolarisatie. De effectieve weerbaarheidsperiode is hetzelfde als de absolute weerbaarheidsperiode in skeletcellen. Tijdens deze periode heeft een elektrische stimulus geen effect. Als bij de repolarisatie Ca en Na weer gaan herstellen van inactivatie, begint de relatieve weerbaarheidsperiode. Tijdens deze periode kan een elektrische stimulus een actiepotentiaal veroorzaken (kleiner dan normaal).
Acetylcholine en catecholamines moduleren de pacemaker activiteit en geleidingssnelheid.
De SA-knoop kan vertragen via 3 mechanismen:
De steilheid van de depolarisatiefase bij fase 4 vermindert: het duurt langer om de drempelwaarde te bereiken. Diastole duurt langer.
De maximale diastolische potentiaal wordt meer negatief. Als je op een lager niveau begint duurt het langer om de drempelwaarde te bereiken.
De drempelwaarde voor een actiepotentiaal ligt hoger.
Acetylcholine: de parasympatische nervus vagus laat acetylcholine los in de SA- en AV-knoop en gebruikt alle 3 de mechanismes om de hartslag te verlangzamen:
Vermindert de If: de steilheid van fase 4 wordt minder.
Opent kanalen waardoor K+ toeneemt en de maximale diastolische potentiaal van SA-knoopcellen afneemt.
Vermindert de hoeveelheid Ca in de SA-knoop waardoor de steilheid afneemt en de drempelwaarde hoger wordt.
Catecholamines: de sympatische innervatie zorgt voor een verhoogde hartslag via 2 wegen:
Catecholamines zorgen voor een grotere If, waardoor de steilheid van depolarisatiefase van fase 4 omhoog gaat.
Catecholamines verhogen de hoeveelheid Ca in alle myocardcellen, dus ook in de SA en AV-knoop: hierdoor verhoogt de steilheid en verlaagt de drempelwaarde. Ook zorgt het in de atriale en ventriculaire spieren voor een betere contractie: positieve inotropische effect.
De vloeistof in cellen wordt intracellulaire vloeistof (ICF) genoemd en de vloeistof om de cellen heen wordt extracellulaire vloeistof genoemd (ECF). ECF bestaat uit bloedplasma, interstitiële vloeistof en trans cellulaire vloeistof. Een membraan is noodzakelijk om het verschil tussen deze vloeistoffen in stand te houden. Intracellulaire vloeistof bevat veel kalium en weinig natrium en chloor, terwijl extracellulaire vloeistof juist veel natrium en chloor bevat en weinig kalium.
Het bloedvolume wordt bepaald door het plasmavolume (~3L) en de erythrocyten, leukocyten en bloedplaatjes (~2,5L) welke gezamenlijk ook wel hematocriet genoemd worden.
Osmolaliteit is de concentratie van alle opgeloste deeltjes in een vloeistof.
Een substantie kan passief van het ene compartiment naar het andere diffunderen als er genoeg drijvende kracht is en de membraan permeabel is voor deze substantie. Deze kracht kan chemisch zijn (osmose) of elektrisch. Het wordt daarom de elektrochemische gradiënt genoemd. Unigerichte flux is transport dat één kant uit gaat en net flux is de totale som van transport, dus zowel influx (transport de cel in) als efflux (transport de cel uit). Als er geen netto transport is, is er sprake van een equilibrium. Steady state houdt in dat er wél krachten heersen, maar het transport blijft in evenwicht. Hiervoor wordt vaak gebruik gemaakt van een actieve pomp.
Het verschil in voltage over het membraan wordt de membraanpotentiaal genoemd. Als deze nul is, zal de substantie in evenwicht zijn. De Nernstvergelijking wordt gebruikt om de omstandigheden te beschrijven waarbij een ion in equilibrium is.
Meestal zijn transportsystemen te complex om een eenduidige relatie te leggen tussen de transportsnelheid en de drijvende kracht op een ion. De meest simpele vorm, namelijk diffusie, kan hier wel voor gebruikt worden. De snelheid waarmee ongeladen, hydrofobe moleculen kunnen diffunderen door de bilipidenlaag van het celmembraan, wordt flux genoemd. Flux wordt uitgedrukt in het aantal mol van stof X dat per tijdseenheid een bepaalde oppervlakte doorkruist. Een hogere flux is mogelijk bij een hogere deeltjescoëfficiënt (oplosbaarheid in lipiden), een hogere diffusiecoëfficiënt (vlotte beweging door het membraan) en een kleinere dikte van het membraan (kortere afstand). Deze drie factoren worden gecombineerd in de permeabiliteitscoëfficiënt, omschreven in Fick’s wet.
De meeste ionen kunnen niet zomaar passief diffunderen door de bilipidenlaag van het celmembraan. Hier zijn speciale routes voor nodig. Meestal wordt gebruik gemaakt van geïntegreerde membraanproteïnes. Er bestaan drie soorten:
Poriën die altijd openstaan. Dit zijn rechte, open buisjes.
Kanalen die open en dicht kunnen door middel van barrières/poorten, ook wel ionkanalen genoemd.
Transporteiwitten (carriers), waarbij minstens twee poorten de doorgang blokkeren. Deze staan nooit tegelijk open. Binnen de poorten bevindt zich een compartiment waar bindingsplaatsen voor ionen zitten.
Het aantal deeltjes dat kan diffunderen door het celmembraan is het hoogst bij poriën, daarna bij ionkanalen en het laagste bij transporteiwitten. Echter je hebt ze alle drie nodig.
Ionkanalen bevatten meerdere onderdelen. Allereerst is er de poort die open en dicht kan, waarbij het eiwit een andere conformatie aanneemt. Daarnaast heeft het kanaal vaak één of meerdere sensoren die verschillende signalen kunnen verwerken. Deze signalen bepalen of het kanaal open of dicht moet staan. Een derde component van het kanaal is een selectiviteitsfilter dat bepaalde ionen wel of niet laat passeren. Als laatste bevat dit kanaal ook een doorlopende structuur: een open-kanaal porie.
Transporteiwitten hebben specifieke bindingen voor één of een klein aantal opgeloste stoffen. Ze kunnen zorgen voor vergemakkelijkte diffusie, cotransport of uitwisseling (exchanger). Alle transporteiwitten die geen ATP verbruiken of elektronen nodig hebben, vallen onder dezelfde groep; de Solute Carrier (SLC) superfamily.
De vergemakkelijkte diffusie kan alleen passief plaatsvinden. Daarbij is er een vast aantal transporters beschikbaar en hebben die een beperkte snelheid. Dit betekent dat er een maximum verbonden zit aan de influx, in tegenstelling tot de normale diffusie. Dit maximum is te vergelijken met de verzadiging van enzymen. Hier is de Michaelis-Menten formule op toe te passen.
Actief transport is het verplaatsen van een substantie tegen de elektrochemische gradiënt in. Bij primair actief transport wordt een energetische reactie gebruikt (meestal ATP-hydrolyse). Bij secundair actief transport wordt de energiewinst van een passief proces gebruikt om een actief proces mogelijk te maken. Typisch primair actief transport is een pomp. Meestal worden deze door ATP-hydrolyse gedreven en worden daarom ATP-asen genoemd. Als er meer positieve lading de cel uit wordt verplaatst, wordt dit een elektrogenetisch proces genoemd. Als de lading die naar binnen en buiten gaat gelijk aan elkaar is, wordt dit een gelijkende pomp genoemd.
In de mitochondria kan ATP gemaakt worden uit NADH en FADH2. Hierbij wordt H+ afgesplitst van NADH of FADH2, welke vervolgens door een H+-transporterende ATPase (ATP synthase) de cel in getransporteerd worden. Hierbij wordt 2,5 ATP gemaakt per NADH en 1,5 ATP per FADH2. Deze pomp wordt de F-type pomp genoemd.
Secundair actief transport kan plaatsvinden met behulp van cotransporters of antiporters (exchangers). Cotransporters transporteren meerdere ionen dezelfde richting op, terwijl bij antiporters het transport in verschillende richtingen verloopt. Dankzij de elektrochemische gradiënt van het ene ion, kan het andere ion als het ware meeliften.
De natrium-kalium pomp is belangrijk voor het in stand houden van de elektrochemische gradiënt. In de eerste plaats doordat het 3 Na+ de cel uit transporteert, en slecht 2 K+ de cel in. Hierdoor komt er meer kalium in de cel dan buiten de cel, waardoor kalium door de kaliumporiën weer de cel uit gaat, wat een grote bijdrage heeft aan de negatieve lading in de cel.
Watertransport is altijd passief en vindt plaats door middel van osmose. De osmolaliteit, de concentratie van opgeloste stoffen, bepaalt of en hoeveel water er getransporteerd wordt. Het verschil in osmolaliteit tussen de binnenkant en de buitenkant van de cel wordt osmotisch drukverschil genoemd. Met behulp van actief transport wordt dit verschil zo constant mogelijk gehouden, omdat zwelling of krimping van de cel schadelijk kan zijn voor het functioneren. Bij krimping (hyperosmolariteit in de cel) wordt een proces ingeschakeld dat regulatoire volume verhoging (RVI) heet. Hierbij zijn onder andere de Na-H exchanger en de Na/K/Cl cotransporter betrokken. Bij zwelling (hypo-osmolariteit in de cel) wordt een proces ingeschakeld dat regulatoire volume verlaging (RVD) heet. Hierbij wordt vaak gebruik gemaakt van de K/Cl cotransporter en de kalium en chloride kanalen. Naast deze aanpassing op de korte termijn, kan er ook chronische aanpassing plaatsvinden door middel van accumulatie van osmolyten (organische oplosmiddelen).
Een isotone oplossing heeft dezelfde effectieve osmolaliteit als de referentievloeistof; een hypertone oplossing heeft een hogere effectieve osmolaliteit als de referentievloeistof; en een hypotone oplossing heeft een lagere effectieve osmolaliteit als de referentievloeistof. Effectieve osmolaliteit wordt ook wel toniciteit genoemd.
De hoeveelheid water in het lichaam heeft voornamelijk invloed op de osmolatiliteit, terwijl de ECF vooral beïnvloed wordt door de natrium concentratie.
Epitheel scheidt het milieu exterieur (ECF) af van de buitenwereld. Epitheel bestaat uit een ononderbroken laag cellen die aan elkaar verbonden zijn. Deze verbindingen zijn selectief permeabel, waardoor stoffen uitgewisseld kunnen worden. De apicale membraan wordt ook wel borstelgrens, mucosale membraan of luminale membraan genoemd, terwijl de basolaterale membraan ook wel serosale of peritubulaire membraan wordt genoemd.
Als een substantie via de basolaterale en apicale membraan getransporteerd wordt, heet dit transcellulair transport. Paracellulair transport is transport door tight junctions en laterale intercellulaire ruimtes.
De Na-K pomp bevindt zich aan de basolaterale zijde van de cel (behalve bij de choroid plexus) en ook de K kanalen zijn hier te vinden.
Over de meeste plasmamembranen staat een membraanpotentiaal. Hiervan wordt gebruik gemaakt bij actiepotentialen. De lading over de membraan wordt uitgedrukt in Coulomb (C). De aantrekkingskracht tussen twee ionen (F) is irreversibel met de dielektrische constante.
Het elektrische veld (E) is het elektrisch potentiaalverschil over de membraan gedeeld door de afstand over de membraan.
De membraanpotentiaal in evenwicht, zonder dat er netto transport plaatsvindt over de membraan, wordt de rustpotentiaal genoemd.
Elektrogene transporters zijn iontransporters die ervoor zorgen dat er een membraanpotentiaal ontstaat. Ze verbruiken energie in de vorm van ATP om de membraanpotentiaal in stand te houden (vaak tegen de concentratiegradiënt in). Daarbij kunnen cellen ook secundaire actieve transporters hebben, die ook elektrogeen zijn. Onderzoek heeft uitgewezen dat de primaire energiebron van het membraanpotentiaal niet het pompen van ionen is, maar potentiele energie, opgeslagen in de concentratiegradiënt.
Er zijn veel modellen gemaakt om de membraanpotentiaal en de concentratiegradiënt te bekijken van verschillende ionen. Hieruit is de Nernstvergelijking voortgekomen. Deze vergelijking kan voorspellen wat de membraanpotentiaal zal zijn, als de concentraties van een ion bekend zijn. De membraanpotentiaal wordt ook bepaald door de relatieve permeabiliteit van het celmembraan ten opzichte van de verschillende ionen. Toen ionkanalen nog niet ontdekt waren, was er ook een manier om het membraanpotentiaal te voorspellen. Gedacht werd dat dit ging via elektrodiffusie. Hiermee kon het redelijk nauwkeurig bepaald worden.
Volgens de wet van Ohm is de ion current proportioneel met de elektrochemische drijvende kracht.
De capacitatieve current (Ic) is proportioneel met de snelheid van voltage veranderingen over de membraan.
Een voltage clamp is een methode om de totale membraan current (Im) over een celmembraan te bepalen.
Met een patch-clamp kan de membraanpotentiaal over één enkel ion-kanaal worden bepaald. Hierbij moet rekening gehouden worden met het feit dat deze kanalen zowel open als gesloten kunnen zijn.
Ionkanalen kunnen worden ingedeeld op basis van elektrofysiologische, farmacologische en fysiologische liganden, op basis van hun intracellulaire messengers en sequentie homologie.
Veel kanalen worden gevormd door een radiale symmetrische verdeling van subunits of domeinen om een centrale porie.
Gap junctions zijn kanalen die gemaakt zijn van twee connexonen, welke bestaan uit zes identieke subunits die connexinen worden genoemd. Als deze dimeren bestaan uit twee dezelfde hexameren is dit een homotypisch kanaal. Terwijl een dimeer met twee verschillende hexameren een heterotypisch kanaal wordt genoemd.
Nicotine acetylcholine receptorkanalen zijn alfa-2-beta-gamma-delta pentameren die gemaakt zijn van vier homologe subunits.
Met behulp van een dendrogram kan de relatie tussen ionkanalen worden weergegeven. Orthologe genen geven aan dat twee genen in verschillende organismen mogelijk dezelfde functie hebben.
Hydrofobe domeinen van kanaaleiwitten zitten vaak in de membraan.
Er zijn veel verschillende soorten kanalen waarvan de volgende de meest voorkomende zijn:
Connexines
Kalium kanalen
HCN, CNG en TRP kanalen
Voltage-gated natrium kanalen
Voltage-gated calcium kanalen
Ligand-gated kanalen
Er zijn drie verschillende soorten spierweefsel: glad spierweefsel, skeletspierweefsel en hartspierweefsel. Deze drie soorten zijn fundamenteel verschillend van elkaar. Spieren kunnen gestimuleerd worden door chemische neurotransmitters, een paracriene factor of door elektrische stimulatie.
Een myovezel is de kleinste contractiele unit van een skeletspier, en heeft meerdere nuclei. Hieromheen zit een beschermende laag, het endomysium. Een bundel van parallel gelegen myovezels vormt een fascicle. Een fascicle is ook omgeven door een beschermende laag, het perimysium. Veel fasciclebundels samen vormen een spier. Om de spier zit ook weer een laagje, het epimysium. Onder elk endomysium zit het plasmamembraan van de spiercel: het sarcolemma. Iedere spiercel heeft een laagje van dicht op elkaar gelegen cilindrische elementen, genaamd myofibrillen. Myofibrillen bestaan uit sarcomeren, die uit verschillende (myo)filamenten bestaan.
Excitatie-contractie koppeling is het proces waarbij elektrische prikkeling van het membraan zorgt voor een toename van de calciumconcentratie in de cel. Actiepotentialen die aan de membraanoppervlakte van skeletspiercellen ontstaan komen via speciale openingen in de cel terecht. Dit zijn een soort tubes en heten transverse of t-tubuli. T-tubuli zitten om elke myofibril, bij de overgang van A- naar I-band. T-tubuli maken contact met twee cisternae (holtes), speciale regio’s van het sarcoplasmatisch reticulum (SR).
Als er een actiepotentiaal binnenkomt in de t-tubuli wordt de triade (de combinatie van een t-tubulus en 2 cisternae) gedepolariseerd waardoor de L-type-calciumkanalen open gaan staan. Deze hebben een a-, b- en c-unit. Dan gebeuren er 2 dingen: calcium kan de cel in, en door de subunits gaat het calciumkanaal in het SR open staan. Dit kanaal heet ook wel de ryanodine-receptor omdat het geïnhibeerd kan worden door ryanodine. Nu komt calcium vanuit het SR de cel in. Dit gaat binden aan troponine-C waardoor dit van vorm verandert. De bindingsplaats komt nu vrij en er kunnen crossbridges tussen myofilamenten worden gemaakt.
Er zijn dikke en dunne filamenten: actine (dun) en myosine (dik). Een sarcomeer is het gebied tussen twee Z-lijnen. In een dwarsdoorsnede is zichtbaar dat elk myosine is omgeven door zes actinefilamenten. De koppen van myosine zitten in hoeken van 60 graden, zodat ze goed georiënteerd zijn.
De actinefilamenten zitten aan elkaar vast bij de Z-lijn. In de lichte banden van een sarcomeer zit alleen actine, en overlapt het niet met myosine. Actine bestaat uit twee rond elkaar gedraaide kralensnoeren, bestaande uit veel globulaire actine-eiwitten. Hier zitten myosine bindingsites op. Ook zit er een tropomyosine-eiwit, dat van belang is voor de regulatie van de interactie tussen actine en myosine. Hierop zit het troponinecomplex. Dit bestaat uit drie substructuren: TnT (bindt aan tropomyosine), TnC (kan aan calcium hechten) en TnI (bindt aan actine).
De myosinefilamenten vormen de A-band. Myosinefilamenten hebben drie subregio’s. Een myosinefilament bestaat uit honderden myosine-eiwitten die bij de staarten aan elkaar vastzitten. Ook bevat het een scharnier, waarmee het kan buigen, en twee koppen. Eén van de koppen is voor de binding met actine, de ander voor de binding met ATP.
Contractie is een cyclus waarbij myosinekoppen aan actine binden, deze crossbridges buigen en vervolgens het actine los laten. Energie komt van ATP-hydrolyse. De myosinekop heeft deze energie nodig om de actine los te laten. Als er geen ATP is blijft dit dus vastzitten en treedt stijfheid op. De crossbridge-cyclus verloopt in vijf stappen:
ATP bindt aan de myosinekop waardoor deze loslaat van actine (relaxatie).
ATP hydrolyseert in ADP en P maar deze blijven aan myosine vastzitten. De myosinekop klapt om en draait een beetje, zodat hij opnieuw kan binden (2 bindingsplaatsen verder).
Crossbridges worden gevormd doordat myosine aan actine bindt.
De P laat los van myosine waardoor de myosinekop buigt en het actinefilament richting de myosinestaart trekt. Hierdoor wordt kracht en beweging gegenereerd.
ADP laat los en het actine-myosinecomplex blijft in deze vorm tot er weer een nieuw ATP-molecuul bindt.
Als er geen calcium meer beschikbaar is in de cel wordt de cyclus stopgezet.
Als er te weinig ATP aanwezig is in de cel moet de cel zelf ATP vormen uit ADP. Dit wordt geregeld door fosfocreatine. Het enzym creatinekinase transformeert fosfaat van fosfocreatine naar ADP waardoor weer ATP wordt gemaakt. Titine is een heel lang eiwit en zit op het dunne deel in het sarcomeer. Het zorgt ervoor dat de spier alsmaar stijver wordt wanneer je hem verder uitrekt.
Om de contractie te stoppen moet calcium de cel uit. Dit gebeurt door twee mechanismes.
Na-Ca exchanger
Ca2+-pomp.
Er zijn twee verschillende soorten contractie:
Isometrisch: de aanhechtingspunten zijn immobiel, de lengte verandert niet, maar de tensie/spanning wel. Deze kracht hangt af van de beginlengte van de spier.
Isotonisch: één van de aanhechtingsplaatsen is mobiel.
De tensie voor de contractie heet de passieve tensie. De tensie na contractie, als de spier een kleinere lengte of grotere tensie heeft, heet actieve tensie. Dit hangt ook af van de spierlengte: als de spier te lang wordt is de maximale actieve tensie klein. Maar als de spier te kort wordt, is er ook geen maximale contractie.
Cardiale myocyten zijn korter, vertakt en van eind naar eind verbonden via geïntercaleerde disks, bestaande uit desmosomen en gap junctions. Hierdoor worden elektrische signalen doorgegeven en functioneert het als syncytium. Contractie komt niet van neuronen maar van een pacemaker, de sinusknoop, ook wel SA-knoop. Door gap junctions worden buurcellen gedepolariseerd. Cardiale myocyten krijgen synaptische input van autonome neuronen, maar dit is meer voor de modulatie, of verandering, van de hartfrequentie, dan de initiatie ervan.
Voor hartcontractie is binnenkomst van calcium door de L-type-calciumkanalen nodig. Bij skeletspiercellen hoeft dit niet per se, bij hartcellen wel. De tubuli zorgen ervoor dat dit kan. Hierdoor gaat het calcium uit het SR.
In hartspiercellen is de SERCA pomp (die calcium het SR in pompt) geïnhibeerd door fosfolambam. Maar als de fosfolambam gefosforyleerd wordt (door middel van het cAMP proteïne kinase) gaat de rem er als het ware af en gaat de pomp juist harder werken. Zo kun je dus sneller calcium het SR in pompen: snellere relaxatie. Dit heet een lusitroop mechanisme, en bevordert dus de relaxatie.
Hoe meer calcium de cel inkomt, hoe groter en sterker de samentrekking is. Norepinephrine kan de hartslag verhogen. Dit hormoon zorgt dat de B-type-receptor cAMP gaat aanmaken, waardoor het eiwit kinase geactiveerd wordt en de L-type-Ca2+kanalen gefosforyleerd worden. Hierdoor komt meer calcium de cel in, wat tot een grotere contractiekracht leidt. De kracht is ook groter bij een grotere vezellengte. De onderliggende mechanismen die de lengteafhankelijkheid verklaren worden beschreven door de Frank-Starling relatie. Het gaat hierbij over:
Overlap tussen actine en myosine
Reduced lattice spacing: als er kracht wordt gezet op een sarcomeer dan wordt het langer en dunner. Dan komen actine en myosine dichterbij elkaar, dit is gunstig voor het vormen van crossbridges.
Altered myosin head orientation: de hoek van de kop wordt anders als er kracht op wordt gezet.
Calciumgevoeligheid: de hoeveelheid beschikbare calcium is van invloed op de contractiekracht. Bij uitrekken kan calcium er makkelijker bij komen.
Fysieke eigenschappen van vezels zijn vooral afhankelijk van het aantal vertakkingen in het circuit. Het meeste bloed volume zit in de aders van de systemische circulatie.
De intravasculaire druk in de systemische circulatie is hoger dan in de pulmonale circulatie. Onder normale omstandigheden is het grootste bloeddrukdaling in de systemische circulatie in de arteriolen, omdat hier de meeste vasculaire weerstand is. De lokale intravasculaire druk is namelijk afhankelijk van de bijdrage van vasculaire weerstand.
Bloedvezels zijn elastische buisjes. Verschillen in compliantie zorgen ervoor dat slagaders functioneren als de weerstand en aders als de condensator.
Laplace’s wet beschrijft hoe druk in de vezelwand de transmurale druk verhoogt. De vaatwand is aangepast om wandspanning tegen te gaan, maar kan dit niet met transmurale druk.
Elastine en collageen dragen beiden bij aan de wandspanning van vezels. Wanneer men ouder wordt, wordt de rekbaarheid van slagaders minder.
Actieve druk, afkomstig van actieve gladde spieren, draagt bij aan de elastische spanning van vezels. Elastische spanning helpt bij het stabiliseren van vezels onder vasomotorische controle.
De microcirculatie heeft naast het vervoeren van voedingsstoffen ook andere taken. De microcirculatie loopt van de arteriolen tot de venules.
De uitwisseling van O2 en CO2 over capillairen is afhankelijk van de diffusionele eigenschappen van het omliggend weefsel. De O2 extractie ratio van een heel orgaan is primair afhankelijk van bloedstroom en metabole eisen.
Zoals is beschreven in de wet van Fick is de diffusie van een kleine, wateroplosbare stof over een capillairwand afhankelijk van de permeabiliteit en de concentratiegradiënt.
De hele orgaan extractie ratio voor kleine, hydrofiele stoffen is een schatting voor de doorlaatbaarheid van de capillairen voor deze stoffen. Kleine polaire moleculen hebben een relatief lage permeabiliteit doordat ze de capillairwand alleen kunnen passeren door diffusie door met water gevulde poriën. De uitwisseling van macromoleculen over capillairen vindt plaats door middel van transcytose.
Vloeistoftransport over capillairen is convectief en afhankelijk van netto hydrostatische en osmotische krachten.
De capillaire bloeddruk gaat van ongeveer 35 mm Hg aan de arteriële zijde naar ongeveer 15 mm Hg aan de veneuze zijde. Interstitiële vloeistof druk is een klein beetje negatief, met uitzondering van de ingekapselde organen. De capillaire colloïdeuze osmotische druk reflecteert de aanwezigheid van plasma eiwitten en is ongeveer 25 mm Hg. Interstitiële vloeistof colloïdeuze osmotische druk varieert tussen 0 en 10 mm Hg en is afhankelijk van het orgaan.
Op basis van het Starling principe is het te verwachten dat er ultrafiltratie plaatsvindt aan de arteriolaire zijde en absorptie aan de veneuze zijde van de meeste capillairbedden. Voor continue capillairen is de endotheelbarrière voor vloeistofuitwisseling complexer dan het Starling principe.
Lymfevaten brengen het overschot aan interstitiële vloeistof terug naar het bloed. De circulatie van extracellulaire vloeistoffen bevat drie convectieve ‘loops’: bloed, interstitiële vloeistof en lymfe.
De actieve contractie van een vasculaire gladde spier reguleert de precapillaire weerstand, dat de capillaire bloedstroom controleert. Weefselmetabolieten reguleren lokale bloedstroom in specifieke vasculaire bedden, onafhankelijk van de systemische circulatie. Het endotheel van capillairbedden is de bron van verschillen vasoactieve componenten, waaronder NO, EDHF en endotheline.
Autoregulatie stabiliseert bloedstroom ondanks de grote fluctuaties in systemische arteriële druk. Nieuwe bloedvezels delen als reactie op groeifactoren in een proces dat angiogenese wordt genoemd.
De gemiddelde systemische arteriële bloeddruk is de variabele die het cardiovasculaire systeem controleert. Neurale reflexen mediëren de kortdurende regulatie van de gemiddelde arteriële bloeddruk.
Hoge druk baroreceptoren bij de sinus in de hartslagader en de aortaboog zijn stretchreceptoren die veranderingen in arteriële druk waarnemen. Verhoogde arteriële druk laat de vuursnelheid van afferente baroreceptor zenuwen toenemen.
De medulla coördineert afferente baroreceptor signalen. De efferente pathways van de baroreceptor respons bevatten zowel sympathische als parasympatische delen van het autonome zenuwstelsel.
De effectoren die betrokken zijn bij de neurale controle van arteriële druk zijn het hart, de slagaders, de aders en de medulla van de bijnier.
De unieke combinatie van agonisten en receptoren bepaald de eindrespons in hart- en vasculaire effectorcellen.
Het medullaire cardiovasculaire centrum zorgt voor tonische handhaving van de bloeddruk en staat onder controle van hogere hersencentra. Secundaire neurale regulatie van arteriële bloeddruk is afhankelijk van chemoreceptoren.
Mechanismen die zowel intrinsiek als extrinsiek van het hart liggen moduleren de hartslag en het slagvolume.
Lage druk baroreceptoren in de atriums reageren op verhoogde vulling van het vasculaire systeem, door tachycardie te triggeren, door renale vasodilatie en door diurese.
Hartoutput is min of meer proportioneel aan het effectief circulerende bloedvolume.
Verhoging van de hartoutput veroorzaakt daling van de druk in het rechter atrium. Veranderingen in bloedvolume verplaatsen de vasculaire functie curve naar een andere druk in het rechter atrium, terwijl verandering in de arteriolaire spanning de helling van de curve beïnvloeden.
Omdat de vasculaire functie en hartfunctie afhankelijk van elkaar zijn komen de hartoutput en veneuze return samen bij exact één waarde van de druk in het rechter atrium.
Endocriene en paracriene vasoactieve componenten controleren het circulatie systeem op een intermediair op langdurige basis.
Pathways voor de renale controle van het extracellulaire vloeistof volume zijn de primaire langdurige regulatoren van de gemiddelde arteriële druk.
De bloedtoevoer naar verschillende organen moet variëren om te voldoen aan de behoeftes van het specifieke orgaan, maar ook van het hele lichaam. De manier waarop het circulatiesysteem de bloedtoevoer verdeelt moet flexibel zijn om in verschillende omstandigheden de bloedtoevoer naar bepaalde delen van het lichaam te veranderen. Bij inspanning bijvoorbeeld gaat er veel meer bloed naar de skeletspieren, de coronaire arteriën en de huid. Tegelijkertijd gaat er minder bloed naar het verteringsstelsel, maar blijft de toevoer naar de hersenen gelijk. Er zijn vier mechanismen in het lichaam die de bloedtoevoer kunnen beïnvloeden.
Neurale mechanisme: De weerstandsvaatjes van bijna ieder orgaan worden geïnnerveerd door het autonome zenuwstelsel. Dit reguleert de bloeddruk en cardiac output, maar ook de lokale bloedtoevoer naar specifieke weefsels.
Myogene mechanisme: Veel vaten, vooral de musculaire arteriën en arteriolen, reageren op veranderingen in transmurale druk. Een verhoogde druk zorgt voor vasoconstrictie. Deze myogene reactie speelt een belangrijke rol in de autoregulatie van de vaten van de hersenen, hart, skeletspieren en nieren.
Metabole mechanisme: Bloedvaten die de bloedtoevoer reguleren zijn gevoelig voor lokale metabole behoeften van parenchymcellen. Bij een lage pH bijvoorbeeld treedt er vasodilatatie op, net als bij een verhoogde extracellulaire kaliumconcentratie.
Endothele mechanisme: Endotheelcellen scheiden vasoactieve substanties uit, zoals stikstofoxide. Dit zorgt voor relaxatie van de vasculaire gladde spiercellen.
De hersenen ontvangen 15% van de cardiac output en kunnen dan ook zeer slecht tegen ischemie. De cirkel van Willes is van belang voor voldoende toevoer naar de hersenen. De bloed-hersenbarrière voorkomt dat zomaar alle stoffen naar de hersenen getransporteerd worden. Enkel water, O2 en CO2 kunnen hier snel en efficiënt over getransporteerd worden. In de hersenen vindt neuronale controle, metabolische controle en myogenische controle plaats.
De coronaire circulatie ontvangt in rust ongeveer 5% van de totale cardiac output, terwijl het maar 0,5% van het totale lichaamsgewicht is. Normaal gesproken maakt het hart gebruik van oxidatieve fosforylering om genoeg ATP te maken. Bij hypoxie kan het hart nog even pompen door de afbraak van glycogeen, maar als het lang aanhoudt treedt er pijn op, ook wel bekend als angina pectoris. Wanneer er weefsel necrotisch begint te worden spreekt men van een hartinfarct.
De bloedstroom naar de skeletspieren verschilt enorm afhankelijk van de mate van activiteit. Spieren die actief zijn geven metabolieten af die betrokken zijn bij vaatverwijding en daarmee dus een verhoging van de bloedstroom.
Er is ook een circulatie door de maag, dunne darm, dikke darm, pancreas, milt en lever. Dit wordt de inwendige circulatie genoemd.
De circulatie naar de huid wordt vooral beïnvloed door de temperatuur en in mindere mate door metabolieten.
Samenvatting literatuur bij Van basis tot homeostase (Thema 1 + 2: Introductie + Homeostase: controle van vitale parameters) - Geneeskunde UL - 2019-2020Geen voorgeschreven stof
Fysiologie is de studie naar het functioneren van organismes, waarbij ook de organen, cellen en moleculen betrokken zijn. Fysiologie houdt zich bezig met levende organismes, welke vier kenmerken hebben. Fysiologie is ook betrokken bij het bepalen van de functie van een gen. Als een fysiologische parameter beïnvloedt wordt door verschillende genen wordt dit polymorfisme genoemd.
Orgaansystemen moeten samenwerken. Hiervoor is communicatie tussen organen en cellen noodzakelijk. Deze communicatie gaat meestal op moleculair niveau. Alles wordt georganiseerd door het genoom.
Een organisme heeft een milieu exterieur wat in contact staat met de buitenwereld en een milieu interieur dat is afgescheiden van de buitenwereld en waarin de cellen en weefsels zich bevinden. Het milieu interieur wordt ook wel extracellulaire vloeistof genoemd en speelt een belangrijke rol bij het constant houden van vitale parameters.
Levende wezens wisselen stoffen en energie uit met de omgeving. Levende wezens kunnen signalen van buiten ontvangen en daarop reageren. Levende wezens kunnen zich ontwikkelen en voortplanten. Levende wezens kunnen zich aanpassen aan veranderende omstandigheden.
Homeostase is het controleren van vitale parameters. Homeostase wordt voor een groot deel door negatieve terugkoppeling geregeld. Dit bestaat uit vier onderdelen:
de input waarde wordt gemeten;
de input waarde wordt vergeleken met een referentiewaarde, die setpoint wordt genoemd zodat het verschil tussen deze waardes kan worden bepaald;
vervolgens wordt gekeken wat en hoeveel er aan gepast moet worden;
en ten slotte wordt een effector mechanisme geactiveerd dat tegenovergesteld is aan het input signaal zodat de parameter richting het setpoint verschuift.
Soms wordt ook positieve terugkoppeling gebruikt. Een kenmerk van homeostase is dat er meerdere systemen zijn voor één parameter, dit heet redundantie.
Als het in stand houden van homeostase geen energie kost, noemen we het een equilibrium. Als een parameter gereguleerd wordt en zo in de steady state gehouden wordt, kost dit wel energie. Dit wordt non-equilibrium genoemd.
Het belang van het lichaam gaat altijd vóór het belang van een specifiek orgaan, vandaar dat als parameters elkaar tegenwerken, de parameter die het belangrijkst is voor het lichaam altijd voorrang krijgt. De mogelijkheid om te reageren op aanpassingen is afhankelijk van de flexibiliteit, welke onder andere wordt beïnvloed door vroegere omstandigheden waaraan het genoom zich heeft aangepast.
Samenvatting literatuur bij Van basis tot homeostase (Thema 3 + 4 + 5: Basis, fysiologische concepten + Einthoven Science Project + Het cardiovasculaire systeem) - Geneeskunde UL - 2019-2020Zuur-base fysiologie is eigenlijk de studie van het proton (H+): een zuur kan een proton afstaan, een base (of alkali) kan een proton opnemen. Ondanks dat protonen slechts in kleine hoeveelheden voorkomen, spelen ze een belangrijke rol in het lichaam. De pH is een manier om de concentratie van protonen aan te geven, je berekent deze met –log10[H+]. Hierdoor geeft een verandering van een tienvoud in de [H+] een verandering van 1 in de pH. Kleine pH veranderingen kunnen grote gevolgen hebben, het is dus van belang de pH goed te controleren.
Een buffer is een substantie die zowel protonen kan opnemen als afstaan. Buffers voorkomen geen pH-schommelingen, maar minimaliseren deze wel. Een buffer geef je aan als HB(n+1)/B(n), waarbij HB een zwak zuur is en B de geconjugeerde zwakke base. De totale bufferconcentratie [TB] is de som van [HB] en [B]. Elke buffer heeft een dissociatie constante, K. Deze bereken je met ([B]*[H])/[HB]. Als je aan een buffer een sterk zuur toevoegt, zal elke H+ die gebufferd wordt een B kosten en zo een HB vormen. De protonen die niet gebufferd worden, zorgen voor een verandering van de pH. Het omgekeerde doet zich voor als er een sterke base wordt toegevoegd, OH- wordt gebufferd door Hb, de OH- die niet gebufferd wordt, zorgt voor een verandering in pH. De kracht van een buffer wordt aangegeven met β. Dit zegt hoeveel mol sterke base aan een oplossing van 1 liter moet worden toegevoegd om de pH met 1 te doen stijgen. β=Δ(sterkte base)(mol/liter)/ΔpH=-Δ(sterk zuur)(mol/liter)/ΔpH. Zonder de CO2-HCO3- buffer is de β van het bloed 25 mM/pH. Dit wordt ook wel de non-HCO3- bufferkracht genoemd.
De CO2-HCO3- buffer is de belangrijkste buffer van het bloed. Dit komt doordat de longen de CO2-concentratie in het bloed kunnen regelen. Met de wet van Henry is te berekenen wat de concentratie opgeloste CO2 is, dit is [CO2]dis=s*PCO2. Hierbij is s de oplosbaarheids-coëfficiënt. S in bloedplasma is -0,03mM/mm Hg, PCO2 is 40mmHg, dus [CO2]dis=1,2 mM arterieel bloed. CO2 is zelf geen zuur of base, maar via de CO2 hydratatie reactie reageert het langzaam met H2O tot H2CO3. Het enzym carbonanhydrase zet dit vervolgens om in H+ en CO3-. Hierdoor daalt de pH, ondanks dat er ook een zwakke base gevormd wordt. De tweede reactie gaat erg snel. De dissociatie constante van deze buffer is ([H+]/[HCO3-])/[CO2]. Dit kan je omzetten naar pH=pK + log[HCO3-]/[CO2]. Door hier de wet van Henry op toe te passen
Samenvatting literatuur bij Van basis tot homeostase (Thema 6 + 7: Organisatie van zorg in zorgpaden + Het ademhalingssysteem) - Geneeskunde UL - 2019-2020Geen voorgeschreven literatuur uit de kernboeken
Aan het begin van de vierde week ziet de intra-embryonale coeloomholte eruit als een hoefijzer. De bocht aan de craniale kant van het embryo wordt de toekomstige pericardholte, en de twee poten worden later de pleurale holte en de peritoneale holte. De distale delen van deze poten staan in verbinding met de extra-embryonale coeloomholte aan de laterale kant van de embryonale schijf. Tijdens de horizontale kromming van het embryo komen de twee poten ventraal samen en vormen dan één grote, peritoneale holte. Aan het einde van de vierde week is de intra-embryonale coeloomholte verdeeld in 3 holtes: de pericardiale holte, twee pericardioperitoneale kanalen en een peritoneale holte. Deze holtes hebben een pariëtale wand, bekleed met een laagje mesotheel afkomstig van somatisch mesoderm en een viscerale wand die bedekt is met mesotheel afkomstig van splanchnisch mesoderm. Tijdens de 10e week verdwijnt de verbinding van de peritoneale holte met de chorionholte wanneer de ingewanden gevormd worden. Tijdens de craniale kromming van het embryo verplaatsen het hart en de pericardholte ventraal, anterior ten opzichte van de voordarm. Als gevolg hiervan komt de pericardholte in verbinding met de pericardioperitoneale kanalen, die dorsaal richting de voordarm lopen. Na de kromming van het embryo lopen de caudale delen van de voor-, midden- en achterdarm door de dorsale abdominale wand, via het dorsale mesenterium, in de peritoneale holte.
Een mesenterium verbindt het orgaan met de wand van het lichaam en bevat de vaten en zenuwen ernaar toe. De dorsale en ventrale mesenteria delen de peritoneale holte in een linker- en rechterhelft. De ventrale mesenterium verdwijnt later gedeeltelijk, waardoor de peritoneale holte een doorlopende ruimte wordt. De bloedvaten die de primordiale darm van bloed voorzien, gaan door de lagen van de dorsale mesenterium. De pericardioperitoneale kanalen liggen lateraal ten opzichte van het proximale deel van de voordarm (toekomstige oesophagus) en dorsaal ten opzichte van het septum transversum. Tussenschotten worden gevormd in ieder pericardioperitoneale kanaal dat de pericardruimte scheidt van de pleurale ruimtes, en de pleurale ruimtes van de peritoneale holte.
Door de groei van de bronchiale knoppen ontstaan er nokken in de laterale wand van elk kanaal:
De craniale nokken (pleuropericardiale vouwing) zitten superior t.o.v. de longen.
De caudale nokken (pleuroperitoneale vouwing) zitten inferior t.o.v. de longen.
De pleuropericardiale plooien groeien
Samenvattingen Van Basis tot Homeostase - UL
In deze bundel zijn samenvattingen samengevoegd voor het vak Van Basis tot Homeostase voor de opleiding Geneeskunde, jaar 1 aan de Universiteit van Leiden.
JoHo can really use your help! Check out the various student jobs here that match your studies, improve your competencies, strengthen your CV and contribute to a more tolerant world
There are several ways to navigate the large amount of summaries, study notes en practice exams on JoHo WorldSupporter.
Do you want to share your summaries with JoHo WorldSupporter and its visitors?
Field of study
Op zoek naar een uitdagende job die past bij je studie? Word studentmanager bij JoHo !
Werkzaamheden: o.a.
Interesse? Reageer of informeer
Je vertrek voorbereiden of je verzekering afsluiten bij studie, stage of onderzoek in het buitenland
Study or work abroad? check your insurance options with The JoHo Foundation
Add new contribution