Study notes bij Circulatie 1 - UU (2014-2015)

Week 1

Voorcollege hart anatomie

Anatomie

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

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

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

• Pericardium fibrosum: de buitenste laag. De pericardium fibrosum is aan de onderkant gehecht aan het diafragma. Het pericardium fibrosum bestaat uit bindweefsel.

• Pericardium serosum: het binnenste vlies bestaande uit een lamina parietalis en een lamina visceralis (epicard). De lamina parietalis ligt aan de binnenkant tegen de pericardium fibrosum aan. De lamina visceralis ligt tegen het hartweefsel zelf aan. Het pericardium serosum heeft een glad oppervlak en produceert vocht. Hierdoor ontstaat er een glijvlak tussen de lamina parietalis en de lamina visceralis. Wanneer er een ontsteking van het hartzakje is, kan er te veel vocht geproduceerd worden, waardoor het hart in verdrukking komt. Hierdoor kan het zijn functie, het rondpompen van bloed, niet meer goed uitoefenen.

• Cavitas pericardiaca: ook wel pericardholte genoemd. Deze holte ligt tussen de lamina parietalis en lamina visceralis en is gevuld met vocht. In de cavitas pericardiaca kunnen twee delen worden onderscheiden: de sinus transversus pericardii en de sinus obliquus pericardii. De sinus obliquus pericardii ligt rondom de ventrikels. De sinus transversus pericardii ligt tussen de arteriële pool en de veneuze pool van het hart.

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

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

• Atrium met hartoor (auricula). Vooral het rechter atrium is met hartoor is goed te zien.

• Ventrikel. In het vooraanzicht is voornamelijk het rechter ventrikel zichtbaar.

• Sulcus coronarius. Deze groeve is loopt dwars rondom het hart.

• Sulcus interventricularis anterior. Deze groeve is gelegen tussen linker- en rechterventrikel aan de voorzijde van het hart en loopt als de sulcus interventricularis posterior ook door op de achterkant van het hart.

• Apex cordis. Dit is de hartpunt, aan de onderkant van het hart.

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

• Sulcus interventricularis posterior. Deze groeve is gelegen tussen het linker- en het rechterventrikel aan de achterzijde van het hart.

• Basis cordis. Dit is de hartbasis, aan de bovenkant van het hart. Hier zijn de grote bloedvaten te vinden.

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

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

Nu begint de longcirculatie. Het bloed stroomt via het rechteratrium naar het rechterventrikel. Door contractie van het hart wordt het bloed vanuit het rechterventrikel in de truncus pulmonalis gepompt. Via deze slagader gaat het bloed naar de longen, waar uitwisseling van stoffen plaatsvindt. Vanaf de longen stroomt het nu zuurstofrijke bloed via de vv. pulmonalis terug naar het linkeratrium.

Wanneer men in het rechteratrium kijkt ziet men een deel met een gladde wand en een ruwe wand. Het deel waar de vena cava superior en de vena cava inferior in het atrium aankomen, heeft een gladde wandstructuur.

Het voorste deel van het rechteratrium is bekleed met evenwijdig lopende spierbalkjes (mm. pectinati), waardoor dit deel van het rechter atrium een ruwe structuur heeft. De grens tussen de twee structuren wordt gevormd door de crista terminalis, een goed ontwikkelde spierrichel.

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

In de scheidingswand tussen de linker- en rechteratrium kun je de fossa ovalis zien. Dit is een depressie, waar zich tijdens de embryonale ontwikkeling een opening tussen het rechter en het linker ventrikel bevond (foramen ovale). Omdat de longen van een embryo nog niet functioneren, hebben zij nog niks aan de longcirculatie. Via het foramen ovale kon bloed vanuit het rechterventrikel direct naar het rechterventrikel stromen.

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

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

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

Het hart heeft twee soorten kleppen:

• Atrioventriculaire kleppen (AV-kleppen). Deze kleppen zitten in het hart tussen de atria en ventrikels.

  • De rechter atrioventriculaire klep bestaat uit drie delen ofwel drie cuspes: cuspis anterior, cuspis posterior en cuspis septalis.

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

  • De linker atrioventriculaire klep bestaat uit twee delen ofwel twee cuspes en heet daardoor ook wel valva bicuspidalis of mitralisklep. De cuspes heten cuspis anterior en cuspis posterior. Via de chordea tendineae zitten de cuspes vast aan de m. papillaris anterior en aan de m. papillaris posterior. De linker AV-klep zit tussen linkeratrium en –ventrikel.

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

  • De valva aortae bestaat uit drie delen, genaamd de vavula posterior, valvula dextra en valvula sinistra. In de bloedvatwand tegenover de kleppen bevinden zich gaatjes. De coronaire arteria ontspringen daar. De valva aortae is de klep die aan het begin van de aorta zit.

  • De valva trunci pulmonalis bestaat ook uit drie delen: valvula anterior, valvula dextra en valvula sinistra. In de bloedvatwand tegenover de kleppen bevinden zich, in tegenstelling tot de aortakleppen, geen gaatjes. De valva trunci pulmonalis zit aan het begin van de truncus pulmonalis.

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

• septum interatriale. Dit is het deel van het septum tussen het linker- en het rechteratrium.

• septum atrioventriculare. Dit is het deel van het septum tussen het rechteratrium en het linkerventrikel.

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

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

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

Voorcollege hart histologie

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

Het hartzakje ligt om het hartspierweefsel heen en bestaat uit een visceraal, pariëtaal en fibreus deel.

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

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

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

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

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

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

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

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

Bloedsomloop en het hart

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

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

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

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

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

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

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

Hartfrequentie betekent het aantal slagen per minuut. Slagvolume staat voor de hoeveelheid bloed die per hartslag uit wordt gepompt uit één ventrikel.

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

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

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

De hartslag wordt gereguleerd door baroreceptoren en het autonome zenuwstelsel. De pacemaker van het hart, laat het hart kloppen op ongeveer 110 slagen per minuut, maar wordt constant geremd door het parasympathische zenuwstelsel, zodat de hartslag rond de 60 slagen per minuut ligt in rust.

Druk-volume lus

In afbeelding 1 is een druk-volume lus te zien. De druk volume lus lees je altijd af tegen de klok in. In de druk-volume lus wordt de systole weergeven met de rode en oranje lijn (loopt van C naar D naar E naar F). In de periode C naar D contraheert het hart. De druk in de ventrikels loopt op. Op dit moment zijn alle kleppen gesloten, dus het volume blijft gelijk. Op het punt D is de druk in het ventrikel hoger dan in aorta, waardoor de aortaklep opent. In de periode D naar E is het hart nog steeds in contractie, De druk loopt nog steeds op, maar doordat de aorta klep geopend is, stroomt het bloed in de aorta en neemt het volume af, Van E naar F stroomt er nog steeds bloed naar de aorta, maar begint het hart met relaxeren, waardoor de druk afneemt. Op het punt F is de druk in de aorta weer hoger dan in het ventrikel en sluit de aortaklep.

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

Elektrische geleiding

De contractie van het hart wordt opgewekt door een elektrisch signaal dat over de hartspier wordt voorgeleid. Er is dus sprake van overdracht van een elektrisch signaal naar mechanische activiteit. De sinusknoop (SA-knoop) is de pacemaker van het hart. Het wekt het elektrische signaal op, dat zich vervolgens over de boezems/atria verspreid. Dit wordt weergegeven met de P-top in het ECG. Zie afbeelding 2. Vervolgens gaat het signaal door naar de AV-knoop. De AV-knoop bevindt zich tussen het atrium en ventrikel, aan de atriumzijde. Hier stopt de voortgeleiding heel even, waarna het via de bundel van His verder gaat naar de Purkinjevezels. Hierna zullen de ventrikels samentrekken. De verspreiding van het elektrische signaal over de ventrikels is in het ECG waar te nemen als het QRS-complex. Na de contractie is er repolarisatie van de ventrikels, dat als de T-top in het ECG is waar te nemen.

Afbeelding 2 van een ECG van het hart. De P-top staat voor de activiteit van de boezems. De repolarisatie van de boezems is niet zichtbaar in het ECG. In het PQ-segment verblijft de impuls in de AV-knoop en wordt het signaal doorgeleid naar de bundel van His. Dit scheidt de boezemcontractie van de ventrikelcontractie. In de QRS-fase vindt depolarisatie van de ventrikels plaats, dit duurt ongeveer 80 ms. De T-top wijst op de ongelijke repolarisatie van de ventrikels.

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

Wanneer de hartslag 60 slagen per minuut is, duurt één hartslag 1000 ms. De mechanische contractie van de atria neemt hiervan 250 ms in beslag. De elektrische AV-geleiding duurt 120 ms. Het elektrische QRS-complex, waardoor de ventrikels geactiveerd raken, duurt 80 ms. De mechanische contractie van de ventrikels duurt 300 ms. Tenslotte herstelt het hart zich. De mechanische ventriculaire systole neemt 30% van de hartcyclus in beslag, de elektrische ventriculaire systole neemt 38% in beslag.

Kleppen en druk

Tijdens een hartcyclus zijn vier fasen te onderscheiden: de isovolumetrische contractiefase, de ejectiefase, de isovolumetrische relaxatiefase en de vulfase.

1. De isovolumetrische contractie: alle kleppen zijn gesloten en het ventrikel contraheert, De druk in het ventrikel neemt snel toe, totdat de aortaklep zich opent op het moment dat de druk in het ventrikel de druk van het bloed in de aorta overstijgt.

2. Ejectiefase: het bloed stroomt vanuit het linkerventrikel de aorta in. Hierdoor neemt de druk weer af en zal de aortaklep op gegeven moment weer dicht gaan.

3. Isovolumetrische relaxatie: de ventrikels relaxeren. De AV-kleppen gaan pas weer open als de ventrikeldruk weer voldoende gedaald is ten opzichte van het linkeratrium.

4. Vulfase: de AV-klep is geopend, waardoor bloed vanuit het atrium in het ventrikel kan stromen. Aan het eind van de vulfase, contraheert het atrium om nog een laatste hoeveelheid bloed in het ventrikel te krijgen. Vervolgens is de druk in het ventrikel hoger dan in het atrium, waardoor de AV-klep sluit.

Dit hele proces is weergegeven in afbeelding 3. Wanneer de diastolische druk verhoogd is (bij hoge bloeddruk), moet het hart een grotere druk opbouwen om de klep open te laten gaan. Dit vergt veel van de hartwerking en daarom is een hoge bloeddruk dan ook slecht voor het hart.

Harttonen

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

Werking myocyten

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

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

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

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

Hartfalen

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

Regulatie cardiac output

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

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

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

De cardiac output wordt dus bepaald door de hartslagfrequentie en het slagvolume.

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

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

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

Autonome regulatie

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

Sympathische activiteit kan direct of indirect zijn:

• Direct (neurogeen) – lokale reactie

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

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

• Indirect (hormonaal) - komt overal

  • Beïnvloeding bloedvaten: adrenaline grijpt aan op β₂-receptoren, wat zorgt voor vasodilatatie in actieve spieren

Parasympathische activiteit kan direct of indirect zijn:

• Direct:

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

  • Bloedvaten: weinig (direct) effect.

• Indirect:

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

Werkgroep 1: Mechanische activiteit van het hart I

Hartcyclus en bloedstroom

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

Richting bloedstroom

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

EDV en ESV

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

Het ECG

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

Dicrotic notch

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

Harttonen

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

Mitraalklep stenose

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

Functioneren mitralisklep

In afbeelding 4 is de normale werking van de mitralisklep afgebeeld. Op de x-as staat de tijd afgebeeld. Op de y-as staat de mate waarin de mitralisklep geopend is. Bij een patiënt met een mitraalklepstenose zal het echocardiogram in die zin veranderen, dat de opening van mitralisklep zal afnemen. Dit betekent dat de twee pieken van de ‘anterior leaflet’ lager zullen komen te liggen.

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

Excitatie-contractieproces

Een actiepotentiaal verplaatst zich over het membraan van een spiercel. Ze verplaatsen zich door de T-tubuli. In de T-tubuli zijn L-type calcium kanaaltjes aanwezig. Door de actiepotentiaal gaan de kanaaltjes open en is er een kleine influx van calciumionen. Deze calciumionen binden zich aan de ryaludinereceptor (Ryr).

Hierdoor wordt er calcium uit het sarcoplasmatisch reticulum (SR) in het cytoplasma uitgestoten. Dit zorgt voor een grote calciumconcentratietoename. Het calcium gaat een interactie aan met actine en myosine, waardoor contractie plaats vindt. Dit proces noemt men excitatie-contractiekoppeling.

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

Sympathische activiteit, parasympathische activiteit

Sympathische activiteit kan direct of indirect zijn:

• Direct (neurogeen) – lokale reactie

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

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

• Indirect (hormonaal) - komt overal

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

Parasympathische activiteit kan direct of indirect zijn:

• Direct:

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

  • Bloedvaten: weinig (direct) effect

• Indirect:

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

Baroreceptoren

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

Farmaca en hart-/vaatstelsel

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

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

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

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

Blokkade AZS

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

Farmaca en hartfalen

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

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

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

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

• metoprolol, een bètablokker

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

Isosorbidedinitraat en enalapril beïnvloeden de hartfunctie door de preload (en het liefst ook de afterload) te verlagen. Gevolgen voor de patiënt kunnen zijn: duizeligheid, misselijkheid en een rood gezicht (met name bij ISDN). Ook kunnen er hartkloppingen ontstaan door de baroreflex. Beide middelen zorgen voor vasodilatatie.

De baroreceptoren zullen de lage bloeddruk registeren, waardoor zij het sympathische zenuwstelsel gaan stimuleren. Hierdoor zal de hartfrequentie en de contractiekracht omhoog gaan.

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

Werkgroep 2: Mechanische activiteit van het hart II

Volume-druk relatie

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

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

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

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

De preload is de gemiddelde wandspanning van de linker hartkamer aan het einde van de diastole of het EDV van de linkerkamer. Het geeft de mate van vulling aan voor het ventrikel. De afterload is de druk waartegen het ventrikel het bloed in het arteriële systeem moet pompen, ook wel contractiekracht genoemd. In afbeelding 5 bevindt de preload zich in punt C en de afterload in punt D.

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

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

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

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

Stel dat de contractiliteit toeneemt, maar de preload en afterload gelijk blijven. In afbeelding 6 is het gevolg voor de druk-volume relatie afgebeeld. Het slagvolume neemt toe. De wet van Starling geldt de eerste slag niet (IN is minder dan UIT door een gelijkgebleven EDV), daarna wel.

Stel dat de preload toeneemt en de contractiliteit en afterload constant blijft. Het gevolg hiervan voor de druk-volume relatie is weergegeven in onderstaand figuur. Punt C en D zijn naar rechts verschoven, met een toegenomen slagvolume als gevolg. De wet van Starling gaat hier op (‘wat er in komt, gaat er ook weer uit’). Zie afbeelding 7.

Stel dat de contractiliteit toeneemt, maar de preload en afterload blijven constant. De ventrikels zullen nu meer leeggepompt worden. Het slagvolume wordt groter. In de druk-volumelus is dit waar te nemen doordat de punten A, F en E meer naar links zullen verschuiven. De wet van Starling gaat in de eerste slag niet op, omdat het volume dat uit het hart wordt gepompt groter zal zijn dan het volume dat het hart was ingekomen. Na de eerste slag zal de wet van Starling wel weer op gaan.

Als de afterload toeneemt, maar de preload en contractiliteit gelijk blijven, zal uiteindelijk het slagvolume afnemen. Zie afbeelding 8 voor de verandering van de PV-lus.

Hypertensie

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

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

Het slagvolume neemt dus af. Hypertensie kan op de langere termijn leiden tot hypertrofie van het linkerventrikel, omdat het hart meer kracht moet leveren. Ook de hartfrequentie zal omhoog gaan. Hierdoor wordt de tijd van de diastole korter.

Er is daardoor een kortere tijd om het hartspierweefsel van bloed en dus van zuurstof te voorzien. Dit terwijl de hartspiercellen, door de grotere arbeid die zij moeten leveren juist meer vraag naar zuurstof hebben. Er is dus sprake van ischemie. Door de hypertrofie zijn er meer cellen die van bloed voorzien moeten worden. Dit kan tot ischemie en uiteindelijk een hartinfarct leiden.

Hartinfarct

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

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

Wandspanning

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

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

Farmaca en druk-volume relatie

De onderstaande medicijnen hebben de volgende gevolgen voor de druk-volumerelatie (zie afbeelding 5 voor een normale PV-lus):

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

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

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

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

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

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

Partial left ventriculectomy

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

Zie afbeelding 9 voor een samenvatting van de PV-lus en veranderingen.

Samenvatting filmpjes InterActive Physiology

Cardiac cycle

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

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

• semilunaire pulmonalisklep

• semilunaire aortaklep

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

• rechter AV-klep (valva tricuspidalis)

De hartcyclus bestaat uit verschillende fases:

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

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

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

Beide atria contraheren tegelijkertijd. Beide ventrikels contraheren ook tegelijkertijd.

De bloedstroom volgt de drukveranderingen:

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

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

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

Cardiac Output

De cardiac output (CO) is de hoeveelheid bloed die elke ventrikel wegpompt in één minuut. De cardiac output kan stijgen naar de wensen van het lichaam.

De cardiac output is afhankelijk van de hartslag en het slagvolume: Cardiac Output = hartslag x slagvolume

De hartslag is het aantal slagen in één minuut. In een rustende, volwassen mens ligt de gemiddelde hartslag op 70 slagen per minuut (bpm).

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Tenslotte hebben hormonen ook nog invloed op de hartslag. Epinephrine (van het sympathische zenuwstelsel) laat de hartslag stijgen. Acetylcholine (van het parasympathische zenuwstelsel) laat de hartslag juist dalen.

Blood pressure regulation

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

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

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

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

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

Via verschillende stappen verhoogt renine de bloeddruk:

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

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

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

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

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

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

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

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

Antwoorden Zelfstudie Practicum

Zelfstudie anatomie

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

Het pericard bestaat uit een buitenzak genaamd pericardium fibrosum. Deze laag bestaat uit bindweefsel. Onder het pericardium fibrosum ligt het pericardium serosum. Deze bestaat uit twee lagen en is te vergelijken met een interne dubbellagige zak. De buitenste laag van het pericardium serosum, de lamina parietalis, zit vast aan het pericard fibrosum. De andere laag pericardium serosum (lamina visceralis) ligt op het hart zelf. Zie afbeelding 10. De lamina parietalis en de lamina visceralis zijn vergelijkbaar met het peritoneum. Tussen de lamina parietalis en de lamina visceralis ligt de pericardholte.

Figuur 1. Clinically Oriented Anatomy, 6th edition, Moore K.L., Dalley A.F., Agur A.M.R., Elsevier 2010

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

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

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

De mens heeft twee coronaire arteriën (dextra en sinistra) die zich vertakken:

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

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

Practicum anatomie

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

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

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

Afbeelding 11 toont dat de truncus pulmonalis en de aorta de arteriële pool vormen en de vena cava inferior en superior met de vv. pulmonales de veneuze pool vormen. Door een proces van krommingen ontstaat uit de hartbuis de definitieve vorm van het hart. De veneuze pool en de arteriële pool komen bij elkaar te liggen.

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

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

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

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

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

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

Practicum Microscopie

Op afbeelding 12 is een schematische tekening van hartspierweefsel te zien. Onder de lichtmicroscoop is de dwarse streeping van de spiercellen goed waar te nemen. Ook is goed te zien dat elke spiercel maar één celkern bevat. De hartspiercellen zijn goed met elkaar verbonden door middel van desmosomen en fasciae adherentes. De plekken waar de afzonderlijke hartspiercellen met elkaar verbonden zijn, zijn waar te nemen als donkere grillige lijnen. Deze lijnen worden glanslijnen genoemd. Voor en achter de kern van de spiercel zijn vaak vele mitochondriën waar te nemen, die zichtbaar zijn als kleine puntjes. Ook zijn er tussen de hartspiercellen veel bloedvaten waar te nemen.

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

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

Hartspiercellen zitten aan elkaar vast met glanslijnen. De glanslijnen bestaan uit desmosomen, fasciae adherentes en gap junctions. Door gap junctions is communicatie tussen de hartspiercellen mogelijk.

De cellen in de bundel van His, de Purkinjecellen, verschillen structureel sterk van hartspiercellen. De myofibrillen zijn schaars en liggen kriskras door de cel. De dwarsstreping is dus veel minder zichtbaar. De grenzen tussen Purkinjecellen verlopen grillig. De grens is waar te nemen als een soort postzegelrandje. Andere verschillen zijn dat de Purkinjecellen groot en bol zijn in plaats van de lange dunne hartspiercellen. Hun kern is klein en ligt aan de zijkant. Ook zijn de cellen verbonden met desmosomen en gap junctions. De gap junctions geven prikkels door. Purkinjecellen hebben geen glanslijnen en geen T-tubule systeem. Op afbeelding 13 zijn Purkinjecellen te zien, waarop de morfologische verschillen duidelijk zichtbaar zijn.

Voorcollege demonstratie ECG

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

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

- Ritme en geleiding

- Grootte en ligging van de ventrikels

- Schade aan het myocard

- Effecten van bepaalde medicatie

- Etc.

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

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

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

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

Het volgende kan dan worden vastgesteld:

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

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

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

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

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

• Meting 1: tussen de positieve elektrode op de linkerarm en de negatieve elektrode op de rechterarm.

• Meting 2: tussen de positieve elektrode op de linkervoet en de negatieve elektrode op de rechterarm.

• Meting 3: tussen de positieve elektrode op de linkervoet en de negatieve elektrode op de linkerarm.

In het midden van deze driehoek kan een pijl worden getekend in de richting van de elektrische signaalgeleiding in het hart. Wanneer je deze pijl uitzet op de drie lijnen van de driehoek, kun je zien welke uitslag het ECG maakt voor de drie verschillende metingen. Zie afbeelding 15. Met deze methode wordt het verschil tussen de positieve en de negatieve elektrode gemeten. Op deze manier kunnen de afleidingen van Einthoven worden gemaakt.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Week 2

Voorcollege 3

Een bloedvatwand bestaat uit drie lagen:

• Tunica intima. Dit is de laag die direct om het lumen heen ligt en heeft aan de binnenkant een laag endotheel die op een basale lamina ligt.

• Tunica media. Dit is de middelste laag. Hier liggen spiercellen in en elastische vezels.

• Tunica externa/tunica adventitia. Deze laag ligt aan de buitenkant van het bloedvat. De laag bevat bij de aorta weer afzonderlijke vaatjes, die de aortawand van bloed voorzien. Deze vaatjes heten vaso vasorum. De tunica adventitia bevat vooral bindweefsel dat overgaat in het bindweefsel van het interstitium.

In het arteriële systeem kan onderscheid worden gemaakt tussen elastische arteriën, musculaire arteriën en arteriolen. De arteriolen gaan over in het capillaire vaatbed. Vanuit het capillaire vaatbed wordt het bloed terug naar het hart vervoerd via venulen en venen. Al deze verschillende soorten vaten hebben een kenmerkende opbouw.

Elastische arteriën

De aorta is een elastische arterie. Een elastische arterie heeft de algemene opbouw, die bestaat uit een tunica intima, tunicia media en tuncia adventitia. De diameter van het lumen is ongeveer 1,5 cm en de dikte van de wand ongeveer 1 mm. Er bevinden zich veel elastische vezels in de tunica intima en de tunica adventitia. Deze laten het vat laten terugkeren naar zijn oorspronkelijke vorm, wanneer het vat uitgerekt is door vooruit gepompte hoeveelheid bloed. In plaats van een pulserende flow krijg je dan een gelijkmatige flow. Er zijn twee duidelijke lagen met elastinevezels:

• Op de grens tussen tunica intima en tunica media. Deze laag elastine-vezels wordt het membrana elastica interna genoemd.

• Op de grens tussen tunica media en tunica externa. De vezels behoren tot de tunica externa. Deze laag elastine-vezels wordt het membrana elastica externa genoemd.

Musculeuze arteriën

Een musculeuze arterie heeft ook de algemene opbouw van drie lagen. Aan de binnenzijde liggen de endotheelcellen met de basale lamina, die samen de tunica intima vormen. Daarbovenop ligt de tunica media met de gladde spiercellen. De spiercellen zijn spoelvormig. De gladde spiercellen liggen circulair om het vat heen en hebben een kern in het midden. De buitenste laag, de tunica adventitia, bevat veel elastine en collageen.

De musculeuze arterie bevat ook een membrana elastica interna en een membrana elastica externa. De diameter van het lumen van een musculeuze arterie is ongeveer 6 mm. De dikte van de wand is ongeveer 1 mm.

Arteriolen

Vlakbij de weefsels lopen arteriolen. Arteriolen zijn de allerkleinste arteriën. Ze hebben een diameter van 37,0 micrometer. De wanddikte van een arteriole bedraagt 6,0 micrometer. Arteriolen regelen de bloedtoevoer naar weefsels. Een kleine hoeveelheid spierspanning kan de diameter van het vat sterk verkleinen. Hierdoor zijn arteriolen is staat hun weerstand te variëren, waardoor het achterliggende capillair bed van veel of weinig bloed kan worden voorzien. Rond de endotheellaag van de arteriolen ligt maar één of anderhalve laag spiercel. Hieromheen ligt weer een laag bindweefsel. De arteriolen hebben elastinevezels en bindweefsel (collageen). Collageen zorgt voor elasticiteit van een vat en elastine voor compliantie (hierover later meer).

Capillairen

In de capillairen vindt uitwisseling van stoffen plaatst tussen het bloed en het omliggende weefsel. Een capillair heeft een heel dun wandje endotheel, van één tot anderhalve cel (0,5 micrometer). Dit endotheel staat op de basale lamina. De basale lamina maakt de endotheelcel zelf. In de diameter van dit vat past maar één erytrocyt, de diameter van een capillair is namelijk maar 9,0 micrometer. Er zijn verschillende soorten capillairen:

• Continue capillair: het endotheel sluit het capillair goed af van de buitenwereld. De endotheelcellen zijn aan elkaar bevestigd. Zij vormen samen met de basale lamina één continu geheel. Deze soort komt onder andere voor bij de bloed-hersenbarrière.

• Gefenestreerde capillair: tussen de endotheelcellen zitten kleine gaten, ‘’vensters’’. De basale lamina loopt wel onafgebroken door. De basale lamina werkt als een zeef voor de stoffen die naar de weefsels mogen. Deze soort capillairen komt voor in de nieren en de darmen. De uitwisseling van zouten en eiwitten is vergemakelijkt.

• Discontinue capillair: zowel tussen de endotheelcellen als in de basale lamina zitten gaten. Het bloed staat in een direct contact met de cellen van het weefsel. Dit soort capillairen is te vinden in de lever.

Venulen

Een venule is de allerkleinste vene, die ontspringt aan het eind van een capillair. De diameter is 20 micrometer en de wanddikte is 1,0 micrometer. De binnenste laag wordt gevormd door endotheelcellen en een basale lamina. Een venule heeft een dunne spierlaag. Rond de venule ligt een laag bindweefsel. Een venule heeft geen elastische vezels. Het bevat wel collageen. Hij kan veel volume herbergen, maar het bindweefsel voorkomt dat er te veel volume in de venule komt.

Venen

Een vene heeft een veel dunnere spierlaag in vergelijking met een arterie of een arteriole, maar heeft meer spierweefsel dan een venule. Er is dus nauwelijks een tunica media. In tegenstelling tot een venule heeft een vene wel elastische vezels. De diameter van een vene bedraagt 5,0 mm en de wanddikte 0,5 mm. Sommige venen hebben kleppen. Wanneer er druk op de vene komt te slaan, gaat het bloed richting het hart stromen. Wanneer er minder druk op de vene is, sluiten de kleppen, waardoor het bloed niet terug kan stromen. Een klep bestaat uit bindweefsel, dat bekleed is met een laag endotheelcellen.

Lymfevaten

Lymfevaten zijn bekleed met cellen die op endotheelcellen lijken. Lymfevaten vervoeren geen bloed, maar wel witte bloedcellen en vocht. Je kunt lymfevaten beschouwen als het afvalkanaal van het lichaam: lymfevaten voeren alle extra vloeistoffen af. Ook bevatten lymfevaten kleppen, zodat lymfe richting hart gaat, als er druk op de lymfevaten staat en niet kan terugstromen. Ze eindigen blind in het weefsel.

Hoorcollege 3 en 4

Het vaatstelsel

Hart- en vaatziekten

Hart- en vaatziekten zijn de belangrijkste doodsoorzaken wereldwijd. Risicofactoren hiervoor zijn:

• mannelijk geslacht

• overgewicht

• hoge bloeddruk

Aandoeningen aan het hart gaan vaak gepaard met oedeem. Oedeem kan ook ontstaan door problemen bij de arteriële, capillaire of veneuze circulatie.

Hemodynamische aspecten van de circulatie

In het circulatiesysteem wordt een kleine en een grote circulatie onderscheiden. De kleine circulatie is de longcirculatie waar de oxygenatie plaatsvindt. Bij de kleine circulatie gaat zuurstofarm bloed vvan de rechter harthelft naar de longen, en komt dan zuurstofrijk aan in de linker harthelft. De grote circulatie leidt het bloed vanaf het linker ventrikel door het hele lichaam heen en brengt het bloed uiteindelijk weer terug naar de rechterkant van het hart. Het grote arteriële systeem heeft zowel parallel geschakelde als in serie geschakelde wegen. In de in serie geschakelde wegen vindt een groot drukverval plaats. Beide circulaties hebben een arteriëel systeem, een microcirculatie (capillair vaatbed) systeem en een veneus systeem.

Circulatie

Het arteriële systeem is het distributiesysteem. Het bestaat uit stevige vaten, met veel spiercellen. Er is ook sprake van een hoge mate van elasticiteit, waardoor het systeem een hoge druk kan verdragen en er een hoge stroomsnelheid mogelijk. Het arteriële systeem heeft een klein volume.

Het veneuze systeem is het verzamelsysteem. Venen hebben een dunne wand en zijn weinig rekbaar. Er kan slechts een lage druk worden opgebouwd, er is sprake van een lage stroomsnelheid. Het volume van het veneuze systeem is groot.

Tussen het arteriële en veneuze systeem bevindt zich het capillaire vaatbed. Hier vindt diffusie/filtratie plaats en dit systeem wordt ook wel de microcirculatie genoemd.

In totaal stroomt er 5L bloed door het lichaam. De venen beslaan het grootste bloedvolume, namelijk 3,2L. De arteriën en capillairen 1L, het hart 360mL en de longen 440mL.
 

Als je bloedflow wilt houden in een systeem, moet je druk hebben en een weerstand om die druk op te bouwen. De druk kan als volgt worden berekend: ΔP = F x R (drukverschil = flow x weerstand). F= ΔP/R. Dit is de Wet van Ohm.

Er zijn verschillende drukken in de circulatie. Eén daarvan is de driving pressure. Deze druk in de circulatie is het verschil tussen de arteriële en de veneuze druk (P_arterie - P_vene). Hierdoor vindt bloedstroming plaats. De driving pressure wordt op gang gehouden door het hart en is de belangrijkste druk. Daarnaast bestaat er ook nog een transmurale druk. Deze druk vergelijkt de druk binnen de vaatwand met de druk buiten de vaatwand. Deze druk is afhankelijk van de diameter van het vat. Ten slotte is er ook nog een hydrostatische druk. Deze druk komt tot stand door de zwaartekracht.

Het hart kun je voorstellen als een hydraulische pomp. De cardiac ouput is gelijk aan de veneuze return. Er is in de circulatie echter wel een verschil in druk. In het linkerventrikel is de druk tijdens de relaxatie laag en stijgt snel tijdens contractie.

De aorta kan veel bloed ontvangen (elastisch), met groot verschil tussen diastolische (laagste druk) en systolische druk (hoogste druk). Hoe verder het bloed zich door het lichaam begeeft (door de capillairen en venen), hoe lager de druk wordt.
 

De aorta is te vergelijken met een windketel, omdat er sprake is van opslag van druk. In de aorta kan de druk opgeslagen worden door de elasticiteit van de vaatwand. De aorta zet een beetje uit wanneer het hart het bloed in de aorta pomp. Vervolgens veert de vaatwand, wanneer de aortaklep weer dicht gaat, terug. Dit levert ook weer een druk, waardoor de bloedstroom voortdurend in beweging wordt gehouden. Zo krijg je een gelijkmatige bloedstroom (laminair) in plaats van een pulserende bloedstroom.

Er kan worden gesproken over compliantie en elasticiteit. Elasticiteit is de inverse van compliantie. De mate van compliantie drukt uit, hoe groot de mogelijkheid is om druk op te vangen in de systole. De compliantie komt tot stand door elastinevezels. Zij maken het dus mogelijk dat de slagader kan uitrekken, wanneer de druk hoog wordt. Elasticiteit komt tot stand door collageen vezels. Het zorgt er voor dat de bloedvaten na uitrekking weer terugveren naar hun oorspronkelijke diameter. Dit zorgt er voor dat ook tijdens de diastole het bloed vooruit wordt geperst. Compliantie is dus de mogelijkheid tot uitrekking van een vat, elasticiteit de mogelijkheid om weer terug te keren naar de oorspronkelijke vorm.

Bloeddrukmeter

Je kunt op verschillende manieren de bloeddruk meten. Een van deze manieren is met behulp van een stethoscoop en een bloeddrukmanchet. De bloeddrukmanchet wordt om de arm geplaatst. Wanneer je de bloeddruk wilt meten, verhoog je met een pompje de druk in de manchet, zodat er geen bloed meer door de slagaderen heen kan. Vervolgens laat je de lucht langzaam weglopen, waardoor de druk afneemt.

Wanneer de druk van de manchet gelijk is aan de systolische druk zal je voor het eerst een toon horen; er zal dan voor het eerst weer bloed door de arterie gaan stromen. Dit is de hoogste druk. Je hoort vanaf dat moment Korotkoff-geluiden. Als je geen geluid meer hoort, is de diastolische druk af te lezen. Dit is de laagste druk.

Het verschil tussen de systolische en diastolische druk heet de polsdruk.

De gemiddelde bloeddruk bij benadering is te berekenen met:

Zie formule 1 (formuleblad in bijlage)

In de arteriën is de druk het hoogst. In de capillairen is deze druk vele malen lager. Er is hier dus sprake van een groot drukverval. Dit drukverval wordt veroorzaakt doordat het bloed zich over een groot oppervlak zal verspreiden. De diameter van één capillair is dan wel erg klein, maar er zijn er wel héél veel van. De totale diameter van de capillairen bij elkaar is dus veel groter dan de diameter van een arterie.

Distaal in het lichaam lijkt de bloeddruk hoger te zijn dan proximaal. Dit komt door summatie van druk. Vanuit de linkerkamer komt een polsgolf door de aorta. Bij splitsingen kaatst deze golf terug naar boven. Er treedt summatie op van de polsgolf en de teruggekaatste golf.

Stroom en druk

De drie factoren die bepalend zijn voor stroom en druk, zijn: weerstand, compliantie en elasticiteit.

De weerstand wordt volgens de wet van Poisseuille bepaald door:

• De straal van het vat. Deze variabele is het meest van invloed op de weerstand van het vat. Dit is te zien in de formule, doordat het tot de macht vier gedaan wordt.

• De lengte van het vat

• De viscositeit van de vloeistof. Dit is de coëfficiënt van de inwendige wrijving. Viscositeit is de mate van ‘stroperigheid’ en beschrijft met hoeveel wrijving volume-elementen in de vloeistof langs elkaar schuiven. De viscositeit van een vloeistof is te bereken door:

Zie formule 2 (formuleblad in bijlage)

De ‘shear stress’ is de kracht nodig om vloeistoflaagje ten opzichte van een naburig vloeistof laagje te bewegen. De ‘shear rate’ is de snelheidsverandering van het ene laagje ten opzicht van het andere laagje (snelheidsgradiënt).

Normaal gesproken is er in het bloedvat een laminaire flow, het bloed in het midden van het bloedvat stroomt sneller dan het bloed aan de wandzijde (in een capillair is dit niet het geval, aangezien daar maar één bloedcel in past).

De Wet van Poisseuille is:

Zie formule 3 (formuleblad in bijlage)

Samengenomen met de Wet van Ohm, kan de volgende volume worden opgesteld voor de flow:

F=ΔP x π. r⁴/8.η. L (1/R)
 

Bloed

Het bloed bestaat uit plasma en cellen. Het plasma is de fractie van het bloed zonder de cellen. Plasma bestaat uit water, electrolyten, voedingsstoffen (glucose, cholesterol, O₂), afvalproducten (CO₂) en colloïdale bestanddelen, zoals transporteiwitten, enzymen en antistoffen. Met name het eiwit albumine bepaalt de colloïdale druk. Dit is een transportenzym. Onder de cellen in het bloed vallen de erythrocyten, leukocyten en trombocyten. De belangrijkste cellen zijn de erytrocyten, aangezien die de meeste invloed op de viscositeit hebben.

Onder het bloedserum vallen alle bestanddelen van het plasma, zonder de stollingsfactoren.

Hyperviscositeit kan ontstaan door polycythemie (te veel (rode) bloedcellen), toename van plasmaeiwit-concentraties en erytrocyt-deformabiliteit. Een toename van de plasmaeiwit-concentraties wordt veroorzaakt doordat het immuunsysteem veel antilichamen maakt. Erytrocyt-deformabiliteit ontstaat, wanneer erytrocyten niet goed meer kunnen vervormen. Een voorbeeld is sikkelcelziekte. Bloed-hyperviscositeit kan de autoregulatoire regelmechanismen voor de bloedstroming verminderen. Hierdoor kan de orgaanperfusie worden verstoord.

Compliantie is de rekbaarheid van het vat. Dit is te berekenen door V/P. Een hoge compliantie wil zeggen dat een vat hoge volumes aan kan en dus goed kan oprekken.

De elasticiteit is het omgekeerde van de compliantie, namelijk de mogelijkheid om terug te keren in de oorspronkelijke vorm wanneer de rekkrachten worden opgeheven.

Door atherosclerose vermindert de compliantie en elasticiteit. Dit is ook het geval bij stijgende leeftijd. Wanneer de elasticiteit en de compliantie zullen dalen, zal de gemiddelde bloeddruk stijgen. Naarmate je ouder wordt, stijgt de systolische druk en daalt de diastolische druk. De systolische druk wordt hoger, doordat al het bloed in een keer wordt doorgegeven. Dit komt doordat het vat door de verminderede compliantie minder kan uitrekken. De diastolische druk wordt lager, doordat de elasticiteit verminderd is. Het bloeddruk kan minder goed terugveren naar zijn oorspronkelijk vorm, waardoor er tijdens de diastole minder druk aan het bloed kan worden gegeven. Doordat de aorta minder kan uitrekken en terugveren is er minder opslag mogelijk. Daardoor stijgt de polsdruk, wat de kans op een aneurysma vergroot.

Hemodynamiek en homeostase van het interstitium

De druk in de circulatie ontstaat door de druk die het hart levert. De arteriolen en sfincters zijn belangrijk om de bloedstroom naar het capillaire vaatbed te reguleren.

Capillairen

Capillairen hebben één laag endotheelcellen. Er zijn drie typen:

• Continue of gesloten capillairen – Deze capillairen komen met name voor in spierweefsel. De endotheelcellen zijn met elkaar verbonden door middel van inter-endotheliale junctions. Onder de endotheelcellen ligt de basale lamina.

• Gevensterde capillairen – Deze capillairen komen met name voor op plaatsen waar veel diffusie plaatsvind, bijvoorbeeld in de darmen en endocriene organen. De wand van het capillair bestaat uit een laag dunne endotheelcellen met gaten. Onder de endotheelcellen ligt de ononderbroken basale lamina.

• Discontinue capillairen – Deze capillairen komen met name voor in de lever. Tussen de endotheelcellen zijn grote gaten aanwezig. Ook de basale lamina onder de endotheelcellen bevat openingen.

Uitwisseling van stoffen tussen bloed en weefsel

De uitwisseling van stoffen tussen bloed en weefsel kan transcellulair, paracellulair en via transcytose plaatsvinden. Bij transcellulair transport diffunderen de stoffen door het celmembraan en cytosol heen. Bij paracellulair transport diffunderen de stoffen via inter-endotheliale junctions en spleten tussen de endotheelcellen door. Bij transcytose vindt transport via transportblaasjes plaats.

Kleine vetoplosbare stoffen kunnen eenvoudig door het membraan diffunderen: transcellulair. Kleine wateroplosbare stoffen kunnen via inter-endotheliale junctions en spleten door de membraan, dus tussen de cellen door (paracellulair). Ze zijn afhankelijk van de permeabiliteitscoëfficiënt. Overige stoffen, zoals plasma eiwitten, gaan via het transcytose door de cel.

Vloeistofcompartimenten

Ongeveer 60% van het lichaamsgewicht bestaat uit water. Dit zit in de cellen (60%), of buiten de cellen (40%). Extracellulair is er interstitieel vocht (zo’n 13L), plasma (3L) en transcellulair vocht (1L) (bijv. ruimte tussen gewrichten). Wanneer er overmatige vochtophoping in het interstitium is, is er sprake van oedeem.

Handhaving interstitiële vloeistof

Interstitium: compartiment van vocht tussen de cellen. De hoeveelheid interstitiële vloeistof wordt in stand gehouden met behulp van de Starlingkrachten. Dit zijn de hydrostatische druk en de colloïd-osmotische druk.

De hydrostatische druk is de druk die uitgeoefend wordt vanuit het bloed op de wand richting het interstitium (als het gaat over de microcirculatie). Die druk wil het bloed richting het interstitium duwen. De colloïd-osmotische druk is de druk die bepaald wordt door de hoeveelheid opgeloste deeltjes (eiwitten in het bloed). De colloïd-osmotische druk zorgt voor een aanzuigende kracht op het interstitiële vloeistof en wil vocht juist het bloedvat ín duwen. Er treedt een evenwicht op tussen de hydrostatische druk en de osmotische druk. Wanneer de hydrostatische druk hoger is dan de osmotische druk, treedt filtratie op. Wanneer de osmotische druk hoger is dan de hydrostatische druk treedt resorptie op. In een normale situatie is er meer filtratie dan resorptie. De overmaat aan vloeistof in het interstitium wordt via het lymfestelsel afgevoerd. Het lymfestelsel voert per dag gemiddeld 2L vocht af.

Regulatie

De microcirculatie wordt gereguleerd door:

• Systemische invloeden, die niet uit het weefsel zelf komen. Als de doorbloeding sterker wordt, zoals bij blozen, gaat het om een extrinsieke factor.

• Lokale regelmechanismen: mechanismen die de doorbloeding bepalen vanuit het weefsel zelf.

• Precapillaire weerstand (sfincter: spiertje dat kan contraheren of relaxeren). Bij veel afvalstoffen gaan de precapillaire sfincters verder openstaan.

• Weefselmetabolieten (lokale stofwisselingsproducten: pO­­₂, pCO₂, pH)

• Lokale chemische en humorale factoren

• Autoregulatie (met name in het brein belangrijk, want het brein moet bij elke druk een behoorlijke perfusie hebben. Hierdoor is er over een bepaalde range bloeddrukken weinig invloed op de cerebrale bloedstroom).

Oedeem

Oedeem is een overmaat aan vocht in het interstitium (zout/water in extracellulaire ruimte). Het ontstaat op capillair niveau. Wanneer het proces van filtratie en absorptie abnormaal verloopt, kan er een overmaat aan vocht ontstaan (oedeem) of een tekort aan vocht in het interstitium (dehydratie).

Algemene oorzaken van oedeem zijn vochtretentie (hartfalen, nierfalen waarbij een hoge veneuze druk zorgt voor slechte reabsorptie) of een laag albuminegehalte (hongeroedeem), omdat albumine belangrijk is bij het in stand houden van de colloïd-osmotische druk. Daarnaast zijn er ook lokale oorzaken als veneuze insufficiëntie, lymfatische insufficiëntie of een ontsteking (infectie, trauma) waarbij lokaal teveel eiwitvorming plaatsvindt. Bij veneuze insufficiënte kun je uiteindelijk verwoeste kleppen krijgen na een trombose waardoor er kans is op een chronisch oedeem (posttrombotisch syndroom). Bij lymfeoedeem is geen vormverandering van de huid waarneembaar als er druk op wordt uitgeoefend.

Werkgroep 3

Hemodynamische aspecten van de circulatie

Circulatie en drukverschillen

In figuur 1 is af te lezen wat de gemiddelde druk, de cross sectional area (gezamelijke oppervlakte) en de gemiddelde doorsnede van de verschillende delen van het vaatstelsel zijn. De verdeling van bloedvolume is afgebeeld in plaatje 4.

De hoogste druk bevindt zich in de aorta en het grootste drukverval vindt plaats in de arteriolen. Dit komt door de plotselinge grote toename in cross sectional area. Het meeste bloedvolume zit in de systemische venen, die als ‘reservoir’ dienen.

Arteriële vaatgebieden die in serie geschakeld zijn, zijn de nieren onderling en bijvoorbeeld de milt en de lever. De darmen en de milt zijn parallel geschakeld.

Voorbeelden van trans-cellulaire vloeistof zijn oogvocht en liquor.

Arteriële vaatgebieden kunnen in serie of parallel geschakeld worden. Een voorbeeld van een arterieel vaatgebied dat in serie geschakeld is, is het arteriële vaatgebied bij de nieren. Een voorbeeld van een arterieel vaatgebied dat parallel geschakeld is, is het arteriële vaatgebied van de organen in de buik.

Bloed stroomt onder invloed van drukverschillen. Er zijn drie soorten drukverschillen, die invloed hebben op de bloedstroom: de driving pressure, de transmurale druk en de hydrostatische druk. De driving pressure is het drukverschil tussen het begin en het eind van een bloedvat. Het wordt veroorzaakt door de pompwerking van het hart. De transmurale druk is het drukverschil tussen de binnenkant en buitenkant van de vaatwand. De hydrostatische druk komt tot stand door de zwaartekracht.

De driving pressure is met name verantwoordelijk voor de bloedstroom, omdat die langs de axiaal loopt. De weerstand van het vaatstelsel wordt vooral bepaald door de transmurale druk.

De relatie tussen bloedstroom, druk en weerstand kan worden weergegeven door de wet van Ohm.

Zie formule 4 (formuleblad in bijlage)

De weerstanden van in serie geschakelde vaatbedden kunnen bij elkaar worden opgeteld om de totale weerstand te berekenen:

Zie formule 5 (formuleblad in bijlage)

De weerstanden van parallel geschakelde vaatgebieden kunnen worden opgeteld volgens de formule:

Zie formule 6 (formuleblad in bijlage)

De perifere weerstand wordt bepaald door de arteriolen waarin vasoconstrictie en vasodilatatie plaatsvindt. Doordat de diameter van de arteriolen klein is, heeft een kleine spiersamentrekking groot effect op de diameter van het vat. De weerstand wordt in eerste instantie ook bepaald doordat de cross sectional area in de arteriolen veel kleiner is dan in de capillairen.

De stroming in een ideaal vat wordt weergegeven door de wet van Poiseuille:

Zie formule 7 (formuleblad in bijlage)

De belangrijkste determinant in de bloedstroom is de straal van het vat, omdat deze in de formule tot de vierde macht berekend wordt.

Bloed

Bloed is een oplossing van cellulaire elementen in plasma. Bloedplasma is dus de vloeistoffractie die overblijft als alle cellen eruit zijn gehaald. Het bevat dan nog elektrolyten, koolhydraten, eiwitten en vetten.

Serum is plasma zonder stollingsfactoren.

De hematocrietwaarde geeft het volume van de bloedcellen in verhouding tot het totale bloedvolume aan. De hematocrietwaarde kan worden bepaald door bloed te centrifugeren. Er ontstaan dan drie laagjes, waarvan de onderste laag bestaat uit rode bloedcellen. Het middelste laagje dat ontstaat, wordt ook wel de buffy coat genoemd. Het bestaat uit witte bloedcellen en bloedplaatjes. De bovenste laag wordt gevormd door het bloedplasma. De hematocrietwaarde is de fractie van de totale kolom die wordt bezet door alle bloedcellen inclusief de buffy coat. Voor mannen is de hematocrietwaarde 45% en voor vrouwen gemiddeld 40%. De plasmaconcentratie voor een man in dan 55 % en voor een vrouw 60%.

De belangrijkste plasma-eiwitten zijn albumine, globulines en fibrinogeen. Albumine is een transporteiwit en bepaalt voornamelijk de colloïd-osmotische druk. Globulines spelen een rol bij de humorale afweer. Fibrinogeen is een precursor van fibrine en speelt een rol in het bloedstollingsproces.

Bloed wordt qua stroomgedrag en viscositeit ook wel vergeleken met een substantie als ketchup en latexverf. Beide zijn niet-Newtoniaanse vloeistoffen. Een Newtoniaanse vloeistof is een water- of zoutoplossing. Bij een Newtoniaanse vloeistof is er een lineair verband tussen shear stress en shear rate. Bij bloed moet er relatief meer kracht geleverd worden om dezelfde snelheid te krijgen. Hoe sneller het bloed stroomt hoe minder het verschil. Dit wordt veroorzaakt door de rode bloedcellen. Een grotere hoeveelheid rode bloedcellen, maakt het bloed ‘’stroperiger’’. Dan kost het meer kracht om het vooruit te pompen.

De shear stress gaat over de kracht die nodig is om het ene vloeistoflaagje ten opzichte van een ander vloeistoflaagje te laten bewegen. De shear rate is de snelheidsverandering van het ene laagje ten opzichte van het andere laagje.

De Wet van Poiseuille geldt niet voor capillairen, omdat deze te dun zijn. Er is in een capillair door de kleine diameter geen laminaire stroming mogelijk. Er past maar één bloedcel tegelijk door een capillair.

Bloeddruk meten

De bloeddruk kan men meten door een manchet om de arm met behulp van een pomp ‘op te blazen’. Hierdoor worden de bloedvaten dichtgeknepen, waardoor er geen doorbloeding meer plaats kan vinden. Vervolgens laat men de druk in de manchet langzaam afnemen, totdat er met de stethoscoop geluiden hoorbaar zijn. Op het moment dat er voor het eerst een toon hoorbaar is, is de druk van de manchet gelijk aan de systolische druk. Op dit moment kan dus de bovendruk worden afgelezen. Wanneer de geluiden bij afnemende druk weer verdwijnen, is de druk in de manchet gelijk aan de diastolische druk. Op dit moment kan de onderdruk worden afgelezen. Een normale bloeddruk is 120/80 mm Hg.

De polsgolf is een drukgolf die over een vat loopt, dus in de wand, in de richting van de periferie. De polsdruk is het verschil tussen de systolische en de diastolische druk. De polsgolfsnelheid is de snelheid waarmee de drukgolf zich voortplant. Deze golf gaat ongeveer 10 keer sneller dan de volumegolf. Door reflectie op plaatsen met vatsplitsingen en vatafsluitingen, kan de golf worden teruggekaatst. De snelheid is ongeveer 12 m/s en afhankelijk van de stijfheid van het vat.

Een stijvere arterie heeft als gevolg: een hogere bloeddruk, een hogere stroomsnelheid van het bloed en een hogere polsgolfsnelheid. Doordat dezelfde hoeveelheid bloed door de vaten stroomt, maar het vat niet kan uitzetten, stijgt de stroomsnelheid en de bloeddruk.

Bloeddruk en inspanning

De gemiddelde bloeddruk is als volgt te berekenen:

P_gemiddeld = P_diastolisch + (P_systolisch – P_diastolisch)/3.

In een normale situatie is de enkeldruk hoger dan de systolische druk in de arm. De enkeldruk is het verschil tussen de systolische druk en de diastolische druk in de enkel. De systolische druk is in de enkel hoger dan in de pols. Dit is het gevolg van interferentie. Doordat de enkel verder weg is van het hart, zijn er op weg naar de enkel meer bloedvatafsplitsingen. Er is dus meer interferentie opgetreden.

In een normale situatie is de enkeldruk dus altijd hoger dan de polsdruk. Dit is ook het geval bij inspanning. Bij een enkeldruk die lager is dan de druk in de arm, zit er waarschijnlijk een aandoening in de bloedvaten, die de bloedstroom beperkt. Een voorbeeld is een stenose. In normale toestand kan dit niet zichtbaar zijn, omdat dan misschien al de vaten optimaal verwijd zijn. Bij inspanning zou er nog meer bloed naar de benen moeten, maar dat gaat niet. De bloeddruk kan niet verder stijgen, waardoor de enkeldruk lager is dan de polsdruk.

Een pulserende zwelling in de buik kan een aneurysma zijn. Risicofactoren voor een aneurysma zijn leeftijd, hypertensie, roken en het mannelijk geslacht.

De aorta werkt als een windketel, want het slaat volume op tijdens de systole, doordat de bloedvatwand uitrekt. In de diastole veert de bloedvatwand terug naar zijn oorspronkelijke positie, zodat in diastole van het hart dit volume kan vrijkomen. Op deze manier blijft de flow continu lopen.

Compliantie is de rekbaarheid van een vat om een volume te accepteren. De elasticiteit staat voor de mogelijkheid om terug te keren naar de oorspronkelijke vorm.

Bij een aorta-aneurysma is vooral de elasticiteit verloren gegaan. Het vat blijft optimaal uitgerekt. De gladde spiercellen, elastinevezels en collageenvezels zijn voor de aorta belangrijk om zijn functie te kunnen vervullen. Elastinevezels zijn hoog compliant en weinig elastisch. Collageen is erg elastisch en een beetje compliant.

Wanneer venen overvuld zijn, zit er teveel bloed in de venen. Dit wijst op een te hoog circulerend bloedvolume. Waarschijnlijk zit het probleem dan in de vena cava inferior (ligt in de buik). De vena cava inferior is normaal gesproken niet rond, maar plat. Is hij dat wel, dan is hij overvuld. Bij het lichamelijk onderzoek is perifeer oedeem te vinden, samen met een gewichtstoename en grote venen die opgezet zijn (zoals halsvenen).

Een slagader werkt als een weerstand, want een slagader heeft veel tegendruk en een hoge elasticiteit. Een ader werkt als een condensator, want een vene heeft een hoge compliantie. Het kan volumes opslaan en later teruggeven. De elasticiteit en compliantie van de venen is aanzienlijk minder dan die van de arteriën.

Zelfstudie anatomie en microscopie vaatstelsel

Schematische weergave van het arteriële systeem van de mens is te zien op afbeelding 2 in de bijlage.

Schematische tekening van het veneuze systeem van de mens is te zien op afbeelding 3 in de bijlage.

In de wand van venen (zoals de vena cava inferior) ligt een laag spiercellen. Contractie van de gladde spiercellen zorgt ervoor dat de veneuze bloedcirculatie blijft lopen. Deze gladde spiercellen kunnen in hun functie ondersteund worden door de externe druk van de contractie van omliggende skeletspieren voor armbewegingen en beenbewegingen.

Practicum anatomie vaatselsel

De aorta thoracica en de aorta abdominalis vasculariseren zowel de rompwand als de ingewanden. De takken kunnen worden onderscheiden in pariëtale takken (naar de romp) en viscerale takken (naar de ingewanden). Pariëtale takken van de aorta thoracica zijn de gepaarde aa. intercostales. De viscerale takken zijn kleine vaatjes voor de slokdarm, trachea en bronchiën. Uit de aorta abdominalis ontspringen de aa. lumbales als gepaarde, pariëtale takken. De viscerale takken uit de aorta abdominalis kunnen gepaard en ongepaard zijn.

De truncus coeliacus vertakt zich tot de a. lienalis (splenica), de a. hepatica communis en de a. gastrica sinistra. De truncus vasculariseert dus de milt, lever en maag. De a. mesenterica superior vasculariseert het duodenum, jejunum, ileum, ceacum, colon ascendens en het eerste 2/3 deel van het colon transversus. De a. mesenterica inferior vasculariseert het overige 1/3 deel van het colon transversus, de colon descendens, sigmoïd en het rectum.

De v. mesenterica inferior, de v. mesenterica superior en de v. splenica vormen samen de v. portae. De vena portae mondt uit in de lever. Het poortadersysteem als deel van veneuze systeem van de mens is te zien in afbeelding 4 en 5 in de bijlage.

De venen die het hart zelf van bloed voorzien, monden deels uit in de sinus coronarius. Via de sinus coronarius komt het bloed in het rechteratrium.

De vv. intercostales posteriores monden uit in de v. azygos of de v. hemiazygos. Deze vaten geven het bloed weer af aan de v. cava superior. Zie afbeelding 6 en 7 in de bijlage voor afbeeldingen met betrekking tot de vaten in het menselijk lichaam.

De lamina elastica interna heef zo'n kronkelig verloop zodat hij mee kan rekken wanneer er veel bloed het vat inkomt. In de richting van het lumen van de tunica intima liggen collageenvezels.

Practicum microscopie vaten

In de onderstaande tabel staan de morfologische kenmerken van de verschillende vaten weergeven:

Door het fixeren heeft de lamina interna elastica in de preparaten een kronkelig verloop. Normaal gesproken is deze laag glad getrokken.

Werkgroep 4

Interstitieel vocht

Interstitieel vocht: vocht tussen de cellen en het vaatstelsel. Het interstitium omvat dus de met lichaamsvocht gevulde ruimten tussen de cellen van een bepaald weefsel.
 

Plasma: bloed zonder bloedcellen (rode bloedcellen, witte bloedcellen, bloedplaatjes).
Serum: plasma zonder antistoffen.

Oedeem: overmatig vocht in het interstitium.

Door de hydrostatische druk en de colloïd-osmotische druk kan het volume van het interstitiële vocht gehandhaafd worden. Daarnaast zorgt het lymfestelsel voor de afvoer van het overtollige interstitiële vocht.

De hydrostatische druk aan het begin van het capillair is hoger dan de colloïd-osmotische druk en zorgt dus voor filtratie van het bloed waarbij zuurstof en voedingsstoffen het weefsel in kunnen. Aan het einde van het capillair is de colloïd-osmotische druk hoger dan de hydrostatische druk en gaan er afvalstoffen het weefsel uit, zoals CO₂, naar het bloed toe (absorptie).

Het Starlingmechanisme op capillair niveau werkt als volgt:

Wanneer in de capillairen de hydrostatische druk hoger is dan de osmotische druk zal er filtratie plaats vinden. Door de filtratie zal de hydrostatische druk verder in het capillair steeds verder dalen. Op een bepaald moment zal de coloïd osmotische druk hoger zijn dan de hydrostatische druk. Hierdoor zal er resorptie plaatsvinden. De hoeveelheid vocht dat uit het bloedvat gefiltreerd wordt, is veel groter dan de hoeveelheid die uiteindelijk terug geresorbeerd wordt. Er blijft dus vocht achter in het weefsel. Dit vocht wordt door de lymfevaten afgevoerd. Het Starlingmechanisme op capillair niveau wil dus zeggen: wat er wordt aangevoerd is gelijk aan wat er wordt afgevoerd + lymfe.

Capillairen

Er zijn drie typen capillairen:

• Continue of gesloten capillairen – Deze capillairen komen met name voor in spierweefsel. De endotheelcellen zijn met elkaar verbonden door middel van inter-endotheliale junctions. Onder de endotheelcellen ligt de basale lamina.

• Gevensterde capillairen – Deze capillairen komen met name voor op plaatsen waar veel diffusie plaatsvind, bijvoorbeeld in de darmen en endocriene organen. De wand van het capillair bestaat uit een laag dunnen endotheelcellen met gaten. Onder de endotheelcellen ligt de basale lamina, die niet onderbroken is.

   

• Discontinue capillairen – Deze capillairen komen met name voor in de lever. Tussen de endotheelcellen zijn grote gaten aanwezig. Ook de basale lamina onder de endotheelcellen bevat openingen.

Lymfe

De belangrijkste functie van lymfe in de circulatie is het afvoeren van de overmaat aan interstitieel vocht. Dit is nodig omdat de filtratie uit de bloedvaten groter is dan de resorptie. Hierdoor blijft er vocht achter in de weefsels. Andere functies van het lymfestelsel: transport van afweercellen en vervoer van vetten die in de darm zijn geabsorbeerd.

De lymfestroom wordt op gang gehouden door weefseldruk en kleppen. Daarnaast kan de lymfe worden voortgestuwd door contractie en relaxatie van omliggende skeletspieren

Doorbloeding
De bloedtoevoer naar de verschillende capillaire vaatbedden beïnvloedt het uitwisselingsproces op capillair niveau. De doorbloeding wordt bepaald door de precapillaire weerstand en precapillaire sfincters. Deze worden beïnvloed door intrinsieke en extrinsieke factoren. Intrinsieke factoren hebben een lokaal effect. Voorbeelden zijn: weefselmetabolieten, autoregulatie en lokale chemische en humorale factoren. Voorbeelden van extrinsieke factoren zijn het autonome zenuwstelsel en hormonen.

Transportmechanismen

Er zijn verschillende mechanismen waarmee stoffen tussen bloed en weefsel kunnen worden uitgewisseld. Dit kan door middel van diffusie, carrier gemedieerd transport, paracellulair en transcytose.

Er zijn drie principes waardoor stoffen door het endotheel kunnen worden getransporteerd:

• Transcelullair transport – diffusie door het celmembraan en het cytosol. Dit is vooral het geval bij kleine ongeladen deeltjes.

• Paracellulair transport – difussie via inter-endotheliale junctions en spleten. Dit is dus diffusie tussen de cellen door. Dit is vooral het geval bij kleine hydrofiele deeltjes.

• Transcytose – transport door pinocytose, dus via transportblaasjes. Dit is vooral het geval bij macromoleculen (voorbeeld albumine) en hormonen.

Geneesmiddelen en oedeem

Zowel ISDN als enalapril kunnen worden gebruikt om oedeem tegen te gaan. Dit komt omdat beide farmaca vaatverwijdend werken en daardoor de perifere weerstand verlagen. Als gevolg hiervan daalt ook de hydrostatische druk in de capillairen, waardoor er minder vocht het vaatstelsel zal verlaten (minder filtratie).

En er juist treedt meer absorptie op. Op die manier zal er minder oedeemvorming optreden. ISDN zorgt voornamelijk voor veneuze vaatverwijding. Door dit medicijn te slikken zal dus de veneuze bloeddruk dalen. Enalapril zorgt voornamelijk voor arteriële vaatverwijding. Door dit medicijn te slikken zal dus de arteriële bloeddruk dalen,

Verdelingsvolume

Het verdelingsvolume (V_D):

hoeveelheid geneesmiddel in het lichaam (weefsel ) / concentratie in het plasma.
Het geeft aan in welke mate het geneesmiddel vanuit het plasma in de weefsels wil gaan. Hoe hoger V_D, hoe hoger de weefselconcentraties.

Het verdelingsvolume van digoxine is 7,3 L/kg. De concentratie in het weefsel is dus relatief hoog. Wanneer digoxine in combinatie met verapamil wordt gebruikt, zal de concentratie digoxine in het bloed sterk toenemen, doordat er concurrentie ontstaat. Beide medicijnen binden in het lichaamsweefsel niet selectief aan receptoren. Verapamil verdrijft een deel van het digoxine van de receptoren, waardoor de concentratie digoxine in het bloed stijgt. Hierdoor zal de concentratie richting toxisch niveau gaan en klachten van overdosering veroorzaken.

Bètablokkers en lipofilie

De verdeling van een farmacon wordt sterk bepaald door de lipofiliteit. Bètablokkers zijn als volgt onder te delen in mate van lipofiliteit:

• Hydrofiel: atenolol, celiprolol, esmolol, sotalol

• Lipofiel: acebutolol, betaxolol, bisoprolol, corvedilol, labetalol, metoprolol, nebivolol, oxprenalol, pindolol

• Zeer lipofiel: propranolol

Het V_D van metoprolol is 4-5 L/kg.

Wanneer bètablokkers een hoge lipofiliteit hebben, kunnen ze snel weefsels binnendringen en bijwerkingen veroorzaken. Zo kan een lipofiele bètablokkers als metoprolol ook de bloed-hersenbarrière passeren en bijwerkingen veroorzaken als nachtmerries en slaapstoornissen. Deze bijwerkingen kunnen verminderd worden door een minder lipofiele bètablokker voor te schrijven, zoals atenolol.

Oorzaken van oedeemvorming

Wanneer men voortdurend stil zit of lang staat, kan er oedeemvorming optreden omdat vocht door de zwaartekracht en bij gebrek aan spieractiviteit in de benen blijft zitten.

Als men een deel van de huid verbrand heeft, kan er ook oedeem ontstaan. Dit komt omdat met beschadiging van de huid ook veel eiwitten uit de bloedbaan gaan, er zijn dus minder colloïden in het bloed. De colloïd-osmotische druk is dus afgenomen. Hierdoor is er over een langere periode filtratie en wordt de resorptie periode korter.

Er blijft dus meer vocht achter in het weefsel.

Een lymfeknoop zit in een baan van een lymfevat, door het weghalen van de knoop is het afvoersysteem onderbroken. Hierdoor kan het lymfe minder goed worden afgevoerd. Er blijft meer vocht in het weefsel achter. Het verwijderen van een lymfeknoop kan dus ook leiden tot oedeem.

Wanneer iemand een diep veneuze trombose heeft gehad, kan er oedeem ontstaan omdat de veneuze kleppen zijn beschadigd. De stroom terug omhoog is bemoeilijkt. De veneuze druk neemt toe. Hierdoor zal er meer filtratie zijn en minder resorptie. Er blijft dus meer vocht achter in het weefsel. Dit leidt tot oedeem.
 

Interactief College 1

Verdeling van farmaca

Onder de farmacokinetiek vallen de vier deelprocessen: absorptie, distributie, metabolisme en eliminatie (ADME). In dit Interactief College gaat het over distributie.

Distributie is het proces waardoor het geneesmiddel reversibel de bloedstroom verlaat en weefsel penetreert. Nadat er een concentratie in het bloed is opgebouwd, wordt door distributie vervolgens ook de concentratie in het weefsel verhoogd. Het is belangrijk dat het om een reversibel proces gaat, omdat het farmacon niet in het weefsel moet blijven hangen.

Basisconcept

Nadat het geneesmiddel wordt toegediend, komt het in het bloed terecht. Het farmacon is opgelost en kan dus alleen uitwisselen in hydrofiel milieu. Deze uitwisseling vindt daarom plaats in het capillair vaatbed. De doorbloeding van weefsel speelt een belangrijke rol bij de distributie van geneesmiddelen. Goed doorbloede organen zijn o.a. de lever, nieren, hersenen en het hart. Dit betekent niet dat het farmacon hier al snel ophoopt, want dit is ook sterk afhankelijk van de membraanpassage in organen.

Deze passage wordt beïnvloed door de lipofilie, de grootte van het molecuul en de polariteit van het farmacon. Met membraanpassage wordt bedoeld dat een farmacon eerst over het endotheel van een capillair heen moet en vervolgens ook nog over het celmembraan van een weefselcel moet.

Verdeling

De verdeling van farmaca wordt onder andere bepaald door de bloedflow door organen en de passage van bloed-weefselbarrière. De eerste barrière is het endotheel, tussen het capillair en het interstitium. Tussen het interstitium en de cel bevindt zich een tweede barrière: het celmembraan.

Passage in capillairen

Capillairen hebben een groot oppervlak en een geringe bloedstroomsnelheid. In principe is er een goede uitwisseling tussen bloed en interstitium. De permeabiliteit is afhankelijk van het type endotheel. Verschillende types zijn:

• Transcytotische systemen (vaak)

• Fenestratie – endotheelcellen met gaten: vooral in darm, endocriene klieren.

  De basale lamina heeft geen gaten.

• Nauwelijks barrière, endotheelcellen met grote fenestratie en gaten in de basale lamina – met name in de lever

• Specifieke barrière – met tight junctions (BHB)

Na passage door het endotheel, moet het farmacon het membraan tussen het interstitium en de cel passeren. In de tweede barrière speelt membraantransport een belangrijke rol. Er is sprake van zowel passieve diffusie als carrier gemedieerd transport. Passieve diffusie is afhankelijk van de molecuulgrootte, lipofilie/hydrofilie (log P waarde) en de ionisatiegraad. Ongeveer 10-15% van de geneesmiddelen gaat via carrier-gemedieerd transport de membraan over. Dit gaat via transporteiwitten, is verzadigbaar en energie afhankelijk.

Plasma-eiwitbinding

Plasma-eiwitbinding is erg belangrijk. In plasma komt het geneesmiddel in twee vormen voor: gebonden aan een transporteiwit en ongebonden. Alleen het vrije geneesmiddel kan in weefsels terecht komen en binden aan receptoren. Farmaca binden met name aan albumine (de zure geneesmiddelen) en ₁-zuur-glycoproteine (de basische geneesmiddelen). De binding is reversibel. De gebonden fractie is beperkt tot het plasma en is daarom inactief. Er kan sprake zijn van competitie op bindingsplaatsen bij toediening van meerdere farmaca.

Weefselbinding

Sommige geneesmiddelen hebben een sterke weefselbinding (bijv. digoxine). Soms kan er op het niveau van weefselbinding een interactie optreden (bijv. digoxine met verapamil). Verapamil wil aan dezelfde myofilamenten binden als digoxine. De enige weg die digoxine op kan, is richting de bloedbaan. De specifieke binding neemt dan ook toe. Er kan toxiciteit optreden, omdat de dosering van digoxine te hoog is geworden bij combinatie digoxine en verapamil.

Verdeling is dus afhankelijk van het orgaan (type endotheel, doorbloeding), membraanpermeabiliteit, plasma-eiwitbinding en weefselbinding.

Verdelingsvolume

Het verdelingsvolume is een kwantitatieve parameter in de farmacokinetiek. Het V_d is het theoretische volume vloeistof dat nodig is om de totale hoeveelheid farmacon in het lichaam (A_b) op te lossen in eenzelfde concentratie als aanwezig in bloed/plasma (C_p). Het is een maat om aan te geven hoe graag een geneesmiddel de bloedbaan wil verlaten en het weefsel in wil gaan.

Zie formule 8 (in formuleblad in bijlage)

Het verdelingsvolume kan boven het daadwerkelijke bloedvolume uitkomen en is daarom fictief.
Heparine heeft een verdelingsvolume van 5 L/kg, dus zit dit farmacon alleen in de bloedbaan (5L). De eigenschappen van heparine: hydrofiele, geladen macromolecuul dat niet over de membraan heen kan.

Fluoxetine: veel meer weefselopname, omdat het verdelingsvolume hoger is (2000L/kg). Het gaat om een aspecifieke weefselbinding en waarschijnlijk is dit farmacon zeer lipofiel. Waarschijnlijk is dit geneesmiddel veel te vinden in vetweefsel (lipofiel).

Ons lichaam bestaat voor ongeveer 60% uit vocht. Het geneesmiddel moet zich over de vloeistofcompartimenten verdelen: intracellulair (25 L(40%)), interstitieel (10 L (15%)) of in het bloed (5L (8%)).

Zie formule 9 (in formuleblad in bijlage)

V_p = plasmawater = 3 liter

V_T = totaal lichaamswater – plasmawater = 41L – 3L = 38L

f_u,p = ongebonden fractie in plasma

f_u,T = ongebonden fractie in weefsel

Wanneer de breuk gelijk aan 1 is, is het verdelingsvolume gelijk aan het totale lichaamsvolume. Wanneer de breuk kleiner is dan 1, is er sprake van meer plasma-eiwitbinding, met een kleiner V_d als gevolg. Als de breuk groter is dan 1, wordt het farmacon sterk gebonden in het weefsel, wat een groter V_d oplevert.

Wanneer er sprake is van sterke eiwitbinding (bijv. 97%) en er vindt reductie plaats met 3% vanwege een interactie, wordt de effectieve plasmaconcentratie 2x zo groot, namelijk an 3% naar 6%! Dit heeft dus het effect van dosisverdubbeling.

Bij matige binding (70%) en reductie met 3%, komt er geen 30%, maar 33% vrij voor in het plasma. De effectieve plasmaconcentratie is dus ongeveer gelijk gebleven.

Bij competitie zijn de gevolgen voor farmaca die sterk eiwitgebonden zijn dus groter dan voor matig eiwitgebonden farmaca.

Bloedhersenbarrière

De bloedhersenbarrière is de fysische barrière tussen het bloed en de hersenen. Dit is de tweedelijns protectie voor de hersenen. De structuur van hersencapillairen is anders, omdat hier sprake is van tight junctions. Voor veel geneesmiddelen zijn er selectie transportmechanismen. Er is geen sprake van transcytosis. In het geval van diffusie zijn molecuulgewicht, ionisatie, pH en lipofilie van belang. Een andere tweedelijns protectie is de placenta.

Interactive physiology

Blood vessels en structure

Een bloedvat heeft drie lagen, ook wel tunica genoemd:

• tunica intima, bestaande uit endotheel. Dit is de binnenste laag.

• tunica media, bestaande uit gladde spiercellen en elastine.

• tunica adventitia, bestaande uit collageenvezels.

Ook in bloedvaten zijn verschillen te zien.

Capillairen bestaan alleen uit een tunica intima (endotheelcellen).

Een arterie loopt van het hart af. Een arterie heeft alle drie de lagen. De tunica media is echter opvallend dik.

Een vene loopt naar het hart toe. Een vene heeft en dunne wand en heeft kleppen. Venen hebben drie lagen.

In de circulatie gaan elastische arteriën bijvoorbeeld de aorta van het hart af. Dan gaat de bloedstroom over op musculaire arteriën. Daarna komt het bloed in de kleinste arteriën genaamd arteriolen. Vanuit de arteriolen komt bloed in de capillairen. Hier vindt uitwisseling plaats. Capillairen monden uit in venulen. De venulen komen samen in venen. Venen lopen naar het hart.

Er zijn drie groepen arteriën.

Ten eerste zijn er elastische arteriën. Dit is de aorta met zijn vertakkingen. Deze bloedvaten liggen het dichtst bij het hart, waardoor ze de grootste druk ervaren als het hart bloed wegpompt. Deze groep heeft de grootste hoeveelheid elastine, zodat de arteriën kunnen uitrekken. Wanneer het hart ontspant gaan de vezels meer naar elkaar toe om het bloed voorwaarts te stuwen.

Daarnaast zijn er musculaire arteria. In deze arteriën begint de bloeddruk al te dalen ten opzichte van de elastische arteriën. Musculaire arteriën brengen bloed naar specifieke organen. In verhouding tot elastische arteriën hebben musculaire arteria meer gladde spiercellen en minder elastine in de tunica media. Vasomotorvezels reguleren de activiteit van de gladde spiercellen in de tunica media. Bij activatie van de vezels, treedt er vasoconstrictie op in de musculaire arteria. Kleine veranderingen in diameter hebben een groot effect op de bloedstroom en bloeddruk door de musculaire arteria.

Tenslotte zijn er arteriolen. Hierin vindt het grootste drukverval plaats. Arteriolen hebben namelijk de grootste weerstand tegen de bloeddruk. Wanneer het bloed in de arteriolen is, pulseert het niet meer. Arteriolen zijn de kleinste arteria.

De grotere arteriolen hebben drie lagen. De tunica media bestaat vooral uit gladde spiercellen. De kleinere arteriolen bestaan uit gladde spiercellen die de tunica intima omringen.

In de capillaire heerst een lage bloeddruk. Wanneer er een hoge bloeddruk zou heersen, zouden de capillairen scheuren. Daarnaast zouden er te veel opgeloste vloeistoffen uit de bloedstroom geduwd worden. Capillairen bestaan alleen uit een dunne tunica intima. Deze dunne vaatwand is handig voor de uitwisseling van materialen tussen bloed en weefsel. Capillairen liggen meestal samen in capillairbedden.

De capillairen komen uit in venulen. In de venule blijft de bloeddruk dalen. Venulen hebben een dunne tunica adventitia en bijna geen tunica media. De venulen bestaan uit endotheel met een paar fibroblasten.

Uiteindelijk komt het bloed in de venen. In venen heerst een hele lage druk. Door die lage druk kunnen ze vele dunnere wanden hebben dan arteria zonder dat de wanden scheuren. Naast een dunnere wand hebben venen ook een groter lumen. Venen vormen zich waar de venulen samenkomen. Venen hebben bloedvaten die bestaan uit alledrie de tunica, waarvan de tunica adventitia de meeste ruimte in beslag neemt. De lage druk in de venen brengt speciale aanpassingen met zich mee om het bloed toch naar het hart te laten stromen:

• Kleppen: deze kleppen worden gevormd door vouwingen van de tunica intima. De kleppen komen vooral in de ledenmaten voor, waar het bloed tegen de zwaartekracht in stroomt. De kleppen zorgen ervoor dat het bloed één richting opgaat en voorkomen daarmee terugstromen.

• Musculaire pomp: contraherende skeletspieren drukken tegen de venen, waardoor het bloed gedwongen wordt door de kleppen te gaan. De kleppen zorgen er vervolgens voor dat het bloed niet meer terugstroomt.

• Respiratoire pomp: tijdens de inademing daalt de druk in de thoraxholte. Tegelijkertijd stijgt de druk in de buikholte, waardoor de buikvenen verdrukt worden. De ongelijke druk creëert een zuigeffect omhoog (richting thorax), waardoor het bloed richting hart gaat.

Measuring blood pressure

De bloeddruk geeft een belangrijke indicatie van de vasculaire gezondheid. De bloeddruk wordt beïnvloed door de contractieactiviteit van het hart en de activiteit van de bloedvaten. De bloeddruk is de druk die het bloed uitoefent tegen de vaatwand. De pompende actie van het hart genereert een bloedstroom. Bloeddruk is het resultaat wanneer de bloedstroom weerstand van de bloedvaten ondervindt.

In de bloedvaten heerst een laminaire stroom. Dit houdt in dat bloedcellen in het centrum van het bloedvat sneller stromen dan aan de vatkant. Dit komt door de weerstand tussen bloed en vaatwand. De bloeddruk fluctueert bij elke hartslag. De pols die je voelt is eigenlijk een drukgolf die vanaf het hart door de arteriën gaat.

De systolische druk is het resultaat van de ventriculaire contractie en is de maximale druk van het bloed tegen de vaatwand. Normaal is deze bloeddruk ongeveer 120mmHg.

De dicrotic notch is een onderbreking van de bloedstroomlijn in de grafiek. Deze onderbreking komt door een korte terugstroming van het bloed, waardoor de semilunaire kleppen sluiten (ventriculaire relaxatie).

De diastolische druk is de laagste druk die in een arterie voorkomt. Het is het resultaat van de ventriculaire diastole. De waarde van de diastolische druk ligt rond de 80mmHg.

De polsdruk geeft het verschil aan tussen de systolische druk en de diastolische druk:

Aan je pols is dan een 'throb'-gevoel te voelen.

De gemiddelde arteriële bloeddruk (mean arterial pressure = MAP) is een berekend gemiddelde druk in de arteriën. De gemiddelde bloeddruk is te berekenen met:

Zie formule 10 (formuleblad in bijlage)

Tijdens een bloeddrukmeting wordt een arterie tijdelijk bekneld door middel van een band. De druk van de band is dan groter dan de bloeddruk in de arterie. Wanneer de band rustig leegloopt, is de arterie nog steeds bekneld, maar loopt er wel bloed doorheen. Met de stethoscoop is dan de turbulentie van de bloedstroom te horen. Wanneer de druk van de arterie hoger wordt dan de druk van de band, is er niks meer door de stethoscoop te horen.

De band wordt tijdens de bloeddrukmeting eerst opgepompt tot 140mmHg. De systolische waarde kun je noteren wanneer je de eerste geluiden via de stethoscoop hoort. Als de geluiden weg zijn, heb je de diastolische waarde gevonden.

Factoren die de bloeddruk beïnvloeden

Bloedcellen en bloedplasma zorgen voor de eerste factor die de bloeddruk beïnvloedt, namelijk de weerstand. Wanneer bloedcellen en bloedplasma in contact komen met de vaatwand, ontstaat er een perifere weerstand. Als de weerstand groter wordt, is er een grotere druk nodig om het bloed te laten stromen. De weerstand is afhankelijk van:

• vatdiameter. Bij een kleine diameter stroomt er meer bloed langs de wand. Dit geeft een grotere weerstand, wat weer een hogere bloeddruk tot gevolg heeft. Vasomotorische vezels innerveren bloedvaten, waardoor er vasoconstrictie optreedt. Deze vezels laten dan noradrenaline vrij. Noradrenaline is een vaatvernauwer. Vasoconstrictie wordt ook gereguleerd door bloodborne vasoconstrictors, zoals angiotensine II en vasopressine.

• viscositeit van het bloed. Hoe stroperiger het bloed is, hoe moeilijker het stroomt. Dit heeft een hogere bloeddruk tot gevolg. De hematocrietwaarde beïnvloedt de viscositeit.

• totale lengte van het bloedvat. Vetweefsel heeft veel bloedvaten nodig om in alle voedingsstoffen voorzien te zijn. Veel vetweefsel beïnvloedt dus de totale lengte van bloedvaten in het lichaam. Hoe langer de totale lengte van de bloedvaten, hoe groter de weerstand en hoe hoger de bloeddruk.

De tweede factor die bloeddruk kan beïnvloeden is elasticiteit van de vaten. Gezonde, elastische arteriën kunnen uitzetten en zo de schok van de systolische bloeddruk absorberen. Doordat de elastische wand teruggaat naar de oorspronkelijke vorm, wordt de bloedstroom ook tijdens diastole behouden. Bij atherosclerose kunnen arteriën niet meer uitzetten, omdat ze verkalkt en stijf zijn geworden. Deze vaten hebben daardoor hogere drukken te verduren.

De derde factor die de bloeddruk kan beïnvloeden is bloedvolume. Als het bloedvolume groter is, is er meer bloed dat tegen de wand kan stromen. De bloeddruk stijgt als reactie hierop.

Een vermindering in het bloedvolume, bijvoorbeeld door zweten, vermindert de bloeddruk op lange termijn. Lange termijn mechanismen compenseren dit echter. Een verhoogd bloedvolume, bijvoorbeeld bij het drinken van veel water na zout eten, verhoogt de bloeddruk op lange termijn. Lange termijn mechanismen compenseren dit ook. Ten slotte vormt de cardiac output de laatste factor die de bloeddruk beïnvloed. De cardiac output is de vermenigvuldiging van het slagvolume en de hartslag:

Autoregulation and capillairy dynamics

Door middel van autoregulatie regelen individuele organen zelf naar eigen behoefte hun eigen bloedvoorziening. Wanneer de capillairen met bloed gevuld zijn, vindt er uitwisseling plaats tussen bloed in de capillairen en weefselcellen. Autoregulatie blijft werken, zolang de gemiddelde arteriële druk hoog genoeg blijft. Organen kunnen dan op elk willekeurig moment de binnenkomende hoeveelheid bloed reguleren.

Die regulatie gebeurt in de capillairbedden. Een arteriole brengt zuurstof en voedingstofrijk bloed naar capillairen. Een shunt is een vezel die het bloed vanuit de arteriën direct verbindt met een afvoerende venule. Capillairen zijn vertakkingen van de shunt die aan het eind van de shunt ook weer met de shunt samensmelten. In de capillairen vindt materialenuitwisseling plaats. Precapillaire sfincters regelen de relatieve hoeveelheid. De precapillaire sfincters liggen aan het begin van een capillair en werken als kleppen. De precapillaire sfincters reageren op chemische stoffen.

De sfincters gaan open bij:

• weinig zuurstof in het bloed

• veel CO₂ in het weefsel

• een lage pH (hoge H⁺ concentratie)

• tekort aan voedingsstoffen

• hoge lichaamstemperatuur (koorts)

Lokale, fysieke factoren, zoals veranderende bloedvolume en bloeddruk kunnen ook als autoregulatie stimuli werken op de arteriolen.

Wanneer de bloeddruk laag wordt, wordt de rek in de arteriolen minder, waardoor de sfincters openen. Een hoge bloeddruk zorgt dan voor het sluiten van de sfincters.

Uitwisseling in capillairen gebeurt tussen bloed en weefselcellen. Een aantal karakteristieke structuren van de capillairen helpen het transportproces:

• cytoplasmatische vesicles vervoeren stoffen door de endotheelwand.

• fenestraties in endotheelcellen kunnen open gaan voor vloeistoffen en oplossingen.

• spleten tussen endotheelcellen.

De meeste opgeloste stoffen bewegen door middel van diffusie langs de capillairwand. Vetoplosbare stoffen, zoals zuurstof en koolstofdioxide, kunnen gemakkelijk door de membraanwand door diffunderen. Sommige moleculen, die niet in vet oplosbaar zijn, worden via exocytose (in blaasjes) door de capillairwand vervoerd. Wateroplosbare stoffen (aminozuren, suikers) diffunderen vanuit de capillairen door met vloeistof gevulde spleten of fenestraties.

De grootste vloeistofstroom in de capillairen heeft niets te maken met nutrienten of gaswisseling. De grootste vloeistofstroom is namelijk belangrijk voor het bepalen van de relatieve hoeveelheid vloeistof in bloed en weefsels. Interstitiële vloeistoffen worden opgevangen door lymfevaten. De lymfevaten brengen deze vloeistoffen uiteindelijk weer terug naar de bloedbaan. Wanneer de hoeveelheid vloeistof in de weefsels varieert, verandert de afstand die de opgeloste stoffen moeten afleggen tussen bloed en weefsel proportioneel.

Vloeistofstroom is de balans tussen hydrostatische en osmotische druk. Hydrostatische druk is de druk die een vloeistof uitoefent op de wand. Capillaire hydrostatische druk (HP_c) is gelijk aan de bloeddruk in capillairen. HP_c heet ook wel filtratiedruk, omdat het vloeistof uit de capillairen drukt. Door wrijving in de capillaire wanden, wordt de HP_c aan het eind van het capillair (bij de venule) lager dan aan het begin van de capillair. In theorie is de hydrostatische druk in de interstitiële ruimte even groot en tegen gesteld aan HP_c. Omdat de interstitiële vloeistof heel snel wordt opgenomen in de lymfevaten, is de HP_if erg laag. De netto HP bereken je met:

Zie formule 11 (formuleblad in bijlage)

De netto hydrostatische druk drukt vloeistof de capillairen uit.

De osmotische druk (OP) trekt water aan door middel van grote niet-diffunderende opgeloste middelen in de bloedbaan, zoals eiwitten. Hoe hoger de opgeloste concentratie middelen in de bloedbaan, hoe meer de oplossing water de capillairen in trekt. Door de hoge concentratie plasma-eiwitten heeft capillairbloed een relatieve hoge osmotische druk (OP_c), waardoor het water en vloeistoffen de

capillairen in trekt. Interstitiële vloeistoffen bevatten weinig eiwitten, omdat de eiwitten die vrijkomen snel in de lymfevaten worden opgenomen. De interstitiële osmotische druk (OP_if), is daardoor erg laag. De netto OP bereken je met:

Zie formule 12 & 13 (formuleblad in bijlage)

Als de netto HP hoger is dan de netto OP, verlaat vloeistof de capillairen. Dit gebeurt in het arteriële einde van een capillair. Als de netto OP hoger is dan de netto HP, gaat vloeistof de capillairen in. Dit gebeurt bij het veneuze einde van een capillair.

Week 3

Voorcollege Anatomie

De cavitas thoracica bestaat uit drie compartimenten: het mediastinum (midden) en de cavitas pleuralis aan beide kanten (links en rechts). In de linker en rechter cavitas pleuralis liggen de longen. De longen zijn omgeven door sereuze vliezen. De sereuze vliezen om de longen worden pleura genoemd. De pleura bestaat uit twee lagen die in elkaar overlopen: de pleura visceralis en de pleura pariëtalis. De pleura visceralis ligt om de longen heen. De pleura parietalis is vergroeid met de binnenkant van de thoraxwand. De pleura pariëtalis is op te delen in verschillende delen. Deze delen zijn:

• pleura costalis: het deel aan de kant van de ribben.

• pleura mediastinalis: het deel aan de kant van het mediastinum.

• pleura diaphragmatica: het deel aan de kant van het diafragma.

• pleura cervicalis: dit deel wordt ook wel cupula pleurae genoemd. Het is koepelvormig (cupula) en ligt boven de longtoppen tegen de nek aan. De longtop heet ook wel apex pulmonalis.

De sereuze vliezen met de longen erin kun je voorstellen als een ballon (pleura) waar je je vuist (longen) in drukt. Het gedeelte van de ballon dat direct tegen je vuist komt is de pleura visceralis. Het gedeelte van de ballon dat aan de buitenkant zit rond je vuist is de pleura pariëtalis. Tussen de twee pleura zit een holte gevuld met een laag vocht. Het ligamentum pulmonale is de omslagplooi waar de pleura visceralis overgaat in het pleura parietalis. Het ligamentum pulmonale verbindt de longen met het mediastinum en houdt de longen op z'n plaats. De hilus ligt in het ligamentum pulmonale. De hilus is de in- en uitgang van de long. Hier komen een vene, arterie en bronchus de longen binnen of verlaten de longen.

De pleura pariëtalis loopt niet helemaal netjes om de longen heen, waardoor er holten ontstaan tussen de pleura pariëtalis en de pleura visceralis die direct om de longen ligt.

Een holte wordt ook wel een recessus genoemd. De cavitas pleuralis kent twee holten:

• recessus costodiaphragmaticus (aan de voor, achter- en zijkant) Dit is de holte tussen de pleura visceralis en pleura pariëtalis, die zich bevindt tussen de ribben en het diafragma.

• recessus costomediastinalis (vooral aan de voorkant) Dit is de holte tussen de pleura visceralis en pleura pariëtalis, die zich bevindt tussen de ribben en het mediastinum.

De twee holten worden tijdens de inademing gevuld met longweefsel.

Tussen de pleura parietalis en het pericardium fibrosum loopt ventraal de n. phrenicus. De nervus phrenicus innerveert het diafragma. De zenuw is zowel motorisch als sensorisch. Het pericard en de pleura parietalis liggen op het diafragma. Het centrale deel van het diafragma bestaat uit pezen. Door het midden van het diafragma loopt de v. cava inferior. De oesofagus en aorta lopen door het gespierde (buitenste) deel van het diafragma. Het diafragma vormt een scheiding tussen de thorax en het abdomen.

Embryologie

De longen zijn tijdens de embryonale ontwikkeling ontstaan uit een uitstulping uit de voordarm. Dit longknopje ontstaat al rond de 25^ste dag. De longen hebben zich dus ontwikkelt uit het endoderm. Uit het longknopje groeit een buis, die zich steeds verder gaat vertakken. Zo ontwikkelen zich de bronchiën en het longweefsel. Uit het mesoderm ontwikkelt zich de pleura visceralis en de bloedvaatjes die rond de longen liggen.

De longen worden omgeven door andere structuren. Elke zijde van de long heeft een andere naam gekregen:

• facies costalis: kant van de ribben

• facies diaphragmatica: kant van het diafragma

• facies medialis. Deze zijde is weer onder te verdelen in een pars vertebralis (deel aan de wervelkant) en pars mediastinalis (aan de mediastinumkant).

In de linkerlong zijn twee kenmerkende vormen waar te nemen. De long heeft een inkeping, die de incisura cardiaca wodt genoemd. In deze inkeping is het hart gelegen. Onder het hart ligt weer een klein stukje long, genaamd lingula. Lingula is Latijns voor tong.

Tussen de linker- en rechterlong bestaan verschillen. De linkerlong bestaat uit twee kwabben en de rechterlong bestaat uit drie kwabben. De linkerlong heeft één fissura en de rechterlong heeft er twee. Beide longen hebben een fissura obliqua (verloopt schuin). De fissura horizontalis scheidt de rechterlong bovendien nog in een lobus superior en een lobus medius. De fissura obliqua verdeelt de rechterlong verder in een lobus medius en een lobus inferior. De fissura obliqua in de linkerlong verdeelt de linkerlong in een lobus superior (met incisura cardiaca en lingula) en een lobus inferior. De fissuren lopen helemaal rond. De pleura visceralis blijft ook in de fissuren om de long lopen.

Op basis van de vertakkingen van de bronchiaalboom kan elke lob nog onderverdeeld worden in drie segmenten. De luchtweg begint in de trachea. Daarna splitst de trachea voor de eerste keer in een linker en rechter bronchus (bronchus principalis). Vervolgens vertakt de bronchus principalis in meerdere van bronchus lobaris. Vervolgens vertakt een bronchus lobaris weer tot bronchus segmentalis. Op basis van deze vertakkingen kunnen de lobben verder worden opgedeeld in 10 segmenten. Aan de linkerkant zijn dit er vaak iets minder. De indeling in segmenten is belangrijk bij operaties en is gebaseerd op de embryonale ontwikkeling.

De radix pulmonalis (longwortel) is het geheel van bloedvaten en lymfevaten, bronchiën en zenuwen die door het hilium ingaan en uitgaan. Het hilium is de toegangspoort gelegen in de facies mediastinalis, waar de bronchiën, zenuwen, bloedvaten en lymfevaten de longen binnengaan en verlaten.

Onder het hilium loopt het ligamentum pulmonale. Dit is de plek waar de pleura visceralis en de pleura pariëtalis bij elkaar komen.

In gebalsemde lichamelijke overschotten zijn impressies van de volgende organen op de longen te zien:

• het hart (linkerlong en rechterlong)

• aortaboog (linkerlong)

• v. cava superior (rechterlong)

• v. azygos (rechterlong)

• oesofagus (rechterlong)

In de afbeeldingen 1 en 2 zijn de mediale aanzichten van de linker- en de rechterlong te zien. De plaatsen van de verschillende impressie zijn aangeven.

Voorcollege Microscopie

Vanuit de mondholte gaat lucht de trachea in. De trachea is verstevigd door de C-vormige hyeline kraakbeenringen. Deze kraakbeenringen voorkómen dat de luchtpijp dichtklapt bij inademing. Gladde spiercellen verbinden de twee kraakbeenuiteinden. De gladde spiercellen kunnen de diameter van de trachea aanpassen.

Het epitheel van de trachea bestaat maar uit één laag cellen die allen op de basale lamina staan. Het wordt pseudomeerlaagig-epitheel genoemd, omdat in de eenlagige epitheellaag de celkernen niet allemaal op dezelfde hoogte liggen. Hierdoor lijkt het onder de microscoop of er meerdere lagen epitheelcellen aanwezig zijn. In werkelijkheid is dat dus maar één laag.

Tussen de epitheelcellen liggen slijmbekercellen die slijm produceren. Dit slijm vangt lichaamsvreemde deeltjes op en heeft zo een beschermende functie. Daarnaast bevochtigt het de langsstromende lucht. Dit is van belang voor de gaswisseling. Slijmbekercellen komen tot diep in de longen voor.

De epitheelcellen hebben trilhaartjes, die het geproduceerde slijm actief naar de mondholte vervoeren. Vanuit de mondholte gaat het slijm het strotklepje over en de slokdarm in. Trilhaartjes voorkómen dat het slijm in de longblaasjes terecht komt. De trilhaartjes worden cilia genoemd. De cilia verschillen van de microvilli in de darmen, doordat zij zelf kunnen bewegen.

Onder het epitheel ligt een submucosa met klierweefsel. Dit klierweefsel geeft zijn secreet af in de luchtpijp. Onder de microscoop zijn dan ook afvoergangen van dit klierweefsel te vinden. Het slijm heeft dezelfde functie als het slijm dat geproduceerd wordt door de slijmbekercellen. In de mucosa kunnen verder ook gastcellen worden aangetroffen, zoals mestcellen. Deze cellen verwijden vaten bij een infectie.

Onder de submucosa ligt nog een laagje met vezelig bindweefsel.

Vanuit de trachea gaat de lucht door de bronchus principalis en vervolgens door de bronchus lobaris. Daarna komt de lucht in de bronchus segmentalis. Na de bronchus segmentalis vervolgt lucht zijn weg door de bronchiolen. Bronchiolen hebben ook een epitheellaag met trilharen en slijmbekercellen. Ook is er een mucosa aanwezig. Kraakbeen is in de bronchiolen niet te vinden. Gladde spiercellen kunnen ook hier de diameter verkleinen.

De kleinste bronchiolen heten terminale bronchiolen. Terminale bronchiolen hebben nog alle eigenschappen van een bronchus (behalve het kraakbeen). Dit is het laatste traject voor de gasuitwisseling.

Na de terminale bronchiolen komt lucht in de respiratoire bronchiolen en alveolaire buizen en alveolaire sinussen. In de respiratoire bronchiolen stopt de bronchusstructuur plotseling. Hierin vindt al gasuitwisseling plaats. De echte uitwisseling vindt plaats in de alveoli die aan de respiratoire bronchiolen vastzitten. Een alveolus is opgebouwd uit een aantal onderdelen:

• Pneumocyt 1: is een heel dunne cel en zorgt voor afsluiting alveolus met buitenwereld.

• Pneumocyt 2: maakt surfactant, zodat de cellen niet uitdrogen. Deze cel heeft een grotere kern en heeft in zijn cytoplasma allemaal lichte puntjes (lamellar bodies), waarin surfactant zit. Surfactant gaat tussen de watermoleculen zitten om de oppervlaktespanning in een alveolus te verkleinen. Surfactant voorkomt zo dat de alveoli in elkaar klappen.

• Heel veel bloedvaatjes/capillairen: ze hebben een hele dunne wand, wat ten goede komt aan de gaswisseling. Bloedvaatjes zijn te herkennen aan de endotheelcellen en erytrocyten.

• Elastinevezels zijn heel veel aanwezig in alveolaire septa. Het komt op strategische plekken in alveolaire septa voor. Elastinevezels vormen samen met collageen een elastine fibro-elastisch framewerk.

• Alveolaire macrofaag: loopt over pneumocyten 1 en 2 heen. Macrofagen ruimen ziekteverwekkers op.

Zelfstudie hoorcollege

Wanneer een gezonde persoon rechtop zit en rustig ademhaalt, vindt de meeste gaswisseling plaats in de longbasis (onderaan). De ventilatie/perfusie-verhouding varieert per longgebied. De longbasis wordt het best geventileerd. De meeste lucht in gaat hier dus heen. Door de negatieve druk in de interpleurale ruimte wordt de long ontplooid gehouden. Door onze staande positie is de druk in de pleuraholte aan de bovenkant negatiever dan aan de onderkant. Dit komt doordat de zwaartekracht de vloeistof naar beneden drukt. Als gevolg verschilt de grootte van de alveoli in rust van boven naar beneden. In de longtop zijn de alveoli in rust het grootst door de negatievere interpleurale druk. In de longbasis zijn zij veel kleiner. In de longtop is de weerstand kleiner, maar doordat de longblaasjes al groter zijn, past er maar weinig extra lucht bij. In de longbasis zijn de longblaasjes nog kleiner in rust. Hier kan dus nog veel meer lucht bij. De lucht zal dus als eerste naar de longtop gaan, maar de meeste lucht in liters gaat naar de longbasis. Hier vindt dan ook de meeste gaswisseling plaats. Ook zijn in staande positie de onderste longdelen beter doorbloed. Wanneer een gezond persoon in een vliegtuig stapt en het vliegtuig zal opstijgen, dan zal de druk in de cabine dalen.

Hierdoor zal het drukverschil dat bij inademing ontstaat, doordat de thoraxholte zich vergoot, minder groot zijn. Er zal minder lucht worden aangezogen. De ventilatie neemt af. Hierdoor zal de zuurstofspanning in het bloed enigszins dalen. Dit zal ook het geval zijn bij een persoon met COPD. Bovendien zal bij een lagere zuurstofspanning er minder zuurstof gebonden worden aan hemoglobine.

De totale hoeveelheid zuurstof in het arteriële bloed zal bij de COPD patiënt veel verder sterker dalen dan bij de gezonder persoon. In het bloed is zuurstof maar in geringe hoeveelheid in opgeloste vorm aanwezig. De rest is gebonden aan hemoglobine. De totale hoeveelheid zuurstof betreft zowel het gebonden als het opgeloste zuurstof. Deze hoeveelheid wordt ook wel de zuurstofcontent genoemd. Bij de gezonde persoon daalt de zuurstofspanning van 90mmHg tot 80mmHg. Dit zorgt nauwelijks voor verandering in de zuurstofsaturatie. We zitten nu in het ‘’horizontale gedeelte’’ van de saturatiecurve. Bij de COPD-patiënt daalt de zuurstofspanning van 70mmHg naar 60mmHg. In de saturatiecurve is te zien dat deze daling wel tot een groter verschil in zuurstofsaturatie leidt. De COPD-patiënt zal dus uiteindelijk veel minder zuurstof in zijn bloed hebben.

Wanneer een gezond persoon zich gaat inspannen, nemen het ademminuutvolume en het hartvolume toe. Per tijdseenheid wordt er hierdoor meer koolzuur afgevoerd en zuurstof opgenomen. De verblijftijd van het bloed in de capillairen is nog steeds voldoende voor een volledige saturatie. De toename van het hartminuutvolume zorgt ook voor een stijging van de bloeddruk. Bloedvaatjes in de longen, die normaal gesproken door een te lage druk gecollabeerd zijn, zullen op gaan staan. Dit is vooral bovenin de longen, bij de apex. Er gaan dus meer longgedeelten meedoen aan de gaswisseling. Op deze wijze wordt ook nog extra zuurstof opgenomen en extra koolzuur afgegeven. Per tijdseenheid wordt er nu meer zuurstof naar de presterende skeletspieren gevoerd en de doorbloeding van de betreffende skeletspieren is toegenomen. Doordat er op deze plekken meer zuurstof wordt verbrand en meer koolzuur wordt gevormd, zal lokaal de koolzuurspanning stijgen. Ook kan er door anaerobe verbranding lactaat zijn vrijgekomen. Beide leiden tot een lokale pH daling. Hierdoor neemt de affiniteit van zuurstof voor hemoglobine op deze plekken af. Er wordt meer zuurstof afgegeven. Op deze plekken is dus meer zuurstofextractie.

Hoorcollege 5 en 6

Gaswisseling

Efficientie van de ventilatie

Ventilatie is de hoeveelheid lucht die per minuut wordt in- en uitgeademd. Dit is te berekenen door de hoeveelheid ingeademde lucht per ademhaling te vermenigvuldigen met de ademhalingsfrequentie. Per ademhaling adem je ongeveer 500 mL in (teugvolume). Een normale ademhaling is twaalf keer per minuut. Per minuut adem je dus ongeveer zes liter lucht in. Deze lucht gaat deels naar de alveoli en blijft deels achter in de dode ruimte. Dit laatste heet doderuimteventilatie. De doderuimteventilatie bevat lucht die niet meedoet aan de gaswisseling en is dus ‘’nutteloos’’. De nuttige (alveolaire) ventilatie beslaat zo’n 60%. De dode ruimte ventilatie bestaat uit ruimten waarin de lucht blijft staan. Onder de dode ruimte ventilatie valt onder andere het volume dat in de geleidende luchtwegen zoals de trachea blijft ‘’stilstaan’’. De geleidende luchtwegen hebben geen longblaasjes. Er kan hier dus geen gaswisseling plaatsvinden. Van het teugvolume komt 150-200 mL in de volume geleidende luchtwegen terecht. Daarnaast blijft er ook lucht in de alveoli staan, omdat niet alle lucht in de longblaasjes de snelheid heeft om de alveolaire wand via diffusie te bereiken. Dit deel van de lucht valt dus ook onder de doderuimteventilatie. Deze dode ruimte ventilatie heet ook wel niet-gaswisselende alveolaire ventilatie.
 

Om een efficiëntie gaswisseling mogelijk te maken moet er een goede verhouding tussen ventilatie en perfusie (bloedstroming) zijn. Op plekken waar er minder ventilatie dan perfusie is, treedt shunting op. Een deel van het bloed wordt niet van zuurstof voorzien. Op plaatsen waar meer ventilatie dan perfusie is, is er sprake van dode ruimte ventilatie. In een normale situatie is de verhouding tussen ventilatie en perfusie (V/Q) gemiddeld 0.8.. Dit wil zeggen dat je voor elke liter bloed die door je longen heen stroomt, 800 mL lucht inademt. Je longen ontvangen dus teveel bloed ten opzichte van de ventilatie. Je ventilatie kan dus bijna nooit bij inspanning een beperkende factor zijn. Bij verschillende ziekten kan de V/Q-verhouding worden aangetast.

Ventilatie

De ventilatie/perfusie-verhouding varieert per longgebied. De meeste ventilatie (in liters) gaat naar de longbasis. De eerste lucht gaat naar de longtop, omdat hier het minste weerstand is. Dit heeft te maken met het feit dat wij rechtop staan. De druk in de pleuraholte is onder normale omstandigheden negatief. Hierdoor wordt de long ontplooid gehouden. De druk in de pleuraholte is aan de bovenkant negatiever dan aan de onderkant. Als gevolg verschilt de grootte van de alveoli in rust van boven naar beneden. In de longtop zijn de alveoli in rust het grootst. In de longbasis zijn zij veel kleiner. In de longtop is de weerstand kleiner, maar doordat de longblaasjes al groter zijn, past er maar weinig lucht bij. In de longbasis zijn de longblaasjes nog kleiner. Hier kan dus nog veel meer lucht bij. De lucht zal dus als eerste naar de longtop gaan, maar de meeste lucht in liters gaat uiteindelijk naar de longbasis.

Perfusie

De meeste perfusie van de longen vindt plaats in de longbasis. De rechterharthelft is relatief zwak. Het levert maar lage drukken. Door die lagere drukken wordt het bloed slechter omhoog, richting longtop, gepompt. In de longtoppen is daardoor weinig perfusie. Daarentegen is het veel makkelijker om het bloed naar beneden, richting longbasis, te pompen. In de longbasis is dan ook veel perfusie.

In de longtop is de bloedstroom te verwaarlozen. De bloeddruk in de capillairen is kleiner danalveolaire druk waardoor de relatief hoge alveolaire druk de capillairen over de gehele lengte beknelt. De bloedstroom is minimaal. Er is wel ventilatie maar geen perfusie.

Hoe lager je in de longen komt, hoe meer bloedvaten er open staan. De ventilatie/perfusie-verhouding (V/Q) komt steeds dichter bij 1 te staan. De gaswisseling is optimaal.

Nog lager in de longen is de bloeddruk in de capillairen is veel groter dan de alveolaire druk (P_a). De capillairen staan zeer sterk open en zijn overvuld. Een deel van het bloed kan geen zuurstof binden, omdat dit deel niet bij de alveolaire wand in de buurt komt. De gaswisseling is niet optimaal. Er is sprake van shunting. Dat wil zeggen dat een deel van het bloed wordt niet van zuurstof voorzien.

Ventilatie/Perfusie

Bij een goedwerkende gaswisseling is de ventilatie afgestemd op de perfusie. Dit houdt in dat in ventilerende longgedeelten perfusie moet zijn. In niet-ventilerende longgedeelten moet juist geen perfusie zijn. De verhouding tussen ventilatie (V) en perfusie (Q) is normaal 0,8.

Zie formule 1 in het formuleblad (in de bijlage).
 

Bij ziekte ligt deze verhouding anders. Dit heet ventilatieperfusie-mismatch.

Naarmate je meer naar de longtop gaat, wordt de verhouding ventilatie/perfusie steeds hoger. Wanneer er wel ventilatie is, maar geen perfusie, is de uitkomst van de verhouding ventilatie/perfusie oneindig. De longen functioneren dan als dode ruimte. In het bloed heerst een hoge pCO₂, omdat de CO₂ in het bloed niet aan de longen kan worden afgegeven. Wanneer er geen ventilatie, maar wel perfusie is, is de verhouding nul. Dit is het geval laag in de longen. Door middel van shunting loopt bloed door naar de linkerharthelft, zonder in de longen zuurstof op te nemen. De pO₂ is dan laag. In een gezond persoon verloopt 5% van de cardiac output via shunts. Dit bloed neemt geen zuurstof op in de longen.

Anatomische dode ruimte

De anatomische dode ruimte wordt gevormd door de geleidende luchtwegen. De wand van de geleidende luchtwegen is te dik om gaswisseling te laten plaatsvinden. De anatomische dode ruimte heeft een constant volume. Dit ligt gemiddeld tussen de 150 en 200 mL.

De anatomische dode ruimte is te berekenen met de Fowler-single-breath-N₂-uitwas. Bij dit experiment ademt een proefpersoon 500 mL pure zuurstof in. Een deel van het zuurstof mengt zich met alveolair stikstof . Een deel van het zuurstof blijft ongemengd, dit blijft namelijk in de dode ruimte zitten. Zie afbeelding 3. Bij uitademing is te meten hoeveel pure zuurstof de proefpersoon uitademt en hoeveel zuurstof gemengd met stikstof (alveolaire lucht) de proefpersoon uitademt. De pure zuurstof zal het eerst uitgeademd worden, want in de longen geldt het principe 'last in, first out'. De overgang van dode ruimte ventilatie naar alveolaire lucht gaat geleidelijk.

Fysiologische dode ruimte

De fysiologische dode ruimte is de anatomische dode ruimte met daarbij de alveolaire dode ruimte. De fysiologische dode ruimte is te berekenen met de vergelijking van Bohr. Bohr ging bij zijn vergelijking uit van een longgebied met ventilatie maar zonder perfusie. Er is dan wel in- en uitstroom van lucht, maar de pulmonale vaten voeren geen CO₂ aan. De CO₂-loze lucht uit het bloed mengt zich met de overige CO₂-bevattende lucht. Hierdoor daalt de uitgeademde concentratie CO₂. In de formulevorm is dit:

Zie formule 2 in het formuleblad (in de bijlage).

Het deel dat de fysiologische dode ruimte inneemt van het expiratoire volume is te berekenen met deze Bohr vergelijking:

Zie formule 3 in het formuleblad (in de bijlage).

Wanneer het verschil tussen P_{a, CO2} en P_{e, CO2} heel groot is, is de dode ruimte groot en werken de longen slecht. Normaal is de doderuimteventilatie ongeveer 30% van het teugvolume. Is de dode ruimte ventilatie meer dan 40% van het teugvolume, dan is het pathologisch. Naarmate je meer inspant, worden de longen steeds effectiever. De dode ruimte kan dan dalen tot 20% van het teugvolume.

Doordat CO₂ erg goed door membranen heen kan diffunderen, zijn de P_{a, CO2} en de P_{art(erie), CO2} gelijk aan elkaar.

Zie formule 4 in het formuleblad (in de bijlage).

Tijdens hyperventilatie is de P_CO2 laag. Dit veroorzaakt respiratoire alkalose. Het teugvolume is dan te hoog en het doderuimtevolume klein.

Wanneer de P_CO2 juist heel hoog is, zoals bij hypoventilatie, is er sprake van respiratoire acidose. Bij hypoventilatie is het teugvolume te laag en het doderuimtevolume groot.

Shunting

De gehele cardiac output gaat vanuit de rechter harthelft door de longen. Bij inspanning neemt de cardiac output toe. De vaten zullen verwijden en er zullen bovendien ook meer vaten open gaat staan. Dit verschijnsel wordt recruitment en distensie genoemd. Dit is van belang, omdat de weerstand in de longvaten laag moet blijven. De bloeddruk moet lager zijn dan de colloïd osmotische druk, zodat er geen filtratie (= vochtuittreding) optreed.

Wanneer er in een zieke long wel een toenemende ventilatie is, maar geen toenemende perfusie, wordt een deel van het bloed niet van zuurstof voorzien. Er is dan sprake van een rechts-links shunt. Dit leidt tot desaturatie.

De shuntfractie kan gemeten worden. Vaak wordt het verschil tussen het alveolaire zuurstofgehalte en het arteriële zuurstofgehalte gebruikt. Hoe groter het verschil, hoe groter de rechts-links shunt en hoe meer desaturatie. Bij jonge gezonde mensen is de shuntfractie ongeveer 5%.

Gaswisseling

In de longen vindt gaswisseling plaats. Er is opname van zuurstof en afgifte van koolstofdioxide. Gaswisseling over de membranen vindt plaats door middel van concentratieverschil. Dit is de drijvende kracht. Het is dus een passief proces. Zuurstof is slecht oplosbaar in vet. Membranen zijn dus een barrière voor zuurstofmoleculen. Koolstofdioxide is erg goed oplosbaar in vet. Celmembranen vormen geen barrière voor koolstofdioxide.

De longen hebben een grote overcapaciteit. Al na een hele korte afstand door de longen is al het hemoglobine al gebonden en is de pO₂ haast 100%. Dit maakt het mogelijk dat de longen ook tijdens inspanning nog goed functioneren.

Diffusiecapaciteit

Het diffusieproces van zuurstof kan worden opgedeeld in twee compartimenten: de diffusie door de membranen en de binding aan hemoglobine.

De diffusiecapaciteit is een maat voor de gaswisseling. Deze wordt bepaald door:

• De membraanweerstand (D_m). Om vanuit de alveoli naar hemoglobine te gaan, moeten zuurstofmoleculen de interstitiële ruimte, bloedplasma, het cytoplasma van de rode bloedcel en endotheelcellen passeren. Een voorbeeld van een membraanafwijking is longemfyseem.

• Hoeveelheid hemoglobine (V_c).

De diffusiecapaciteit kun je meten met een testgas met een concentratie van 5%. Een proefpersoon ademt dit gas in en houdt de adem in. In die tijd bindt hemoglobine met het gas. Vervolgens ademt de persoon uit. In de uitgeademde lucht zit van het testgas nog een concentratie van 2%. De diffusiecapaciteit is het verschil tussen de begincapaciteit en de eindcapaciteit. Het testgas bevat koolstofmono-oxide.

De diffusiecapaciteit van zuurstof (Cv_O2) is niet meetbaar. De diffusiecapaciteit van CO is wel bekend en heeft dezelfde chemisch-fysische eigenschappen als zuurstof. CO heeft alleen geen backpressure. CO bindt extreem goed aan hemoglobine, Het bindt veel sterker dan zuurstof aan hemoglobine. Daardoor ontstaat er een 'sink'-conditie waarbij al het koolstof mono-oxide dat aangeboden wordt ook daadwerkelijk aan hemoglobine bindt. Binding aan hemoglobine is niet rate-limiting, want door de bloedstroom komt er telkens nog niet gebonden hemoglobine langs de alveoli. De diffusie van CO is dus geheel membraan-afhankelijk.

Bij een laag hemoglobine (Hb) heb je anemie. Een hoog COHb bijvoorbeeld door roken, geeft net zoals een laag hemoglobine een verminderde 'sink'conditie. De D_CO is dus afhankelijk van de hoeveelheid hemoglobine en de hoeveelheid al gebonden hemoglobine.

Zuurstof bindt minder goed aan hemoglobine in vergelijking met CO. Niet alles wat aangeboden wordt aan hemoglobine, wordt gebonden. Er is dus geen 'sink'-conditie. Hierdoor is de binding aan hemoglobine wel rate-limiting en is de diffusie van zuurstof afhankelijk van hemoglobine. Diffusie van zuurstof verloopt beter bij een lage bloedflow en een langere contacttijd tussen capillairen en alveoli.

Zuur-base evenwicht

In een normale situatie is er in ons lichaam sprake van een zuur-base evenwicht.

CO₂ + H₂O ↔ H₂CO₃ ↔ H⁺ + HCO₃^-

De zuurgraad in ons lichaam wordt door twee factoren bepaald: de concentratie bicarbonaat en de concentratie koolzuurgas. De concentratie bicarbonaat kan namelijk door de nieren worden beïnvloed en de concentratie koolzuurgas door de longen. De longen en de nieren kunnen dus de pH reguleren. Longen doen dit snel. Nieren doen dit langzaam. Dit systeem is een open buffersysteem. Het is een efficiënt systeem.

Wanneer er zuur in het lichaam wordt toegevoegd verschuift het evenwicht van bovenstaande reactie naar links. De concentratie CO2 zal stijgen. Als reactie zal er meer CO2 worden af geventileerd door de longen. Wanneer de concentratie CO2 stijgt, zal het evenwicht naar rechts verschuiven. Hierdoor stijgt de concentratie HCO₃^- en zal er meer eliminatie door de nieren plaatsvinden. Het evenwicht wordt hersteld.

Wanneer er zuur uit het lichaam verdwijnt, verschuift het evenwicht naar rechts. De concentratie CO2 daalt, waardoor de longen meer CO2 gaan vasthouden door hypoventilatie.

Voorbeelden waarbij het zuur-base-evenwicht wordt verstoord zijn bij inspanning en bij braken. Bij inspanning wordt lactaat gevormd. Via metabolisme wordt zuur toegevoegd aan het systeem. Het evenwicht verschuift. Er zal meer koolstofdioxide ontstaan. De longen voeren dit af. Bij veel braken raak je zuur kwijt. Je gaat hypoventileren om het evenwicht te herstellen.

De zuur-basestatus kun je beoordelen door te kijken naar het pH en naar de pCO2. Er zijn vier mogelijke afwijkingen:

• Metabole acidose (lage pH en lage pCO2): stapeling van zuur door bijvoorbeeld inspanning. Ter compensatie affilteren CO2.

• Respiratoire acidose (lage pH en hoge pCO2): stapeling van zuur door niet te ademen of door hoge dode ruimte ventilatie. Er is stapeling van CO2 door hypoventilatie. Ter compensatie is er een verhoging van HCO3-. Hierdoor kan de pH weer normaal worden. Er blijft echter wel een hoge pCO2.

• Metabole alkalose (hoge PH en te hoge pCO2): afname van zuur door bijvoorbeeld een stofwisselingsstoornis. Compensatie door CO2 vast te houden door hypoventilatie.

• Respiratoire alkalose (hoge PH en te lage pCO2): afname van CO2 die is veroorzaakt door hyperventileren. Compensatie door afname HCO3- waardoor het evenwicht zich weer zal herstellen.

In de afbeelding 4 (zie bijlage) zijn de mogelijke bevindingen in een grafiek weergeven.

Werkgroep 5

Mechanica van de ademhaling

Gezonde in- en uitademing

De inademing bij een gezond persoon wordt mogelijk gemaakt door contractie van het diafragma en de externe intercostaal spieren. Dit zijn de primaire inademingspieren.

Een normale ademhaling verloopt als volgt. Door het diafragma aan te spannen vlakt de diafragmakoepel af, waardoor de thoraxholte wordt vergroot. Door contractie van de externe intercostaalspieren wordt de borstkas opgetild. Door de contractie van deze spieren wordt de thoraxholte ook groter.

De intrapleurale druk (tussen viscerale en parietale pleura) is normaal gesproken negatief. De druk in deze ruimte ontstaat door de elastische eigenschappen van de longen en de borstwand. De longen hebben de eigenschap naar binnen te klappen. De borstwand heeft juist de eigenschap om naar buiten te veren. Er is een interactie tussen deze twee elastische eigenschappen, doordat zij indirect, door de met vocht gevulde interpleurale ruimte. met elkaar zijn verbonden. Er stelt zich een evenwicht tussen beide elastische krachten in. Bij dit evenwicht heerst er een bepaalde druk in de interpleurale ruimte. Deze druk is lager dan de buitenluchtdruk en wordt daarom als negatief beschouwd.

Wanneer de thoraxholte wordt vergroot, wordt de druk in de interpleurale ruimte nog verder negatief. De longen rekken zich daardoor ook uit. Hierdoor wordt de druk in de alveoli ook negatief ten opzichte van de druk van de buitenlucht. De lucht wordt hierdoor de longen in gezogen. Lucht stroomt namelijk van een gebied met een hoge druk naar een gebied met een lage druk. Dit is de inademing. Wanneer de druk in de alveoli weer gelijk is aan de monddruk (= buitenlucht druk) dan stopt de inademing.

De inademingspieren moeten een aantal krachten overwinnen om te kunnen inademen, namelijk:

• Zwaartekracht. Om de thoraxholte te vergroten is er elevatie van de ribben. Dit gaat tegen de zwaartekracht in.

• Elasticiteit van de longen en de thorax. De longen hebben de neiging om naar binnen te klappen. Bij inademing moet de longen juist verder uitzetten.

• Weerstand in de ademwegen.

Een maximale inademing gaat zittend makkelijker dan liggend. Dit heeft te maken met het feit dat door contractie van het diafragma de buikorganen naar beneden worden geduwd. Door het afvlakken wordt de thoraxholte groter, maar zou de buikholte kleiner worden. De organen in de buik hebben deze ruimte wel nodig en zullen dus naar buiten uitzetten. Dit gaat in zittende houding vrij gemakkelijk. De organen in de buik geven weinig tegendruk, waardoor het diafragma weinig weerstand heeft. In liggende houding geven de buikorganen door de zwaartekracht meer tegendruk, waardoor het diafragma meer weerstand heeft. Ook bij mensen met overgewicht en zwangere vrouwen leveren de buikorganen meer druk waardoor een inademing dus meer kracht zal kosten.

Spirogram (zie afbeeldingen 5 en 6 in de bijlage)

IRV = de hoeveelheid lucht, die na de normale inademing, nog extra kan worden ingeademd. De grootte is afhankelijk van het huidige longvolume, de longcompliantie, spiersterkte, comfort, de flexibiliteit van het skelet en de houding.

TV = de hoeveelheid lucht die de longen in en uitgaat gedurende één normale ademhaling (500 ml). Dit wordt ook wel het teugvolume genoemd.

ERV = de hoeveelheid lucht, die na de normale uitademing, nog extra uitgeademd kan worden. De grootte is afhankelijk van dezelfde factoren als de IRV.

RV = de hoeveelheid lucht die na maximale uitademing in de longen achterblijft. De grootte kan niet met spirometrie bepaald worden.

TLC = de totale hoeveelheid lucht die de longen kunnen bevatten. Het is dus de som van IRV, TV, ERV en RV.

IC = de maximale hoeveelheid lucht die met één ademhaling kan worden ingeademd. Het is dus de som van IRV en TV.

FRC = de hoeveelheid lucht die zich bij normale uitademing nog in de longen bevindt. Het is dus de som van ERV en RV.

VC = de maximale hoeveelheid lucht die de longen in en uit kan gaan. Het is dus de som van IRV, TV en ERV

Flow-volume curve

In een flow-volumecurve is het verloop van de flow weergegeven bij in- en uitademing.

Zie afbeeldingen 7 en 8 in de bijlage ter illustratie.

De uitademing wordt altijd positief weergegeven, de inademing negatief. De flow bij inademing neemt eerst snel toe, omdat de luchtwegen dan nog ver openstaan en de weerstand klein is. Het volume van de longen neemt vervolgens bij een constante flow toe. Vervolgens zal, wanneer de longen vol beginnen te raken, de weerstand toenemen en de flow geleidelijk afnemen. De inademing eindigt, wanneer de flow weer nul is. Nu begint de uitademing. De inademingspieren ontspannen en de uitademingsspieren contraheren waardoor de thoraxholte snel kleiner wordt. De druk wordt hoger en de weerstand van de luchtwegen is klein, doordat zij nog steeds open staan. De flow neemt hierdoor snel toe. Het volume wordt minder. Vervolgens wordt de flow steeds minder, doordat de druk steeds meer gelijk wordt aan de monddruk en de weerstand van de luchtwegen steeds groter wordt, doordat zij steeds meer vernauwen. De flow-volumecurve die hoort bij maximale inademing en maximale uitademing staat hieronder:

Compliantie

Met de compliantie van de long wordt de rekbaarheid van de long bedoeld. Het bepaalt hoe ver de alveoli uit te rekken zijn, dus hoeveel lucht de long in totaal nog in kan. Wanneer de compliantie hoog is, is er weinig drukverschil nodig om een volumeverandering in de long te veroorzaken. Wanneer de compliantie klein is, is er veel drukverschil nodig om een volumeverandering in de long te veroorzaken. De compliantie wisselt tijdens de inademing. Aan het begin van de inademing is de compliantie hoog. De longen kunnen nog ver uitrekken. Er kan nog veel lucht de longen in. Aan het eind van de inademing is de compliantie klein. De longen kunnen nog maar weinig uitrekken en er kan dus nog maar weinig lucht de longen in.

Zie ook afbeeldingen 9 en 10 in de bijlage.

Surfactant

Surfactant wordt geproduceerd door pneumocyten type II. Surfactants hebben zowel een hydrofiele als een hydrofobe kant. De surfactants organiseren zich zo, dat het hydrofiele deel naar het water wijst en het hydrofobe deel naar de lucht. Door de surfactants wordt de aantrekkingskracht tussen watermoleculen verminderd, waardoor de oppervlaktespanning wordt verlaagd. In de alveoli is dit van groot belang. Door de onderlinge aantrekkingskracht van watermoleculen, willen zij een zo klein mogelijk oppervlak innemen. Wanneer er geen surfactant zou zijn, zouden de alveoli door de aantrekkingskracht van de watermoleculen in elkaar klappen. Er zou dan geen diffusie en gaswisseling mogelijk zijn. Surfactants voorkomen dus dat de alveoli dichtklappen.

Astma en ademhaling

Bij astmapatiënten zijn de grote en kleine luchtwegen vernauwd, waardoor de weerstand in de luchtwegen toeneemt. De ademhalingsspieren zullen nu harder moeten werken om lucht te verplaatsen. Daarnaast is het zo dat een astmapatiënt op een hoger FRC-niveau ademt. Dit betekent dat er, op het moment dat de patiënt weer gaat inademen, meer lucht in de longen zit dan in een normale situatie. Doordat er meer lucht in de longen zit, is de mogelijkheid van de alveoli om verder uit te rekken kleiner (= kleinere compliantie). Bij een astma aanval is de compliantie van de longen dus afgenomen. Ook dit zorgt ervoor dat er meer energie geleverd moet worden om te kunnen ademen.

Forced vital capicity

Wanneer een persoon vanuit maximaal ingeademde toestand krachtig zal uitademen, zal naast het feit dat de luchtwegdiameter al afneemt, de transmurale druk over de luchtwegen sterk toenemen. Hierdoor neemt de diameter van de luchtwegen nog verder af. Sommige delen van de luchtwegen zullen hierdoor geheel afgesloten raken. Een deel van de lucht kan hierdoor niet uitgeademd worden. De inspiratoire vitale capaciteit is dus groter dan de forced vitale capaciteit.

Astma bronchiale

Een patiënt met astma bronchiale krijgt salbutamol voorgeschreven, omdat dit zorgt voor bronchodilatatie. Salbutamol is een agonist aangrijpt op de ₂-receptoren, waardoor intracellulair het cAMP toeneemt en de calciumconcentratie daalt.

Hierdoor vindt relaxatie van de gladde spiercellen plaats. Salbutamol is dus een selectieve β2-sympathicomimeticum.

FEV₁ is de hoeveelheid lucht die je in de eerste seconde van geforceerde expiratie wordt uitgeblazen vanuit een status van maximale inademing.Wanneer de FEV₁ lager is dan 80% is er sprake van een obstructie zonder dat de alveoli dichtklappen. Door spirometrie toe te passen bij patiënten met astma bronchiale, is vast te stellen in welke mate er sprake is van obstructie. De FEV₁ en FVC zullen voor het gebruik van salbutamol zijn verlaagd. De Tiffeneau-index (FEV₁/IVC x 100%) zal toenemen na het gebruik van salbutamol.

Longemfyseem

Normaal gesproken worden de kleinere luchtwegen opengehouden door de alveoli die neigen in te klappen. Bij mensen met emfyseem gaan elastinevezels, kraakbeenbekleding en scheidingslijnen tussen alveoli van de kleinere luchtwegen kapot. Hierdoor worden de kleinere luchtwegen minder goed opengehouden. Door de vernauwde luchtwegen is er grotere weerstand, waardoor de flow minder hoog is. Dit is ook het geval bij uitademing. Daarnaast zal er door het dichtklappen van delen van de luchtwegen, meer lucht in de longen achterblijven. De verandering van de flow-volumecurve ten opzichte van een normaal persoon zie je hieronder. De groene lijn in afbeelding 11 (zie bijlage) geeft de flow-volumecurve van een patiënt met longemfyseem aan.

Vocht in longen

Wanneer er vocht in de longen komt, zal het surfactant in de alveoli afnemen. Hierdoor neemt de oppervlaktespanning toe, waardoor de alveoli meer neigen tot samenvallen De straal van de alveoli neemt af. Daarnaast zijn de longen minder compliant. Als gevolg is er een grotere transmurale druk nodig om de alveoli te vergroten. Er is dus meer ademarbeid nodig.

Practicum ECG

De depolarisatie bij iedere hartslag begint bij de SA-knoop.

De P-golf geleidt over de atria en duurt 60-70 ms.

Het PQ-interval staat voor de geleidingsvertraging door de AV-knoop. Dit duurt 120-160 ms.

Het QRS-interval betekent de geleiding over de ventrikels. Dit duurt 60-120 ms.

De ventriculaire repolarisatie (T-golf) duurt bij vrouwen korter dan 450 ms en bij mannen korter dan 460 ms.

De P-golf staat voor de depolarisatie van de atria. Voor de P-golf geven alle Einthoven-afleidingen een positieve waarde. Voor alle afleidingen loopt de depolarisatiegolf dus naar de positieve elektrode. Vervolgens wordt het signaal vertraagd in de AV-knoop. Hier is dus voor alle drie de afleiding geen uitwijking te zien. Vervolgens wordt het septum gedepolariseerd. De depolarisatie loopt vanaf de linkerkant van het septum naar de rechterkant. Dit heeft als gevolg dat voor de Einthoven-afleidingen I en II de depolarisatie richting de negatieve elektrode loopt. Hier is dus een negatieve Q top. Voor Einthoven III is de depolarisatie wel richting de positieve elektrode. Hier is dus sprake van het begin van de positieve R-top. Einthoven III heeft dus geen negatieve Q top. Na de depolarisatie van het septum begint de depolarisatie van de kamers. Eerst wordt de onderkant van de kamers gedepolariseerd. Voor alle drie de afleidingen loopt de depolarisatiestroom richting de positieve elektrode. Dit draagt bij aan de positieve R-top. Vervolgens worden beide kamers geheel gedepolariseerd. De rechterkamer is eerder geheel gedepolariseerd dan de linkerkamer. De latere depolarisatie van de linkerkamer veroorzaakt in Einthoven III een negatieve uitslag: de S top.

De depolarisatievector van de kamers is het grootst in de richting van Einthoven II, daarom is de R-uitslag groter dan in Einthoven I en Einthoven III.

De gemiddelde oriëntatie van het QRS-complex en de T-top zijn in één afleiding meestal hetzelfde. Het QRS-complex is een depolarisatie, dus positieve stroom. Deze positieve stroom gaat naar een positieve elektrode, wat een positieve uitslag geeft. De T-golf is een repolarisatie, dus negatieve stroom. Deze negatieve stroom gaat richting een negatieve elektrode, dus geeft het ook een positieve uitslag. De richting van de repolarisaties is namelijk tegengesteld aan de richting de depolarisatie.

De verplaatsing van de elektroden van de bovenarm naar de onderarm heeft geen invloed omdat de huid dun is. Zolang er geen spieren aangespannen worden, maakt het niets uit. De arm werkt dan als een verlengde geleiding van het lichaam. De hoek waarin de arm ligt, geeft aan hoe het hart via de elektroden bekeken wordt.

Tijdens de ademcyclus maakt het hartritme een fysiologische sinusaritmie door. Bij de uitademing gaat de hartfrequentie naar beneden. Tijdens de inademing gaat de hartfrequentie omhoog. Er heerst tijdens de inademing een onderdruk in de borstkas, omdat het volume van de borstkas groter is.

Baroreceptoren registreren de bloeddruk via de rekking van de aortawand. Deze receptoren geven door dat de bloeddruk te laag is. Daardoor wordt het hartritme aangepast naar boven. Ook wordt tijdens de inademing de preload van het hart verhoogd. Het hart denkt dat het harder moet pompen en dus gaat de hartslag omhoog.

Skeletspieractiviteit is op een ECG duidelijk te zien bij beweging. Ook skeletspieren hebben een elektrische stroom nodig om spieren te activeren (actiepotentiaal). Het QRS-complex blijft ondanks skeletspieractiviteit te zien. Op het ECG veroorzaakt de spieractiviteit ruis.

De hartas is de gemiddelde vector van de depolarisatie. De hartas ligt normaal tussen de -30 en +90. De elektrische hartas kun je door middel van de Einthoven-afleidingen vinden. Je zoekt eerst de afleiding die de minste pieken over het geheel vertoont. De hartas staat loodrecht op die afleiding. Een hartas kan positief of negatief zijn. Kijk of de afleiding met de minste pieken negatieve of positieve pieken heeft. De hartas is positief als de afleiding met de minste pieken positieve pieken vertoont. De hartas is negatief als de afleiding met de minste pieken negatieve pieken vertoont.

Verschillen in oriëntatie en amplitude in de hartas kunnen aangeboren zijn of door trauma, hartinfarct of hypertrofie van het hart zijn ontstaan. Een ander voorbeeld is situs inversus, waarbij het hart gespiegeld in het lichaam ligt.

Zelfstudie practicum

De longen liggen in de thorax links en rechts van het mediastinum. Om de longen heen ligt een vlies: de pleura. De pleura bestaat uit een visceraal deel, dat direct om de longen heen ligt en een pariëtaal deel dat de binnekant van de thoraxwand bekleed. De longen zijn doormiddel van de radix en het ligamentum pulmonale aan de omgevende structuren bevestigd.

De pleura pariëtalis loopt niet helemaal netjes om de longen heen, waardoor er holten ontstaan tussen de pleura pariëtalis en de pleura visceralis. Een holte wordt ook wel recessus genoemd. De cavitas pleuralis kent twee holten:

• recessus costodiaphragmaticus (aan de voor, achter- en zijkant) Dit is de holte tussen de pleura visceralis en pleura pariëtalis, die zich bevindt tussen de ribben en het diafragma.

• recessus costomediastinalis (vooral aan de voorkant). Dit is de holte tussen de pleura visceralis en pleura pariëtalis, die zich bevindt tussen de ribben en het mediastinum.

Deze recessus worden gevuld met longweefsel bij maximale inspiratie

De radix (wortel) van de long is het deel waarmee de longen aan het mediastinum vastzitten. De radix bevat de bronchi (met bijbehorende vezels), de a. pulmonalis, vv. pulmonales inferior en superior, de longplexus (zenuwen) en de lymfevezels.

De hilus is de toegangspoort in de facies mediastinalis waar de bonchiën, zenuwen en bloed en lymfevaten de long binnekomen en verlaten.

De linker- en de rechterlong verschillen wanneer je kijkt naar het aantal kwabben, het aantal fissuren en de aanwezige impressies. De rechterlong heeft twee fissuren: de fissura obliqua en de fissura horizontalis. De linkerlong heeft alleen een fissura obliqua. Door de fissuren wordt de rechterlong in drie kwabben verdeeld: de lobus superior, lobus medius en lobus inferior. De linkerlong wordt verdeeld in een lobus superior en een lobus inferior. In de linkerlong zijn voornamelijk de impressies van het hart, de aortaboog en de aorta descendens goed te zien. In de rechterlong zijn de impressies van de oesophagus, de vena cava superior en de vena azygos goed zichtbaar.

De alveoliwand is opgebouwd uit pneumocyten type I en pneumocyten type II. Pneumocyten type 1 spelen een rol bij diffusie. Zij zijn zeer dun. Pneumocyten type II produceren surfactant. Deze stof verlaagt de oppervlaktespanning van water, waardoor de alveoli niet dichtklappen. Het surfactant, de elastinevezels en de collageenvezels zijn vooral tijdens de uitademing essentieel.

Practicum Anatomie

Tussen de longen bevindt zich het mediastinum. In het mediastinum liggen onder andere het hart, de grote vaten (aorta, vena cava superior en vena cava inferior), de trachea en de oesophagus. De pleura in de cavitas pleuralis ontstaan uit het mesoderm. De pleura visceralis (longvlies) ligt op het longoppervlak en omlijnt de longen. De pleura parietalis bevindt zich aan de binnenkant van de thoraxwand.

De longtop steekt uit in de cupula pleurae (pleurakoepel). De longtop reikt één tot twee cm boven het mediale 1/3 deel van de clavicula. De uitbreidingen van de pleuraholten (recessus) worden tijdens de inspiratie met longweefsel gevuld. Zie afbeelding 12 voor de recessus costomediastinalis en de recessus costodiafragmaticus.

Een patiënt met veel vocht in de pleuraholte (bijvoorbeeld bij hartfalen) wordt benauwd, doordat de longen niet meer goed kunnen uitzetten tijdens inademing. Een arts kan via drainage de patiënt van zijn benauwdheid afhelpen. Het teveel aan vocht wordt dan afgevoerd.

De radix van de long is het deel waarmee de longen aan het mediastinum vastzitten. De radix bevat de bronchi (met bijbehorende vezels), de a. pulmonalis, vv. pulmonales inferior en superior, de longplexus (zenuwen) en de lymfevezels.

De hilus is de toegangspoort in de facies mediastinalis waar de bonchiën, zenuwen en bloed en lymfevaten de long binnenkomen en verlaten.

Het dubbelblad tussen pleura parietalis en pleura visceralis vormt een soort meso en heet ligamentum pulmonale. Het dient als een ophangband van de longen.

De voorrand van de long (margo anterior) is scherp en kan in de recessus costomediastinalis uitwijken. Aan de linkerkant ligt een diepe inkeping genaamd incisura cardiaca. Deze bocht wordt veroorzaakt door het hart.

Waar het hart in het mediastinum ligt, maakt de pleura mediastinalis contact met het pericardium fibrosum. Tussen dit gedeelte van de pleura parietalis en het pericardium fibrosum loopt ventraal de nervus phrenicus, die het diafragma innerveert. Deze zenuw loopt voor de hilus langs.

Het diafragma heeft in het midden een peesplaat (centrum tendineum). Door het diafragma lopen de vena cava inferior, de aorta en de slokdarm/oesophagus. De vena cava inferior passeert het diafragma in de peesplaat. Dit is gunstig voor de vena cava inferior, want zo heeft de vena geen last van ademhalingsbewegingen. Bij elke ademhaling beweegt het diafragma naar beneden. De vena cava zou bij elke adembeweging bekneld komen te zitten. Doordat de vena cava door de peesplaat loopt, is dit niet het geval.

De facies costalis ligt aan de voorzijde van de longen. Hierin zijn impressies van de ribben zichtbaar. De facies diafragmatica is hol. De vlakke mediale zijde (facies medialis) kan onderverdeeld worden in het pars mediastinum (tegen mediastinum aan) en pars vertebralis (tegen wervels aan). In het pars mediastinum zijn impressies zichtbaar.

Zie afbeelding 13 in de bijlage ter illustratie:

• impressio cardiaca: ventraal van de hilus en ligamentum pulmonale.

• impressie van vena cava superior: voor en boven de hilus op de rechterlong.

• impressie van de oesofagus: achter de hilus op de rechterlong.

• impressie van vena azygos: boog over de hilus van de rechterlong heen

• impressies van arcus aortae en aorta descendens: boven en achter hilus op de linkerlong.

• impressie van a. subclavia: vlakbij de apex.

De aa. pulmonalis bevat zuurstofarm bloed. De vv. pulmonales stromen naar het linkeratrium. Onder de linker diafragmakoepel is op een röntgenfoto lucht te zien. Die lucht bevindt zich in de maag.

Zie ook afbeelding 14 in de bijlage ter illustratie.

Practicum microscopie

De kraakbeenringen houden de trachea open. Wanneer er geen kraakbeenringen aanwezig zouden zijn, zou de trachea bij uitademen dichtklappen.

Aan de binnenkant van de trachea ligt pseudomeerlagig trilhaarepitheel. Er is één laag epitheelcellen, die allen op de basale lamina liggen. De kernen liggen niet allemaal op één lijn. Vandaar dat dit epitheel pseudomeerlagig heet. Dit epitheel bevat trilharen, die slijm en lichaamsvreemde stoffen naar de mondholte vervoeren. Daar gaat het slijm met de stofdeeltjes en lichaamsvreemde stoffen het strotklepje over naar de oesophagus.

Tussen het trilhaarepitheel komen ook slijmbekercellen voor die slijm maken.

Microvilli zijn iets anders dan trilharen. Microvilli hebben als functie voedingsstoffen opnemen (bijvoorbeeld in de darm). Trilharen (cilia) transporteren stoffen. Trilharen zijn in staat actief te bewegen.

In de trachea wordt slijm geproduceerd door slijmbekercellen en door slijmkliertjes in de lamina propria onder het epitheel. Slijm in de trachea vangt lichaamsvreemde deeltjes op en voorkomt dat deze stoffen in de alveoli komen.

Bij het immobiel-ciliënsyndroom kunnen de trilharen niet bewegen. Mensen met dit syndroom hebben chronische neusholteontsteking en verwijde bronchiën.

Een groot deel van het longweefsel wordt ingenomen door de lumina van ductus alveolares en alveolen. Deze twee zijn van elkaar gescheiden door alveolaire septa. Een bronchiolus respiratorius is te herkennen aan klontjes epitheelcellen aan de randen. Zie onderstaande figuur voor bovenstaande termen.

Alveolaire macrofagen hebben een bruinige inhoud en bevinden zich vaak in de alveolaire ruimte en tegen de septa aan. Zie onderstaande figuur. Hier zijn ook de kernen van pneumocyten I en endotheelcellen te zien. Pneumocyten II hebben veel kleine, optisch lege vacuolen.

De macrofagen kunnen in de alveolaire ruimten komen door de verbindingen tussen endotheelcellen te verbreken en achter zich weer te sluiten. Op deze manier kan het zich tussen de sterk verbonden cellen door bewegen.

Elastine zit onder andere in de alveolaire septa. Als elastine kapot gaat, zoals bij longemfyseem, zijn de luchtruimte perifeer van de terminale bronchiolen vergroot, doordat de alveolaire wanden kapotgaan. De dode ruimte is dan veel groter. De ventilatie-perfusieverhouding is hoger dan 0,8. Iemand met emfyseem krijgt last van kortademigheid. Zie afbeelding 15, 16 en 17.

Werkgroep 6

Ademregulatie

Ademregelsysteem

De ademhaling wordt geregeld door een feedbacksysteem. In het arteriële bloed wordt voortdurend de zuurstofspanning, koolzuurspanning en de zuurgraad gemeten door receptoren. Voornamelijk de koolzuurspanning beïnvloedt de ademhaling. Er zijn twee typen chemoreceptoren: perifere en centrale. Perifere chemoreceptoren liggen in het glomus caroticum en in de aorta bodies. Beiden registreren de zuurstofspanning, maar zijn ook gevoelig voor koolzuurspanning en pH. Wanneer een afname van PaO₂, een hoge PaCO₂ of een lage pH wordt geregistreerd, neemt de ventilatie toe. De precieze locatie van de centrale chemoreceptoren is onbekend, waarschijnlijk liggen deze receptoren aan de hersenkant van de bloedhersenbarrière. De receptoren in de liquor registreren de pCO₂ en de pH. Door stijging van de PCO₂ en afname van de pH zal de ventilatie toenemen.

Er zijn verschillende receptoren die effect hebben op de ademhaling:

• Rekreceptoren: geven feedback over het longvolume en de spierlengte. Ook optimaliseren ze ademhalingsparameters tijdens houdingverandering of activiteit. Tenslotte beëindigen ze de inademing.

• Receptoren in de spieren: registreren uitrekking van ademhalingsspieren. Als gevolg van de uitrekking wordt de ademhaling geremd.

• Luchtwegreceptoren : mechanische en chemische receptoren. Deze worden bijvoorbeeld geactiveerd bij verslikking, wat leidt tot heftig hoesten.

• Baroreceptoren: meten transmurale druk in arteriën

• Centrale en perifere chemoreceptoren.

De effectoren van het ademregelsysteem zijn de ademhalingsspieren, met name het diafragma.

Longkanker en ademhaling

Wanneer een linker onderkwab volledig wordt afgesloten door een bronchuscarcinoom, kan er sprake zijn van hypoxemie. Hypoxemie is een term waarmee een te laag zuurstofgehalte in het bloed of in een bepaald orgaan bedoeld wordt. Hypoxemie leidt tot een stijging van de ventilatie. Dit komt door het feit dat er door de gedeeltelijke afsluiting minder gaswisseling kan plaatsvinden. Er zal dan minder O₂ aan het bloed worden afgegeven. Dit gaswisselingsprobleem kan niet door de wel functionerende delen worden opgevangen, omdat het hemoglobine daar al verzadigd is. Wanneer het zuurstofarme bloed vanuit de kwab afgesloten door het carcinoom gemengd wordt met het zuurstofrijke bloed uit de wel functionerende longdelen, bevat het bloed minder zuurstof dan normaal. De CO₂-gaswisseling is normaal, omdat dit beter dan zuurstof diffundeert. De patiënt heeft een functionele rechts-linksshunt.

Toedienen van zuurstof heeft bij deze patiënt geen effect op de zuurstofspanning in het bloed. Dit komt omdat het probleem in de longen zelf niet wordt oplost, dus de gaswisseling functioneert nog steeds niet goed. Het bloed uit de goed functionerende longdelen was namelijk al bijna voor honderd procent verzadigd.

Astma en ademhaling

Tijdens een astma-aanval vernauwen de bronchiën, doordat de gladde spieren contraheren. Door een ontstekingsreactie in de mucosa vindt er slijmvorming plaats, waardoor de luchtwegen nog verder zullen vernauwen. Doordat sommige delen van de longen vernauwd zijn, zal daar nauwelijks of geen O₂ worden afgegeven aan het bloed. Hierdoor kan hypoxemie optreden. Door daling van de zuurstofspanning wordt een signaal naar het ademhalingscentrum gestuurd, met als gevolg dat de ademfrequentie zal stijgen. Hierdoor wordt er veel CO₂ uitgeademd, met hypocapnie als gevolg. Dit komt omdat CO₂ gemakkelijk door de membranen heen diffundeert.

Wanneer de aanval lang aanhoudt, zal de patiënt kortademig en vermoeid worden. Ademhalingsspieren zijn skeletspieren en kunnen vermoeid raken, waardoor de ventilatie afneemt (hypoventilatie). Hierdoor zal er minder gaswisseling plaatsvinden, met als gevolg dat PO₂ daalt en PCO₂ stijgt. Als dit lang aanhoudt, moet de patiënt beademd worden.

Inspanning en ademhaling

Wanneer iemand een inspanningstest ondergaat, zal de ventilatie toenemen, terwijl de PO₂ en PCO₂ in eerste instantie gelijk blijven. De zuurstofbehoefte zal steeds hoger worden, waardoor de pO2 daalt. De persoon gaat dan steeds meer ventileren (hijgen). Bij nog meer inspanning gaat de aërobe verbranding in de ademhalingsspieren over op anaerobe verbranding. Er komt melkzuur vrij, waardoor de pH daalt. Door de dalende pH moet de persoon nog meer gaan ventileren. Dit gaat niet meer en de persoon geeft op door vermoeidheid.

Myocardinfarct

Door een myocardinfarct kan de pompfunctie van het hart ernstig worden aangedaan. Een patiënt kan vervolgens een Cheyne Stokes-ademhaling ontwikkelen, waarbij periodes van hyperventilatie en apneu elkaar afwisselen.

Tijdens een periode van apneu is de pO₂ laag en neemt de pCO₂ in het bloed steeds meer toe. De pCO₂ is uiteindelijk zoveel toegenomen dat chemoreceptoren geactiveerd raken en signalen afgeven. Dit leidt tot hyperventilatie. Tijdens de hyperventilatie daalt de pCO₂. Na een tijdje is de pCO₂ zover gedaald dat de chemoreceptoren geïnhibeerd worden. Hierdoor stopt de ademhaling (apneu). Tijdens de periode van apneu stijgt de pCO₂ langzaam weer.

Bij een gezond persoon is deze schommeling tussen hyperventilatie en apneu niet aanwezig. Deze schommeling wordt veroorzaakt doordat, als gevolg van het myocradinfarct; de cardiac output is verlaagd. Het bloed stroomt langzamer door het lichaam. Het duurt dus langer voordat de gehele circulatie is doorlopen. Als gevolg duurt het ook langer voordat informatie via het bloed de receptoren weer bereikt.

Longcapillairen

In de longcapillairen zal in tegenstelling tot andere capillairen geen vocht uittreden. Dit komt doordat de hydrostatische druk daar in een normale situatie altijd lager is dan de colloïd-osmotische druk. Dit verschil ontstaat doordat het rechterventrikel minder sterk pompt dan het linkerventrikel. Het Starlingmechanisme is dus in de longcapillairen anders.

Bij verdrinking komt er vocht in de alveoli, waardoor het surfactant daar oplost en er collaps van de alveoli optreedt.

Longoedeem bij patiënten met astma cardiale ontstaat doordat de hydrostatische druk hoger wordt dan de colloïd-osmotische druk. Dit komt door de afgenomen pompfunctie van het hart. Er wordt minder bloed weggepompt, met als gevolg dat de bloeddruk in de longcapillairen stijgt. De colloïd-osmotische druk zorgt ervoor dat vocht vanuit de interstitiële ruimte weer naar de capillairen kan. Dit vocht wordt de onbalans tussen hydrostatische druk en osmotische druk niet meer geresorbeerd. Er ontstaat een vochtophoping in de interstiële ruimte van de longen. Dit heet oedeem.

In een wetenschappelijk artikel spreekt men vaak over een case report of over een random trial report. Een case report gaat vaak over één of enkele individuen die op een bepaalde manier zijn behandeld. Voor die behandeling is geen controlegroep. Bij een random trial report ondergaan twee groepen mensen een behandeling. Eén van die twee groepen is de controlegroep. Zelfs een kort wetenschappelijk artikel heeft een abstract, om de essentie van het artikel te verduidelijken. Daarnaast is een abstract vrij toegankelijk, maar moet je vaak voor om het hele artikel te lezen geld betalen. Tenslotte is een abstract handig bij het zoeken naar het juiste artikel.

In het artikel is een driejarige jongen gered, doordat hij is behandeld met exogenous bovine surfactant. Dit is surfactant gemaakt uit koeien. Secondary drowning in dit artikel komt doordat de surfactant door de bijna verdrinking uit de longen is uitgewassen. Hierdoor klappen de alveoli dicht en is er zeer weinig gaswisseling.

De peak inspiratory pressure is de maximale druk tegen de luchtwegen aan tijdens inademing. Deze is positief door het water in de longen.

InterActive Physiology

Anatomy review

Lucht volgt de volgende structuren om uiteindelijk in de longen te komen:

• Neusgaten

• Neusholte

• Pharynx

• Larynx

• Trachea (deze wordt open gehouden door kraakbeenringen)

• Rechter en linker bronchus principalis

• Rechter- en linkerlong

Onder de longen ligt het diafragma.

De longen worden omringd door twee lagen sereus membraan, de zogenaamde pleurae. De pleura visceralis en parietalis omringen iedere long. Beide longen zijn compleet van elkaar gescheiden; elke long heeft zijn eigen pleura visceralis en parietalis. De viscerale laag en de parietale laag zijn in feite een voortzetting van hetzelfde membraan; ze lopen in elkaar over. De pleura visceralis bedekt het longoppervlak. De pleura parietalis omlijnt het mediastinum, bovenste oppervlak van het diafragma en de binnenkant van de thoraxwand. De holte tussen de twee pleura is gevuld met pleuraal vocht. De pleuraholte is extreem dun. Het pleurale vocht helpt de adembewegingen door als glijmiddel te werken. De longen bevatten veel vertakte luchtwegen, die we de bronchiale boom noemen.

Zie figuur 10. Lucht gaat in de trachea. De trachea vertakt tot de bronchus principalis. De bronchus principalis vertakt tot de secundary bronchus. Deze vertakt weer tot de tertiary bronchus. De trachea en de bronchi hebben ondersteunende kraakbeenringen om de luchtwegen open te houden. De tertiary bronchus blijft zich vertakken tot bronchiolen. De wanden van bronchiolen hebben geen kraakbeenringen. In plaats daarvan bevatten ze meer gladde spiercellen. De gladde spiercellen kunnen de luchtstroom regelen. De bronchiolen blijven zich vertakken totdat de vertakkingen terminal bronchioles genoemd kunnen worden. De route die lucht aflegt vanaf de neusholte tot en met de terminal bronchioles behoort tot de geleidingszone (conducting zone). De lucht wordt vochtig gemaakt, verwarmd en gefiltreerd wanneer het door de structuren van de geleidingszone gaat. Lucht komt daarna in de respiratoire zone (respiratory zone). De terminale bronchiole gaat over in een respiratoire bronchiole. In de wand van de respiratoire bronchiole liggen alveoli. De respiratoire bronchiole vertakt zich tot ductus alveolares. De ductus alveolares zijn compleet omringd met alveoli. Alveoli zijn kleine zakjes met dunne wanden, waarin gaswisseling plaatsvindt. Ze vormen de respiratoire zone. Ductus alveolares eindigen in clusters alveoli, die sacculi alveolares worden genoemd.

Zie afbeelding 18 in de bijlage ter illustratie.

Pulmonale arteriën brengen bloed dat zuurstofarm is vanuit het hart naar de longen. Deze bloedvaten vertakken herhaaldelijk, zodat er een dicht netwerk van capillairen rond elke alveolus ligt.

Tussen de alveoli en de capillairen worden zuurstof en koolstofdioxide uitgewisseld. Bloed gaat weg van de alveoli via pulmonale venen, die het nu zuurstofrijke bloed naar het hart vervoeren. Een alveolus bestaat uit drie typen cellen:

• Simpel squamous epitheel (type I cellen): zijn hele dunne cellen en liggen in de wand van de alveolus. De alveolaire wand en de capillairwand vormen samen het respiratoire membraan, waar gaswisseling plaatsvindt. De type I cellen zijn belangrijk bij deze gaswisseling.

• Macrofagen: verwijderen debris en bacteria vanuit het binnenoppervlak van de alveolus.

• Surfactant-uitscheidende cellen (type II cellen). Water in de alveoli creëert een oppervlaktespanning. Deze spanning ontstaat doordat watermoleculen elkaar sterk aantrekken op de oppervlakte van een vloeistof. Puur water op de alveoli zou de alveoli laten dichtklappen. Surfactant is een mengsel van fosfolipiden en lipo-eiwitten die de oppervlaktespanning verlagen. Hierdoor worden de alveoli open gehouden.

Het respiratoire membraan bestaat uit drie onderdelen:

• Simpel squamous epitheel van de alveolus

• Alveolaire basale lamina

• Capillaire basale lamina

• Simpel squamous epitheel van het capillair

In veel gebieden van de longen is er geen interstitiele vloeistof. Dit komt omdat de bloeddruk in de capillairen zo laag is, dat er weinig vocht uit de capillairen treedt. Zuurstof en koolstofdioxide kunnen gemakkelijk door het dunne respiratoire membraan heen diffunderen.

Pulmonary ventilation

Pulmonaire ventilatie (ademen) bestaat uit de luchtuitwisseling tussen de atmosfeer en de longen. Lucht gaat de longen in en uit, waarbij het van een gebied met een hoge druk naar een gebied met een lage druk stroomt.

Druk wordt veroorzaakt door gasmoleculen die tegen de wand van de ruimte waar ze in zitten opbotsen. De Wet van Boyle zegt dat de gasdruk omgekeerd evenredig is aan het volume van een ruimte. Wanneer een ruimte een groot volume heeft, zal de druk dus laag zijn en vice versa.

Tijdens een inademing in rust spannen het diafragma en de externe intercostaalspieren aan. Als het diafragma zich samentrekt wordt het vlakker, waardoor de longen verder naar beneden kunnen bewegen. Doordat de externe intercostaalspieren samentrekken gaan de ribben omhoog en beweegt het sternum naar voren. Samentrekking van het diafragma en van de intercostaalspieren vergroten het volume van de thorax. De druk in de thorax daalt dan. Gedurende een rustige uitademing ontspannen het diafragma en de externe intercostaalspieren. Dit is een passieve gebeurtenis. Het diafragma beweegt dan weer naar boven en het sternum en de ribben komen in de oorspronkelijke positie terecht. Het volume van de thorax wordt verkleind.

De druk wordt daardoor hoger. De elasticiteit van de longen en de thoraxwand krimpen weer in. Bij een diepe inademing trekken de inspiratoire spieren (diafragma en externe intercostaalspieren) krachtiger samen. Bovendien trekken de m. sternocleidomastoidei en scalens zich ook samen. Dit brengt een nog grotere volumevergroting van de thorax tot stand. Een diepe uitademing is ook een actief proces. De inspiratoire spieren ontspannen zich, maar de interne intercostaalspieren, externe oblique, rectus abdominis, interne oblique en transversus abdominis (allemaal spieren) trekken zich samen. Hierdoor wordt het volume van de thorax sterker verkleind.

In de alveoli heerst de intrapulmonaire of intra-alveolaire druk. Tussen de ademhalingen is de intrapulmonaire druk gelijk aan de atmosferische druk. Dat wil zeggen dat de intrapulmonaire druk gelijk is aan 760 mm Hg (ofwel 0 is).

Tijdens een inademing wordt het volume van de thorax groter en daalt de druk. Lucht gaat vanuit de atmosfeer de longen in. Dit gaat net zo lang door totdat de intrapulmonaire druk gelijk is aan de atmosferische druk. Bij een uitademing is het volume klein en de druk hoog. Lucht gaat uit de longen naar de atmosfeer totdat de druk in de longen gelijk is aan die van de atmosfeer.

De intrapleurale druk is de druk die heerst in de pleuraholte. De intrapleurale druk is altijd negatief en werkt daardoor als een zuiger die de longen uitgerekt houdt. De negatieve druk wordt opgebouwd door drie componenten:

• De oppervlaktespanning van de alveolaire vloeistof. Deze wil de alveoli naar binnen trekken en daarmee de hele long naar binnen trekken. Surfactant vermindert deze kracht.

• De elasticiteit van de longen. Dit weefsel wil ook altijd naar binnen klappen. Wanneer de long verder van de thoraxwand beweegt, wordt de pleuraholte groter, waardoor de druk omlaag gaat. De negatieve druk werkt zuigend, zodat de longen uitgerekt blijven.

• De elasticiteit van de thoraxwand. De elastische thoraxwand heeft de neiging de longen weg te trekken, zodat de pleuraholte groter wordt. De negatieve druk wordt gecreëerd. De oppervlaktespanning van de pleuravloeistof voorkomt scheiding tussen longen en thoraxwand

Lucht komt de pleuraholte binnen wanneer de lucht van een hoge naar een lage druk gaat. Dit resulteert in een pneumothorax ofwel klaplong. Het drukverschil tussen intrapulmonaire druk en intrapleurale druk (transpulmonaire druk) creëert zuiging waardoor de long uitgerekt blijft. Doordat de beide longen compleet van elkaar gescheiden zijn, hebben veranderingen in de intrapleurale druk van één long geen effect op de andere long.

Twee andere factoren spelen een rol in de ventilatie, namelijk de weerstand in de luchtwegen en de longcompliantie.

Lucht stroomt door de longen. Gasmoleculen ondervinden weerstand wanneer ze tegen de wand van de luchtwegen aan komen. Constrictie van de bronchiolen verkleint de diameter. Dit leidt tot een verhoging van de weerstand en een daling van de luchtstroom. Luchtstroom = druk/weerstand. In gezonde longen ondervindt lucht weinig weerstand. Histamine komt vrij bij een allergische reactie. Histamine zorgt voor bronchioconstrictie door constrictie van de gladde spiercellen. Epinephrine uit de adrenerge medulla zorgt voor vasodilatatie. De weerstand in de luchtwegen wordt dan minder, waardoor de luchtstroom hoger wordt. Dit komt ten goede aan de gaswisseling.

De longcompliantie wordt bepaald door de rekbaarheid van de elastische vezels in de long en door de oppervlaktespanning in de alveoli. De elastische vezels van de long zijn een onderdeel van het elastische bindweefsel. Bij fibrose zijn de longen verminderd compliant, doordat er een stijgende hoeveelheid minder flexibel bindweefsel in de longen aanwezig is. De oppervlaktespanning van de alveoli heeft vooral met surfactant te maken. Surfactant verlaagt de oppervlaktespanning. Zonder surfactant klappen alveoli in elkaar, wat voor een lage compliantie zorgt. Baby’s hebben nog geen surfactant en leiden daardoor gemakkelijk respiratory distress syndroom. Surfactant verlaagt de oppervlaktespanning en verhoogt de compliantie.

Gaswisseling

Zuurstof en koolstofdioxide diffunderen tussen de alveoli en longcapillairen en tussen de systematische capillairen en weefselcellen. De diffusie van gassen in tegenovergestelde richting heet gasuitwisseling. De atmosfeer bestaat uit een mengsel van verschillende gassen. De Wet van Dalton zegt dat in een gasmengsel de totale druk de som is van alle partiële drukken van gassen samen. Op zeeniveau is de atmosferische druk 760 mm Hg. Elk gas in de atmosfeer is deels verantwoordelijk voor de atmosferische druk in proportie tot zijn percentage in de atmosferische druk.

Zie de tabel in de bijlage ter illustratie.

De atmosferische druk daalt hoe hoger je bent. In de bergen is de atmosferische druk laag. De percentages van de gassen in de lucht blijft gelijk. De partiële drukken van alle gassen zijn in de bergen lager dan op zeeniveau.

De Wet van Henry geeft aan dat de hoeveelheid gas dat is opgelost in een vloeistof proportioneel is met:

• De partiële druk van het gas.

• De oplosbaarheid van het gas.

Koolstofdioxide is beter oplosbaar dan zuurstof.

Bij externe respiratie diffundeert koolstofdioxide vanuit de pulmonale capillairen naar de alveoli en diffundeert zuurstof vanuit de alveoli naar de pulmonale capillairen.

Externe respiratie is afhankelijk van drie factoren:

• Oppervlaktegebied van het respiratoire membraan

• Partiële drukgradiënt. Door verwarming van ingeademde lucht, gasuitwisseling en menging van nieuwe en oude lucht verschilt de partiële druk in de alveoli van de atmosfeer. Door verwarming van de ingeademde lucht gaat de partiële druk van water omhoog.

• De alveolaire luchtstroom moet passen bij de stroming in de pulmonale capillairen.

De pO₂ in een alveolus is 104 mm Hg. De pO₂ in een aanvoerend capillair is 40 mm Hg. Binnen 1/3 lengte van het capillair is het zuurstofevenwicht tussen de alveoli en capillairen bereikt. Het afvoerende capillair bevat 104 mm Hg.

De pCO₂ in de alveolus is 40 mm Hg. De pCO₂ in een aanvoerende capillair is 45 mm Hg. De pCO₂ in een afvoerend capillair is 40 mm Hg. Het evenwicht voor koolstofdioxide is binnen 4/10 van het capillair bereikt.

De zuurstoflading en koolstofdioxide-eliminatie gebeuren tegelijkertijd. Tijdens de inademing laad je zuurstof. Tijdens de uitademing elimineer je koolstofdioxide. Koolstofdioxide is erg goed oplosbaar in bloed, waardoor veel moleculen langs de kleine drukgradiënt bewegen. Zuurstof is minder oplosbaar in bloed. Zuurstof heeft daarom ook een grotere concentratiegradiënt nodig.

De ventilatie-perfusiekoppeling zorgt voor een efficiënte gaswisseling. De luchtstroom die proportioneel is aan de pulmonale capillaire bloedstroom moet behouden blijven. Wanneer de luchtstroom vermindert, zorgt de resulterende lage pO₂ voor lokale vasoconstrictie van de arteriolen. Bloed kan dan alleen nog maar naar de alveoli met een hogere luchtstroom en waar automatisch dus ook een hogere pO₂ heerst.

In gebieden waar een hoge luchtstroom heerst in vergelijking met de bloedtoevoer, zorgt een hoge pO₂ in de arteriolen ervoor dat die vasodilateren. Hierdoor kan er meer zuurstof in het bloed komen.

Wanneer er een hoge pCO₂ is in de bronchiolen, doordat de luchtstroom laag is, verwijden de bronchiën (bronchodilatatie) en kan het teveel aan CO₂ geëlimineerd worden.

Als de pCO₂ door een hoge luchtstroom laag is, trekken de bronchiolen proportioneel samen (bronchoconstrictie).

Gedurende ventilatie-perfusiekoppeling:

• reageren de arteriolen op veranderingen in pO₂.

• reageren de bronchiolen op veranderingen in pCO₂.

Tijdens interne respiratie diffundeert O₂ vanuit de systemische capillairen naar de cellen en diffundeert CO₂ vanuit de cellen naar de systemische capillairen. De interne respiratie is afhankelijk van drie factoren:

• de beschikbare oppervlakte, die per weefsel verschilt

• de partiële drukgradiënt

• de snelheid van de bloedstroom

Een aanvoerend capillair bevat 100 mm Hg zuurstof. Door een imperfecte ventilatie-perfusiekoppeling is er ten opzichte van de longen vier mm Hg verloren gegaan. Bovendien bevat een aanvoerend capillair 40 mm Hg koolstofdioxide.

De cellen bevatten 40 mm Hg zuurstof en 45 mm Hg koolstofdioxide.

Het afvoerende capillair bevat na evenwicht 40 mm Hg zuurstof en 45 mm Hg koolstofdioxide.

Gastransport

Tijdens de externe respiratie is 1,5% zuurstof opgelost in het plasma en is 98,5% zuurstof gebonden aan hemoglobine. Hemoglobine bevat vier ijzeratomen, die elk één zuurstofmolecuul kunnen binden. Wanneer een hemoglobinemolecuul zuurstof gebonden heeft, heet hij oxyhemoglobine. Wanneer er minder dan vier zuurstofmoleculen aan één hemoglobinemolecuul gebonden zijn, is het hemoglobinemolecuul deels verzadigd. Zuurstof bindt aan hemoglobine als de pO₂ in de longen hoog is. Naarmate er meer zuurstof aan hemoglobine gebonden is, neemt de affiniteit van hemoglobine voor zuurstof toe. Dit heet coöperatieve binding.

Zie formule 5 in het formuleblad (in de bijlage).

Hemoglobine dat geen zuurstof gebonden heeft, heet deoxyhemoglobine of gereduceerd hemoglobine. De affiniteit van hemoglobine vermindert wanneer de verzadiging vermindert.

In de longen is de affiniteit van hemoglobine voor zuurstof hoog, want er is een hoge pO₂ (100 mmHg). In de weefsels is de pO₂ veel lager (40 mm Hg). De affiniteit van hemoglobine voor zuurstof neemt af, waardoor er zuurstofmoleculen loslaten en naar de weefsels kunnen.

De zuurstof-hemoglobine-dissociation curve is S-vormig:

• vlakke top bij hoge pO₂: tussen 80 en 100 mm Hg is er bijna geen verschil in hemoglobineverzadiging.

• steile lijn bij lage pO₂: tussen 20 en 40 mm Hg daalt de pO₂, maar daalt de affiniteit nog veel sterker. Hemoglobine laat bij lage pO₂ veel meer O₂ los.

De hemoglobineverzadiging wordt naast pO₂ veranderd door:

• pH

• pCO₂

• BPG

• temperatuur

Bij inspanning daalt de pH (melkzuur) en stijgen de pCO₂, BPG en temperatuur. De hemoglobineverzadiging daalt. Meer zuurstof laat hemoglobine los en gaat naar de actieve cellen.

Zie afbeelding 19 in de bijlage ter illustratie.

Tijdens de interne respiratie diffundeert 93% van het CO₂ naar de rode bloedcellen en komt 7% opgelost in het plasma voor. Van de 93% in de rode bloedcellen is 23% gebonden aan het globine deel van hemoglobine en wordt 70% omgezet in bicarbonaationen. De bicarbonaationen worden losgelaten in het bloedplasma

De vorming van carbaminohemoglobine (HbCO₂) is reversibel. In de longen, waar een lage pCO₂ heerst, maar CO₂ zich los van hemoglobine.

Voor transport van koolstofdioxide is de volgende reactievergelijking erg belangrijk:

Zie formules 6 & 7 in het formuleblad (in de bijlage).

De katalysator carbonic anhydrase katalyseert het eerste deel van de reactie zowel naar links als naar rechts. Carbonic anhydrase zit alleen in rode bloedcellen. In het bloedplasma verloopt de reactie ook, maar gaat veel langzamer, omdat de katalysator daar niet is. Het H⁺-deeltje vormt samen met hemoglobine HHb. Het HCO₃^- gaat van de rode bloedcel naar het plasma. Om elektrisch neutraal te blijven, neemt de rode bloedcel een chlorideion op. Deze uitwisseling heet chlorideverschuiving. In het plasma werkt HCO₃^- als een buffer om de pH te controleren.

In de longen diffundeert CO₂ vanuit het plasma naar de alveoli. Dit verlaagt de pCO₂ in het bloed, waardoor de reactievergelijking van rechts naar links gaat verlopen. Bicarbonaat wisselt met Cl^- in de rode bloedcel, zodat het bicarbonaat weer in de rode bloedcel komt. In de rode bloedcel vormt het samen met het H⁺ ion weer H₂CO₃. Dit splitst weer in CO₂ en H₂O.

Wanneer het hemoglobine in de longen verzadigd is met O₂, vermindert de affiniteit voor CO₂. Zuurstoflading vergemakkelijkt ontlading van hemoglobine. Dit heet het Haldane-effect.

In de weefsels wordt de interactie tussen H⁺-binding en de affiniteit van hemoglobine voor zuurstof het Bohr-effect genoemd. Door H⁺ te vormen vergemakkelijkt CO₂-lading de zuurstofontlading.

Control of respiration

Het basis ademritme wordt gecontroleerd door ademhalingscentra in het brein. Het ritme kan veranderen als reactie op input vanuit de sensorische receptoren en andere gebieden van het brein. De ademhaling wordt gecontroleerd door middel van homeostase.

Arteriële veranderingen in pCO₂, pH en pO₂ worden opgemerkt door chemoreceptoren. Deze receptoren sturen signalen naar de ademhalingscentra. De ademhalingscentra sturen signalen naar de ademhalingsspieren, waardoor de ventilatie veranderd wordt.

De ademhalingscentra in de medulla en pons bepalen het basisademhalingsritme. Dit ritme begint bij een automatische inademing. De ademhalingscentra gebruiken de n. phrenicus om het diafragma aan te sturen. Via intercostale zenuwen worden de externe intercostaalspieren aangestuurd.

Bij een inademing sturen de ademhalingscentra gedurende twee seconde zenuwimpulsen. Het diafragma en de externe intercostaalspieren trekken samen en een inademing volgt. Om een persoon uit te laten ademen, stoppen de ademhalingscentra drie seconden lang met impulsen zenden. Het diafragma en de externe intercostaalspieren ontspannen. Een uitademing volgt. Een normaal persoon ademt twaalf tot vijftien keer per minuut. De uitademingscentra in de medulla zijn alleen actief bij diepe uitademing. De uitademingscentra stimuleren dan de interne intercostaalspieren en de abdominale spieren. Andere ademhalingscentra in de pons kunnen de ademhaling veranderen en zorgen voor een goede overgang tussen inademing en uitademing.

Centrale en perifere chemoreceptoren kunnen het basisritme veranderen. Centrale chemoreceptoren houden de pH en CO₂ in de liquor van het vierde ventrikel in de gaten. De synapsen van de centrale receptoren gaan direct naar de ademhalingscentra.

De perifere chemoreceptoren liggen in de aortaboog en in carotis bodies. De perifere chemoreceptoren detecteren de pH, pCO₂ en pO₂. Deze receptoren sturen signalen via de n. vagus en de n. glossopharyngeus naar de ademhalingscentra.

CO₂-verandering is de belangrijkste factor voor de snelheid en de diepte van de ademhaling. Een stijging van de CO₂ zorgt voor een daling in de pH in de liquor, want er komt H⁺ vrij: CO₂ + H₂O H₂CO₃ H⁺ + HCO₃^-

Doordat H⁺ vrijkomt, gaat er een signaal naar de respiratoire centra in de medulla. Deze zendt dan meer impulsen naar de ademhalingsspieren, zodat de ventilatie verbetert. Het teveel aan CO₂ wordt dan uitgeademd.

De perifere chemoreceptoren werken volgens hetzelfde principe. Ook door melkzuur kan de pH in de periferie dalen. Perifere chemoreceptoren houden ook de pO₂ in de gaten. De arteriële pO₂ moet lager dan 40 mm Hg worden, voordat de receptoren reageren. Zie figuur 12. Een mogelijke stijging tussen 60 en 100 mm Hg resulteert in een klein beetje meer zuurstof in het bloed. De alveolaire pO₂ kan op grote hoogten (bergen) dalen tot 40 mm Hg. Een betere ventilatie maakt dan een groot verschil voor de gebonden hoeveelheid zuurstof in het bloed.

Bij hyperventilatie ademt een persoon sneller en dieper dan normaal nodig is voor de gaswisseling. De centrale chemoreceptoren pikken een dalende pCO₂ op en de perifere chemoreceptoren detecteren een stijgende pH (door vermoeide spieren). Beide receptoren sturen minder impulsen naar de respiratoire centra. De respiratoire centra laten de ademhalingsspieren minder contraheren, waardoor de ventilatie vermindert. Als resultaat wordt er weer minder CO₂ uitgeademd.

Bij hypoventilatie is de ademhalingssnelheid en diepte te laag om de normale bloedgasspiegels te handhaven. De pO₂ daalt, maar daalt niet ver genoeg om de perifere chemoreceptoren te activeren. De stijgende pCO₂ activeert de perifere chemoreceptoren wel. De dalende pH activeert de centrale chemoreceptoren. Beide receptoren zenden signalen naar de ademhalingscentra. De ademhalingscentra sturen meer impulsen naar de ademhalingsspieren, zodat de ventilatie verbetert. De pO₂ gaat dan omhoog en de pCO₂ omlaag.

Ook een aantal andere factoren beïnvloedt de ventilatie:

• pijn en emotie. Bij angst stimuleert of remt de hypothalamus de ademhalingscentra. Lachen en huilen veranderen de ventilatie.

• longhyperinflatie: strekreceptoren in de pleura visceralis en in de grote luchtwegen sturen remmende signalen naar de respiratoire centra tijdens erg diepe inademing, om de longen tegen te veel rekking te beschermen. Dit heet de inflatie-(Hering-Breuer)-reflex.

• irriterende stoffen: rook, schadelijke stoffen, te veel mucus en andere irritantia stimuleren receptoren in de luchtwegen, zodat beschermende reflexen als niezen en hoesten beginnen.

Tijdens inspanning stijgt de ventilatie. De diepte verandert dan meer dan de snelheid. De pO₂ en pCO₂ spelen geen belangrijke rol daarin. Factoren die de ventilatie waarschijnlijk versnellen zijn:

• geleerde responsen en neurale input vanuit de motorcortex.

• receptoren in spieren en gewrichten: door propriocepsis tijdens beweging

• stijgende lichaamstemperatuur

• circulerend adrenaline en noradrenaling (uit medulla) stimuleren ademhalingscentra

• pH-veranderingen door melkzuur (spieren) stimuleren respiratoire centra

Week 4

Voorcollege Microscopie

Een nefron ontstaat tijdens de ontwikkeling door de vorming van een primitief nierbuisjeuit het ectoderm, die naar een kluwen bloedvaatjes, gevormd uit mesoderm, groeit en zich erom heen vouwt. Dit ontwikkelt zich tot een glomerulus. De filtratielobjes hebben ook, net als bijvoorbeeld hart en longen, een visceraal blad en een pariëtaal blad. Tegen de glomulaire capillairen aan komen podocyten te liggen. Deze vormen het viscerale blad. Zij vormen samen met de endotheelcellen een basale lamina. Deze heeft grote invloed op wat er gefiltreerd wordt. De endotheelcellen zijn gefenestreerd. De cellen hebben dus kleine gaatjes. De endotheelcellen zelf hebben dus geen grote invloed op de filtratie. Aan de buitenkant van het kapsel van Bowman ligt de pariëtale laag. Zie ook afbeelding 1.

De nieren liggen retroperitoneaal aan de achterkant van het lichaam tegen de ribben aan. Macroscopisch zie je de bijnier op de nieren zitten. De nier is opgebouwd uit lobben. Een lob bestaat uit een piramide en een stuk nierschors. Bij de mens is aan de buitenkant van de nier niet te zien dat de nier gelobd is opgebouwd. In een doorsnede van de nier is dit wel te zien.

De arteria renalis vertakt zich tot segmentale takken. De segmentale takken vertakken zich tot interlobaire arterieën, die de lobben van bloed voorzien. De interlobaire arteriën lopen tussen de piramiden door. De interlobaire arteriën vertakken zich tot boogarteriën. Boogarteriën lopen over het oppervlak van de piramiden. De boogarteriën geven takjes af die interlobulaire arteriën worden genoemd. Deze voorzien de nierschors van bloed. Vanuit de interlobulaire arteriën kan een deel van het bloed via afferente arteriolen naar nefronen stromen. Deze arteriolen eindigen in een capillair bed in het kapsel van Bowman. Dit capillair bed wordt de glomerulus genoemd. Na de glomerulus stroomt het bloed verder in de efferente arteriole. Op de afferente en efferente arteriole bevinden zich spiertjes die de weerstand van deze vaten en daarmee de druk in en de flow door het capillair bed kunnen regelen.

Een ander gedeelte van het bloed uit de interlobulaire arteriën gaat naar beneden, de medulla in, en komt daarna terecht in een vene. Deze vene loopt recht terug omhoog naar de boogvenen. Deze vaten worden de vasa recta genoemd..

De efferente arteriolen lopen vanuit de glomerulus en vertakken zich vervolgens, zodat ze een plexus van capillairen vormen om de tubules van de renale cortex heen. De corticale capillairen draineren in de interlobulaire venen. Deze venen monden uit in de boogvenen. De boogvenen komen uit in de vena renalis.

De hoogte waarin de kapsels van Bowman zich bevinden in de cortex, bepalen de vorm van de lis van Henle. In de mergstralen van een nier bevinden zich lissen van Henle en afvoerbuizen voor urine.

Nadat het filtraat in het kapsel van Bowman is geweest, gaat het naar de proximale tubuli. De proximale tubuli zitten aan één kant vast aan het kapsel van Bowman. Vervolgens komt de voorurine in het dalende en daarna in het opstijgende deel van de lis van Henle terecht. De lis van Henle loopt door de cortex en de medulla. Vervolgens komt de voorurine in de distale tubuli, gelegen in de cortex. De distale tubuli lopen door in de collecting tubule. De collecting tubule komt uit in een afvoerbuis, die ductus colligens heet in de cortex, en doorloopt als ductus van Bellini in de medulla.

De urine komt uiteindelijk terecht in de pelvis, die weer uitkomt op de ureter. De ureter vervoert de urine vanuit de nier naar de blaas.

In de cortex van de nieren liggen:

• nierlichaampjes (kapsel van Bowman met glomerulus): deze spelen een rol bij de filtratie

• proximale tubuli: deze spelen een rol bij de reabsorptie van water en zouren

• opstijgende, dikke delen van de lis van Henle: speelt een rol bij het actief transport van natrium

• juxtaglomerulaire apparaten: vormen regelsystemen

• distale tubuli: zorgen voor actief ionentransport

• ductus colligentes: voert de gevormde urine af.

Niercapillairen hebben een gefenestreerd epitheel. Er kan dus filtraat door deze gaatjes heen. De basale lamina ligt om de niercapillairen heen. De basale lamina bepaalt grotendeels welke deeltjes mogen passeren. Op de basale lamina staan aan de ene kant endotheelcellen en aan de andere kant voetjes (pedicels) van podocyten. Podocyten hebben lange uitsteeksels (primary processes) die om de capillairen heen liggen. Aan de primary processes zitten korte secundary foot processes (pedicles). De gaten tussen pedicels heten filtration slits. De filtration slits worden overbrugd door slit diafragms. De slit diafragms bestaan uit nephrine. Nephrine 'ritst' de pedicels aan elkaar.

De macula densa ligt in de distale tubulus. Cellen van de macula densa zijn waarschijnlijk gevoelig voor de concentratie natriumionen in voorurine. Een lage systemische bloeddruk heeft een verminderde productie van filtraat tot gevolg. De concentratie natiumionen in de vloeistof van de distale tubuli is dan ook lager. De cellen van de macula densa werken als chemoreceptoren en stimuleren reninesecretie. Door een hele cascade van reacties gaat het plasmavolume en de bloeddruk dan omhoog waardoor er uiteindelijk weer voldoende natrium in het filtraat zit.

Juxtaglomerulaire cellen zijn gemodificeerde gladde spiercellen in de wand van afferente arteriolen, die zich vlak voor de glomerulus om de afferente arteriole heen wikkelen. Juxtaglomerulaire cellen bevaten granules met renine.

Elk deel van het buissysteem van het nefron heeft een andere vorm, omdat elk deel een andere functie heeft.

In de kapsels van Bowman vindt filtratie plaats. Grote moleculen, bijvoorbeeld bepaalde eiwitten, blijven achter in de capillairen.

In de proximale tubuli vindt reabsorptie plaats. De cellen van de proximale tubuli hebben microvilli om het oppervlakte van het membraan te vergroten en zo meer stoffen te reabsorberen. De cellen van de proximale tubuli hebben ook veel mitochondria om actief transport vanuit het lumen naar de interstitiële ruimte mogelijk te maken. Proximale tubulicellen zitten aan elkaar vast door middel van tight junctions.

In het dunne stuk van de lis van Henle vindt reabsorptie van zouten en water plaats. De cellen van de lis van Henle zijn aan elkaar verbonden door intercellulaire junctions. De lis van Henle is een dunne buis, die wordt gevormd door dunne epitheelcellen en een klein laagje bindweefsel.

De distale tubuli hebben geen brush border, omdat distale tubuli een andere functie hebben. De microvilli die de distale tubuli hebben, komen verspreid voor. Distale tubuli hebben verder hoog kubisch epitheel en veel mitochondria. De cellen zitten aan elkaar vast door tight junctions.

In het merg liggen veel lissen van Henle. Ook ligt er veel bindweefsel. Ten slotte zijn er ook veel parallel lopende bloedvaten (vasa recta) aanwezig. De vasa recta zorgen voor stofuitwisseling vanuit de lis van Henle.

De ductus colligens verzamelt urine en gaat naar de ureter. De ductus colligens heeft dus vooral een transportfunctie. Het heeft hoog epitheel en wordt door middel van tight junctions afgesloten voor de buitenwereld. In de ductus colligens vindt weinig uitwisseling plaats. Er is dus weinig energie nodig. De ductus colligens heeft daarom ook weinig microvilli en mitochrondria. Er zijn twee soorten cellen: de principal cells en de intercalated cells. De principal cell is te herkennen aan de mitochondriën en de uitsteeksels.

De ureter bevat overgangsepitheel. Het lumen is geplooid, zodat het kan uitrekken en zo veel urine kan bevatten. Het urotheel (paraplucellen) verhindert dat urine door het epitheel dringt. Ook kunnen de paraplucellen van grootte veranderen, waardoor zij ook tijdens het uitrekken van de ureter door urine een bedekkende laag blijven vormen.

De wand bestaat uit collageenrijk bindweefsel (lamina propria) en bundels gladde spiervezels. Het collageenrijke bindweefsel zorgt ervoor dat de wand zoveel kan rekken dat de maximale diameter bereikt kan worden.

De blaas heeft ook overgangsepitheel, dat zich door middel van rek kan aanpassen aan de hoeveelheid urine. De cellen van de blaas zitten aan elkaar vast met tight junctions, zodat er geen urine door de cellen heen kan.

Hoorcollege 7 en 8: Glomerulaire filtratie, tubulaire reabsorptie en secretie

Functies

De nier is verantwoordelijk voor het handhaven van de homeostase. Dit doet de nier op verschillende manieren:

• behouden van voedingsstoffen, zoals glucose en aminozuren.

• stimulatie erythropoiese (aanmaak van rode bloedcellen) door aanmaak van hormonen zoals EPO.

• secreteren van afvalstoffen zoals ureum en creatine.

• behouden van de waterbalans, door de osmolariteit van de extracellulaire matrix te regelen.

• regulatie van de Na⁺-balans en extracellulaire vloeistofvolume. Ook regelt de nier de bloeddruk hiermee.

• pH-regulatie door regulatie van HCO₃^- in de extracellulaire vloeistof.

• secretie van 1,25-dihydroxy vitamine D₃ (Ca²⁺ en PO₄)

Glomerulaire filtratie

De nierfunctie is in drie stappen samen te vatten. Eerst vindt glomerulaire filtratie vanuit het bloed naar het nefron plaats. Alle stoffen in het bloed, behalve bloedcellen en de meeste (grote) eiwitten, komen ook in het nefron terecht. Per dag wordt er ongeveer 180L plasma gefiltreerd. Om te voorkomen dat je al dit lichaamsvocht verliest, wordt er veel vocht weer geresorbeerd. Resorptie van de vloeistof naar het bloed is de tweede stap in de nierfunctie. Water, glucose, aminozuren, urea, Na⁺, K⁺, Cl^- en HCO₃^- worden tubulair geresorbeerd. Dit proces kost energie. Er wordt zo’n 99% van de totale gefiltreerde hoeveelheid geresorbeerd, zodat je maar 1% (ongeveer 1,8L) zal uitscheiden als urine per dag. Ten slotte worden er ook nog stoffen vanuit het bloed in de vloeistof gesecreteerd. Deze stoffen zijn bijvoorbeeld K⁺, H⁺, urea en creatinine. Secretie is dus de derde stap van de nierfunctie.

De werking van de nier is te vergelijken met die van een zeef. In de glomerulaire capillairen van de nier vindt filtratie plaats: water en opgeloste stoffen wordt passief gefiltreerd en bloedcellen en grote eiwitten blijven achter in de capillairen. Het filtratiemembraan filtreert selectief op molecuulgrootte en lading.

Vooral negatief geladen deeltjes gaan slecht door het filtratiemembraan heen, omdat er veel negatieve lading zit op de membraan. Het filtraat bestaat uit eiwitloos plasma. Tijdens het filtratieproces gaat water (en kleine opgeloste moleculen) vanuit het capillair via het gefenestreerde endotheel het basale membraan door. Hierna ontmoet de stof de uitlopers van de podocyten, die ook een filtratiefunctie hebben. Door de uitlopers van een podocyt wordt een spleetdiafragma gevormd. Dit is een unieke cel-cel interactie die zorgt voor glomerulaire selectiviteit en signalering. Nephrinemoleculen verbinden de ritsachtige uitlopers (voetjes) van de podocyten en zijn een essentieel deel van de glomerulaire filter. Moleculen die in het filtraat voorkomen, moeten door de poriën tussen de nephrinemoleculen door. De poriën hebben een afmeting van 4 bij 14μM, hier zou een albuminemolecuul net doorheen kunnen, maar door de negatieve lading wordt deze toch niet doorgelaten. In de glomerulus zelf wordt alleen gefiltreerd en niet geresorbeerd.

Starlingkrachten

In de glomeruli zijn vier krachten werkzaam, die kracht uitoefenen op de vloeistof in de capillairen. Allereerst is er de hydrostatische druk in de capillairen, die zeer hoog is en niet verandert in de loop van de capillairen. De hydrostatische druk blijft zo hoog (50 mm Hg, veel hoger dus dan in ander weefsel, 35 mm Hg), omdat zowel de aanvoerende als de afvoerende capillair een arteriole is (P_GC). Daarnaast is er een colloïd- osmotische druk in de capillairen, die als enige wél verandert in de capillairen (π_GC). Deze zal toenemen, aangezien er veel water wordt gefiltreerd en de eiwitten achterblijven. De concentratie eiwitten is aan het eind van het capillair bed hoger dan aan het begin, waardoor hier de colloid osmotische druk ook hoger is. Ook is er een hydrostatische druk vanuit het kapsel van Bowman (P_BS = 10 mmHg). Deze druk is laag en blijft constant, aangezien er voortdurend vloeistof wordt afgevoerd in de tubuli. De colloïd-osmotische druk in het kapsel van Bowman (π_Bs) is 0, aangezien er geen eiwitten gefiltreerd kunnen worden.

De kracht die zorgt voor filtratie is de hydrostatische druk in de capillairen. De colloïd-osmotische druk in de capillairen en de hydrostatische druk in het kapsel van Bowman zijn de tegenwerkende krachten. Deze krachten zullen echter onder normale omstandigheden nooit hoger zijn dan de hydrostatische druk in het capillair. Hierdoor is er altijd sprake van filtratie. Aan het eind van het capillair kunnen deze tegenwerkende krachten wel gelijk worden aan de hydrostatische kracht in het capillair. Op dit moment stopt de filtratie.

Wanneer we het Starlingmechanisme toepassen op de nierfunctie, betekent dit dat alles wat er via de arteriële input in gaat, er weer uit moet komen (via de veneuze output en de urine). De hoeveelheid stof in de urine is gelijk aan de hoeveelheid gefilterde stof - de hoeveelheid geresorbeerde stof + de hoeveelheid gesecreteerde stof. Zie ook afbeelding 2.

Stoffen die niet worden geresorbeerd en gesecerneerd, kunnen worden gebruikt als maat voor filtratie (bijv. inuline). Alle inuline die wordt gefiltreerd, zal namelijk ook via de urine het lichaam uitgaan. Het wordt niet geresorbeerd. In deze situatie geldt:

Zie formule 14 in het formuleblad

Om de filtratiesnelheid te bepalen, kun je de formule als volgt gebruiken:

Zie formule 15 in het formuleblad

Om bij iemand het functioneren van de glomerulaire filtratie te kunnen bepalen, zul je een stof moeten meten die op dezelfde manier functioneert als inuline. Inuline is namelijk een exogene stof. De stof die voor deze metingen gebruikt wordt, is creatinine. De hoeveelheid stof die je uitscheidt is constant. Alle veranderingen in filtratiesnelheid zijn omgekeerd evenredig met de verandering in de plasmaconcentratie. Elke halvering van de nierfunctie leidt dus tot een verdubbeling van de plasmaconcentratie. Wanneer bij herhaalde metingen bij een patiënt de creatineconcentratie in het bloed toeneemt, betekent dit dat de filtratie afneemt en dus dat de nierfunctie dus is afgenomen. Deze relatie is er ook voor ureum. Een voorwaarde voor deze relatie is een constante productie van creatinine (afvalproduct spieren) en ureum (afvalproduct lever). Dit wordt ook wel steady state genoemd.

Wanneer iemand in één keer een nier verliest zal de totale nierfunctie van 100% naar 50% afnemen. De filtratie van creatinine zal halveren. Er zal dus twee keer zo veel creatinine in het plasma aanwezig zijn. Binnen een aantal dagen zal de uitscheiding weer gelijk worden aan de productie en zal er een nieuwe steady state ontstaan. Uiteindelijk zal de plasmaconcentratie creatinine maar matig verhoogd zijn.

Glomulaire capillairen

Door de seriële weerstanden in de circulatie van de nieren is de druk hoog in de capillairen van de nieren. Er is een sterk drukverval bij de preglomerulaire afferente arteriole en bij de postglomerulaire efferente arteriole. In het tussenliggende glomerulaire capillair treedt geen drukverval op. De druk in het glomeruluscapillair is de drijvende kracht achter het filtratieproces.

Het lichaam kan de hydrostatische druk in de glomeruli regelen en daarmee het filtratieproces versterken of verzwakken. Dit gebeurt door het veranderen van de pre- en postglomerulaire weerstand. Dit wordt ook wel de autoregulatie van de nieren genoemd. Hoe deze autoregulatie werkt is te zien in het onderstaande figuur. Door autoregulatie wordt de GFR (glomular filtration rate) en RPF (renal plasma flow) gelijk gehouden.

Op deze manier wordt ook in het geval van bloeddrukdaling of bloeddrukstijging de doorstroming en de druk in de capillairen op het juiste peil gehouden.
 

De totale glomerulaire druk komt tot stand door de weerstand van de efferente en de afferente arteriolen. Deze weerstand kan pre- en postganglionair geregeld worden. De preganglionaire weerstand heeft invloed op de hoeveelheid bloed, die naar het capillair bed toestroomt. Bij een lagere weerstand stroomt er gemakkelijk meer bloed naar het capillair bed. Bij een gelijk blijvende efferente weerstand stijgt de druk in het capillair bed. De weerstand in de efferente arteriolen heeft invloed op de hoeveelheid bloed die uit het capillair bed weg kan stromen. Bij een lagere efferente weerstand stroomt het bloed sneller weg uit het capillair bed. Bij een gelijk blijvende afferente weerstand zal de druk in het capillair bed dalen. Zie ook afbeelding 3.

Resorptie

Na het proces van filtratie, wordt er uiteindelijk zo’n 99% van het water, natrium en kalium gereabsorbeerd zodat je uiteindelijk maar 1,8L urine per dag uit plast. Glucose wordt onder normale omstandigheden volledig gereabsorbeerd. 2/3^e van de waterreabsorptie vindt plaats in de proximale tubulus. 23% van het water wordt in de lus van Henle gereabsorbeerd. Afhankelijk van de waterinname, zal in het laatste deel van de lus van Henle 0-10% worden gereabsorbeerd. Het water wordt opgenomen in de peritubulaire capillairen. De rest wordt uitgescheiden via de urine.

In de peritubulaire capillairen is de colloid-osmotische druk door de vele filtratie verhoogd. De hydrostatische druk is steeds verder gedaald. Doordat de colloid-osmotische druk hoger is dan de hydrostatische druk, zal er reabsorptie plaatsvinden. Hoe meer er gefiltreerd is in de glomerulus, hoe hoger de eiwitconcentraties in het capillair, hoe hoger de colloid-osmotische druk en hoe lager de hydrostatische druk en dus hoe sterker de aantrekkingskracht voor water is die het peritubulaire capillair uitoefent op de tubulus. Er is dus sprake van een balans tussen filtratie en resorptie. Hoe meer er gefiltreerd is, hoe meer er ook geresorbeerd wordt. Deze balans heet de glomerulotubulaire balans.

Glucosetransport

Glucose komt niet in de urine voor, omdat in gewone plasma glucoseconcentraties de filtratie gelijk is aan de resorptie. Normaal is de klaring van glucose dus 0; alle gefiltreerde glucose komt weer terug het plasma in. Wanneer de tubulaire resorptie aan zijn maximum gekomen is, kan er echter wel glucose achterblijven in de urine. Bij onveranderde filtratiesnelheid, maar bij toegenomen plasma glucoseconcentratie, kan de klaring (volume per tijdseenheid) oplopen. Dit is het geval bij mensen met onbehandelde suikerziekte.

Na-K pomp

Resorptie vindt plaats door werking van de osmotische kracht. Doordat natrium via Na⁺/K⁺-pompen in het basolaterale membraan de cel uit wordt gepompt, daalt de concentratie natrium in de cel.Daarnaast ontstaat er een elektrostatische kracht de proximale tubuluscel in. Hierdoor wil natrium vanuit het lumen de cel instromen. Van deze natriumstroom wordt gebruikgemaakt om andere stoffen de cel in of uit te transporteren via syn- en antiporters. In afbeelding 4 wordt weergegeven welke transporters zich in welk deel van de tubulus bevinden. Duidelijk is dat in het dikke opstijgende deel van de lus van Henle (B) en de distale tubulus (C) geen water meer wordt geresorbeerd. In dit deel (B) vindt met name de resorptie van zouten plaats.

Het geneesmiddel acetazolamide remt het enzym carbonic anhydrase, waardoor er geen HCO₃^- meer wordt gemaakt in de cel. Het farmacon furosemide remt de Na⁺- Cl^--, K⁺-symporter. Thiazide remt de Na⁺-Cl^--symporter. Amiloride is een thiazidediureticum. Het remt het transport van natrium uit het lumen naar de cel. Spirolactone remt de uitwisseling van natriumionen uit het interstitium tegen kaliumionen uit de tubuluscellen.

Regulering extracellulair kalium

Bij voedselinname krijg je soms veel kalium binnen. Dit moet spoedig weg uit de extracellulaire ruimte. Een laag kaliumgehalte in de extracellulaire ruimte is namelijk van belang voor de prikkelgeleiding. Een teveel aan kalium moet dus snel naar intracellulair gepompt worden. Dit proces wordt acuut geregeld door hormonen (insuline, adrenaline en aldosteron), die het transport de (spier)cellen in stimuleren. Plasma kaliumconcentratie moet streng gereguleerd worden. Hyperkalemie en hypokalemie kunnen je hartritme verstoren met de dood als gevolg.

Regulering extracellulair volume

De regulering van het volume wordt men name bepaald door de uitscheiding van natrium. Natrium houdt water vast. In de proximale tubulus wordt ongeveer 67% geresorbeerd. Ongeveer 25% wordt geresorbeerd in het opstijgende deel van de lis van Henle, 5% in de distale tubulus en ongeveer 3% in de verzamelbuizen. Uiteindelijk wordt ongeveer 0,4% van het gefiltreerde natrium uitgescheiden (bij inname van 100mmol Na⁺ per dag).

Door overmatig zoutinname zal er ook meer natrium uitgescheiden worden.

Het reguleren van de natriumbalans heeft direct invloed op de vochthuishouding. Dit wordt men name gedaan door het RAA-systeem. In dit systeem spelen de macula densa in de distale tubulus en het juxtaglomerulaire apparaat een belangrijke rol. Wanneer het circulerende volume afneemt, wordt het juxtaglomerulaire apparaat (JGA) gestimuleerd tot afgifte van renine. Renine zet angiotensinogeen om in angiotensine I. Dit wordt vervolgens door ACE in de longcapillairen omgezet in angiotensine II, wat de bijnierschors stimuleert tot afgifte van aldosteron. Aldosteron en angiotensine II zorgen uiteindelijk voor verminderde natriumexcretie.

Er zit meer natrium in het bloed en daarmee ook meer water. Het circulerende volume zal hierdoor weer toenemen.

De GFR wordt beïnvloed door de tubuloglomerulaire feedback. Wanneer er sprake is van een stijgende glomerulaire filtratiesnelheid (GFR), zal de flow in de distale nefron en de flow door de macula densa (in de wand van distale tubulus) omhoog gaan. De macula densa staat in contact met de afferente arteriole. De macula densa registreert de aanvoer en stroomsnelheid. Bij een verhoogde flow gaat er een signaal naar de gladde spiercellen van de afferente arteriole. De afferente arteriole contraheert (preglobulaire constrictie). De totale weerstand stijgt, zodat de glomerulaire druk en de GFR weer dalen.

Wanneer je weinig natrium inneemt, is het RAA-systeem zeer actief. Deze fase wordt ook wel hypovolemie genoemd. Andere actieve systemen zijn de sympathicus, prostaglandiden en afgifte van ADH. Bij veel zoutinname zal het RAA-systeem veel minder actief zijn, maar wordt het ANP (atrial natriuretic peptide) systeem actief. Dit systeem zorgt voor renale vasodilatatie, waardoor de GFR en uiteindelijk de urineproductie toeneemt. Deze situatie wordt ook wel hypervolemie genoemd. De normale toestand wordt aangeduid met isovolemie.

Wanneer je na weinig natriumgebruik plotseling veel inneemt, zal je gewicht sterk toenemen gedurende vijf dagen. Dit komt doordat de nieren zich nog niet hebben aangepast aan de enorme hoeveelheid zouttoevoer; de uitscheiding blijft voor een tijdje achter bij de inname. Na ongeveer 5 dagen zal de balans hervonden zijn en zal het gewicht weer stabiliseren. Bij acute verlaging van de zoutinname, moeten de natrium behoudende systemen weer allemaal aangezet worden. Het duurt ongeveer vijf dagen voordat de uitscheiding gelijk is aan de inname. In die vijf dagen val je af.

De zoutbalans staat dicht bij de bloeddrukregulatie. De nier zorgt voor een constante bloeddruk bij overmatig zoutinname. Bij mensen met nierfalen, zal de bloeddruk sterk stijgen bij toegenomen zoutexcretie. Hierdoor ontstaat de renale functiecurve.

Vloeistofretentie: overmatige hoeveelheid vloeistof. Dit kan leiden tot perifeer oedeem (dikke enkels) door teveel vocht in de systemische circulatie en longoedeem door een teveel aan vocht in de kleine circulatie. Welk van deze twee soorten oedeem optreedt, is afhankelijk van de plaats waar de hydrostatische drukken veranderen. Wanneer de linker harthelft het teveel aan vloeistof niet aan kan, zal er longoedeem door de verhoogde druk in de kleine circulatie ontstaan. Wanneer de rechter harthelft de vloeistoftoevoer niet aan kan, zal er perifeer oedeem ontstaan wegens de verhoogde druk in de grote circulatie. Beide kunnen ook tegelijk optreden.

Een verminderd circulerend volume leidt tot orthostatische hypotensie en flauwvallen.

Regulering extracellulaire concentratie = osmolariteit

De plasma osmolaliteit is normaal 280-290 osmol/L. De waarde is te schatten met de volgende formule: 2 x [Na⁺] + [glucose] + [ureum]. De [Na⁺] is normaal 140 mmol/L, [glucose] is 4 mmol/L en [ureum] is 6 mmol/L. De plasma osmolaliteit wordt dus voornamelijk bepaald door plasma natrium met bijbehorende anionen.

Een goede regulatie van extracellulair natrium is van groot belang. Bij hypernatremia en hyponatremia ontstaan cerebrale symptomen.

Als de osmolaliteit stijgt, stijgt de concentratie ADH in het plasma. Dit wekt een dorstgevoel op. Daarnaast zal bij een stijgende osmolariteit de concentratie arginine vasopressine (AVP) in het plasma stijgen. Dit is een antidiuretisch hormoon. Vasopressine komt uit de hypothalamus en bindt aan een G-eiwit gekoppelde receptor, die cAMP stimuleert. Dit stimuleert het exocytoseproces, waardoor er waterporiën (aquaporines II, alleen in distale tubulus) open gaan. Het stimuleert dus de waterresorptie.

In het proximale tubulus is de concentratie van stoffen gelijk aan de concentratie in het cytoplasma . Hier wordt 67% geresorbeerd en er gaat net zoveel water mee waardoor aan het einde van de proximale tubulus de osmolariteit precies hetzelfde is als in het plasma. In de lus van Henle loopt de concentratie sterk op vanwege waterresorptie maar geen zoutresorptie, het afdalende been heeft dus een sterk stijgende osmolariteit (tot wel 3x plasmaosmolariteit). In het opstijgende deel daalt de concentratie in het lumen tot waarden die lager liggen dan in het plasma (hypotoon, TF/P=0,5). Het dalende been wordt daarom ook wel het verdunnende segment genoemd. Wanneer je veel water vast wil houden, zal er veel waterresorptie plaatsvinden. In de aanwezigheid van ADH zal na het verdunnende segment water geresorbeerd worden via waterporiën. De concentratie zal dan toenemen.

In de lis van Henle geldt een tegenstroomprincipe, waardoor concentratiegradiënt stap voor stap wordt opgebouwd, waarbij het belangrijk is dat het opstijgende deel van de lis van Henle geen water verliest. Onderaan de lus is de concentratiegradiënt het hoogst.

Ureum wordt gevangen (trapped) in het niermerg. Van daaruit wordt urea in de opstijgende, veneuze vasa recta vervoerd. Urea kan weer terug naar het niermerg via een vasculaire of tubulaire route. De vasculaire route gaat via dalende, arteriële vasa recta. De tubulaire route gaat via de dalende dunne delen van de lis van Henle.

Werkcollege: Borstwand, buikwand en lieskanaal

Thoraxwand en buikwand (zie afbeelding 5 en 6)

In de borstwand kunnen we verschillende structuren onderscheiden: botten (wervels, ribben, borstbeen), spieren en fasciae (bindweefsellaag). De opbouw van buiten naar binnen is als volgt:

• Huid

• Onderhuids vet- en bindweefsel

• M. intercostalis externus – vezelrichting: ‘handen in de zak’

• M. intercostalis internus – vezelrichting: loodrecht op vezelrichting m. intercostalis externus

• M. transversus thoracis – vezelrichting dwars

• Fascia endothoracica – Bindweefselmembraan

• Pleura parietalis

De m. intercostalis intimus is binnenste deel van de m. intercostalis internus. Onder elke rib loopt een vena, arteria en nervus intercostalis. Bij het steken van een naald in de thoraxwand moet boven de rib geprikt worden. Op deze manier is er minder kans op beschadiging van de zenuwen en bloedvaten.

De intercostaalspieren horen tot de spieren van de thorax. De m. seratus anterior en m. pectoralis minor zijn wel aan de ribben bevestigd, maar deze behoren niet tot de thoraxspieren omdat deze voor de aansturen van andere lichaamsdelen zorgen, zoals de scapula.

De anterolaterale buikwand bestaat uit spieren en fasciae. De precieze opbouw van buiten naar binnen is als volgt ):

• Huid

• Onderhuids vet- en bindweefsel

• M. obliquus externus abdominis

• M. obliquus internus abdominis

• M. transversus abdominis

• Fascia transversalis

• Extraperitoneaal weefsel (vet)

• Peritoneum parietale

Aan de voorzijde van de buikwand is nog een laag spierweefsel aanwezig: de m. rectus abdominis.

Het vezelverloop van de musculus obliquus externus abdominis is schuin, in dezelfde richting als de stand van de armen, wanneer men de handen in de zakken heeft.

Aan de mediale zijde en de onderzijde gaat de spier over in een peesplaat. Dit is een platte pees, wat ook wel een aponeurose wordt genoemd.

Het vezelverloop van de m. obliquus internus abdominis is loodrecht op de musculus obliquus externus abdominis. Mediaal gaat deze spier over in de aponeurose. Aan de onderkant is een vrije onderrand. De spier loopt dus niet helemaal door tot aan het bekken.

Het verloop van de m. transversus obdominis is dwars. De spier gaat aan de mediale zijde over in een aponeurose. Aan de onderkant is een vrije onderrand. Deze ligt iets hoger dan de vrije onderrand van de m. obliquus internus abdominis.

Alle drie de spieren gaan dus naar mediaal over in de aponeurose. Bij de mediaanlijn loop de m. rectus. De aponeurose vormen een omhulsel voor deze spier. Dit omhulsel heet de vagina m. recti abdomonis, ook wel de rectusschede. In de mediaanlijn komen alle aponeurose samen. Hier is dus een stevige rand. Dit heet de linea alba (witte lijn tussen de linker en rechter m. rectus).

Wat de thorax- en buikwand gemeen hebben, is de opbouw van de drie spierlagen. Zo hebben de m. externus en m. internus dezelfde vezelrichting. Door de ribben zijn alleen de intercostaal spieren (buitenste spieren) gescheiden. Dit komt door het feit dat beiden een gelijke embryonale oorsprong hebben. Daarnaast hebben beide wanden fascia.

Het eerste belangrijke verschil tussen de wanden, is het feit dat het abdomen de longitudinale m. rectus abdominis heeft en de thorax (meestal) niet. Deze spieren worden omgeven door een schede van de aponeurose (=peesplaat, een platte spier). In de mediaanlaan komen alle peesbladen samen: de linea alba.

Het tweede belangrijke verschil is dat de thorax ribben en een sternum hebben (benige elementen), die voorkómen dat de thorax in elkaar klapt. Bij een inademing moet de druk in de thorax laag zijn. De benige structuren houden de longen dan uitgerekt. Het abdomen hier tegenover heeft veel spieren om de buikdruk te genereren. De ribben geven daarnaast bescherming aan de onderliggende organen.

Verder heeft het abdomen in tegenstelling tot de thorax extraperitoneaal weefsel en een aponeurose voor de aanhechting van spieren (in de thorax zijn die aan de ribben bevestigd).

Het lieskanaal

Het lieskanaal is een kanaaltje dat door de buikwand gaat en biedt een passage mogelijkheid voor de testikel om tijdens de embryonale ontwikkeling af te dalen in het scrotum.

De testikels worden hoog in de buik, net onder het diafragma en retroperitoneaal aangelegd. Dit is niet ideaal voor de zaadproductie, omdat de temperatuur daar te hoog is. In het scrotum is

de temperatuur lager. Daarom zakken de testis af. Tussen de testis en het scrotum is een bindweefselstreng aangelegd. De testis zullen indalen volgens het verloop van deze streng. Dit komt doordat het lichaam groeit, maar deze bindweefselstreng niet meegroeit. Hierdoor worden de testis naar beneden getrokken. De bindweefselstreng waaraan het testikel bevestigd is, zorgt er dus voor dat het testikel naar het scrotum geleid wordt.

Als het testikel het scrotum wil bereiken, moet het door drie weefsellagen heen: de fascia transversalis, m. obliquus internus en m. obliquus externus. Hij hoeft niet door de m. transversalis heen, omdat deze een vrije onderrand heeft, die laag genoeg is. Het testikel zal niet dwars door deze lagen heen gaan, maar erin dalen, zodat er evaginatie plaatsvindt. Het testikel houdt deze lagen dus om zich heen. Na het indalen liggen om de testikels een laag van de fascia transversalis, de m. obliquus internus abdominis en de aponeurose van de m. obliquus externus abdominis

Ook het peritoneum pariëtalis vormt een uitstulping terwijl dit eigenlijk niet nodig is voor het indalen, want de testikels liggen retroperitoneaal. De uitstulping heet de processus vaginalis. Kort voor de geboorte zal deze processus dichtgaan. Daaronder blijft een opening met vocht bestaan, die mogelijk dient voor de beweging van het testikel.

De ‘slurf’ die ontstaat uit de m. obliquus internus wordt ook wel de m. cremaster genoemd. Deze spier kan het testikel omhoog trekken. Dit is van belang bij thermoregulatie. Bij koude temperatuur spant de spier aan, waardoor de testikels dichter tegen de buikwand aan gaat liggen. Deze spier spant dus reflectoir aan.

De binnenste/diepe opening van het lieskanaal heet de analus inguinalis profundus en zit in de fascia transversalis.

De buitenste/oppervlakkige opening van het lieskanaal heet de analus inguinalis superficialis (analus superficialis externus) en bevindt zich in aponeurose van de m. obliquus externus abdominis. De voorwand van het lieskanaal wordt gevormd door de aponeurose van de m. obliquus externus (zie figuur 5). De achterwand wordt gevormd door de fascia transversalis.

In het lieskanaal van een man bevindt zich een aantal structuren. De belangrijkste structuren zijn: arteria testicularis, plexus pampiniformis (venen vanuit de testikels) en ductus deferens (zaadleiders). Deze worden samen de funiculus spermaticus genoemd.

Bij vrouwen wordt er ook een lieskanaal gevormd, maar het ovarium daalt niet verder dan het bekken. Alleen het ligamentum teres uteri gaat door het lieskanaal.

Bij een neonaat liggen de openingen eerst dicht achter elkaar. Bij volwassenen komt de anulus inguinalis profundus meer lateraal te liggen, zodat het lieskanaal schuin loopt. Het lieskanaal is dus een schuine passage door de buikwand door middel van drie invaginaties. Het lieskanaal is ongeveer 4 cm lang en loopt evenwijdig aan lig inguinale (poupart).

Liesbreuken: het uitstulpen van peritoneum parietale door een zwakke plek in de buikwand in de liesregio.

Een liesbreuk kan aangeboren of verworven zijn. Bij een aangeboren liesbreuk is de slurf van het peritoneum niet gesloten, waardoor darmen in het scrotum kunnen komen. Deze vorm van een liesbreuk wordt lateraal genoemd. Deze naamgeving komt tot stand door de ligging ten opzichte van de bloedvaten. Een andere naam voor deze vorm is de indirecte liesbreuk. Deze naam komt tot stand doordat de zwelling op een nadere plek waar te nemen is dan waar de oorzaak zich bevindt. Deze vorm van een liesbreuk komt vooral bij jonge mensen voor.

Een verworven liesbreuk treedt vaak op bij oudere mensen (> 40 jaar). De buikwand is ter hoogte van het lieskanaal verzwakt, waardoor een zwelling ontstaat. Dit kan veroorzaakt worden door langdurige zware belasting (zwaar tillen) of bijvoorbeeld roken. Dit type liesbreuk worden ook wel direct of mediaal genoemd.

Werkgroep 7: Glomerulaire filtratie, tubulaire reabsorptie en meten van nierfunctie

Filtratie

In het capillair van de glomerulus wordt door filtratie voorurine gevormd. Er vindt alleen filtratie plaats, omdat in het gehele capillair de hydrostatische druk hoger is dan de tegenwerkende colloïd-osmotische druk. Pas aan het eind van het capillair zal de colloïd-osmotische druk even groot worden als de hydrostatische druk. Het filtratieproces stopt dan.

De hoge hydrostatische druk in de capillairen wordt opgebouwd door de relatief lage weerstand in de afferente arteriolen en de relatief hoge weerstand in de efferente arteriolen. De tegendruk die wordt gegeven door het filtraat in het kapsel van Bowman zal nooit te hoog oplopen, omdat het filtraat direct wordt afgevoerd via de tubuli. Er vindt daardoor ook nooit resorptie plaats in de glomerulus.

Het uitwisselingsproces in de nieren verloopt dus anders dan in andere weefselcapillairen. In een weefselcapillair blijft de colloid-osmotische druk over de gehele lengte gelijk. De hydrostatische druk begint hoog, maar neemt gedurende de lengte van het capillair af. Hierdoor ontstaat er eerst een periode van filtratie en daarna een periode van absorptie. De hyrostatische druk is maar een bepaalde periode hoger dan de colloid osmotische druk.

In een capillair in het kapsel van Bowman verandert de hydrostatische druk over de gehele lengte nauwelijks. Dit komt doordat het capillair bed aan eindigt in een arteriole. De osmotische druk neemt toe, door de grote mate van filtratie. De osmotische druk komt echter nooit boven de hydrostatische druk, waardoor er altijd filtratie is.

De samenstelling van de voorurine is door het filtratieproces anders dan die van het plasma. Dit komt doordat de permeabiliteit van de glomerulaire capillairen hoog is, waardoor kleine moleculen en water makkelijk gefiltreerd kunnen worden. De endotheelcellen en de basale lamina vormen voor sommige moleculen echter wel een barrière. Als eerste speelt de molecuulgrootte en belangrijke rol. Zo zullen macromoleculen (groter dan 5 kD) als eiwitten en rode bloedcellen het membraan niet kunnen passeren. Ook speelt de lading van de deeltjes een rol. Filtratie van negatief geladen eiwitten wordt door het negatief geladen capillaire complex belemmerd. Positieve en ongeladen deeltjes gaan dus makkelijker door het capillaire complex. Ten slotte is de vervormbaarheid van moleculen ook van belang. Rigide of globulaire moleculen komen niet in het filtraat voor. Vervormbare moleculen komen wel voor in het filtraat.

In de efferente arteriool is de colloïd-osmotische druk hoger dan in de afferente arteriool. Dit komt doordat in de glomeruli veel water uit de capillairen wordt gefiltreerd, terwijl eiwitten achterblijven. De colloïd-osmotische druk wordt hoger, want de concentratie eiwitten is hier hoger. Het bloed wordt vanuit de glomeruli, na de filtratie, afgevoerd door de efferente arteriool. Hier is de colloid-osmotische druk dus hoger.

In peritubulaire capillairen vindt een sterkere resorptie plaats dan in gewone weefsel capillairen. De peritubulaire capillairen sluiten aan op de efferente arteriolen. Door de achtergebleven eiwitten en de grote hoeveelheid filtratie was de colloïd-osmotische druk in de efferente arteriole zeer hoog. Dit zorgt voor een hoge aanzuigende werking van het plasma, dus resorptie vindt makkelijker plaats in de peritubulaire capillairen dan in gewone weefselcapillairen.

Uitgaande van een cardiac output van 6000 mL/minuut en een hematocriet van 50%, zal de hoeveelheid bloed en hoeveelheid plasma die per dag door de nier gaat, als volgt kunnen worden berekend. Van de cardiac output stroomt 20% door de nieren. De hoeveelheid bloed die door de nier gaat, is dan 0,20 x 6000 = 1200 mL/minuut (=1728 L/dag).

De hoeveelheid plasma die gefiltreerd wordt is dan 0,50 x 1200 = 600 mL/minuut (=864 L/dag). Daarvan vormt 20% de voorurine, dus dat wordt 0,20 x 600 = 120 mL/minuut (=173 L/dag).

Om de hoeveelheid filtraat terug te brengen tot een normale hoeveelheid urine, moet er een groot deel van het water worden geresorbeerd. Hierdoor zal de concentratie van het filtraat stijgen. Bovendien moeten de bruikbare stoffen geresorbeerd worden. Door veel te filtreren en dus veel voorurine te produceren, weet je zeker dat een groot deel van de afvalstoffen in het filtraat komen. Afvalstoffen kunnen daarnaast actief vanuit het bloed naar de voorurine getransporteerd worden door middel van transporters. Dit is actieve secretie en kost energie. Afvalstoffen zijn bijvoorbeeld ureum en creatonine. .

Reabsorptie

In de proximale tubulus wordt ongeveer 60% van de vloeistof gereabsorbeerd . De vloeistof bestaat uit water met nuttige opgeloste deeltjes, zoals elektrolyten (Na, K, Cl), glucose en aminozuren. Er is nog weinig regulatie van de samenstelling van de voor-urine. De reabsorptie wordt primair mogelijk gemaakt door Na⁺/K⁺-pompen aan de basolaterale zijde van de cel. Hierdoor wordt natrium tegen de gradiënt in de cel uitgepompt. Er ontstaat hierdoor een elektrisch en een concentratie gradiënt. Door de lage intracellulaire natriumconcentratie, zal natrium vanuit het lumen de cel in diffunderen. Natrium speelt een belangrijke rol als cotransporter en antiporter, en zorgt op die manier ook voor de opname vanuit het lumen van andere deeltjes. De deeltjes die met natriumionen de cel in meeliften zijn glucose, aminozuren, fosfaten, sulfaten, lactaat en andere CO- en CO₂-zuren. Door de osmotische druk gaat water naar het interstitium. Water wordt ook passief in de cel opgenomen. In de cel wordt het omgezet in H+ en OH-. H+ wordt via een antiporter met natrium weer terug het lumen ingepompt. OH- wordt gebruikt om HCO3- te maken, wat naar het interstitium gaat. De resorptie is een actief proces en kost dus energie.

Wanneer 60% van de voorurine wordt geresorbeerd, betekent dit dat er na een dag nog 0,60 x 173 = 104L over is aan het einde van de proximale tubulus.

De diurese is de urineproductie, weergegeven in volume per tijdseenheid (ml/min,). De natriurese is de excretie (uitscheiding) van natrium, weergegeven in massa per tijdseenheid (mmol of gram per dag).

De druk in de glomerulaire capillairen kan worden geregeld door vasoconstrictie en vasodilatatie van de afferente en efferente arteriolen. Hierdoor zal de GFR (globular filtration rate) worden beïnvloed.

Wanneer in de afferente arteriole vasoconstrictie optreedt, zal de drukgradiënt over het membraan afnemen. Er stroomt minder gemakkelijk bloed naar de capillairen. Er is een daling van de GFR en een daling van de RBF.

Wanneer in de afferente arteriole vasodilatatie optreedt, zal de drukgradiënt over het membraan toenemen. Er stroomt gemakkelijk bloed naar de capillairen. Er is een stijging van de GFR en een stijging van de RBF.

Wanneer in de efferente arteriole vasoconstrictie optreedt, zal de drukgradiënt over het membraan toenemen. Het bloed in de capillairen stroomt minder gemakkelijk weg. Er is een stijging van de GFR en een daling van de RBF.

Wanneer in de efferente arteriole vasodilatatie optreedt, zal de drukgradiënt over het membraan afnemen. Het bloed in de capillaire stroomt gemakkelijk weg. Er is een daling van de GFR en een stijging van de RBF.

Klaring

De klaring is het volume aan bloed of plasma dat per tijdseenheid wordt ontdaan van een stof (X). Om dit te berekenen, moet je de concentratie van X in de urine bepalen (U_x), het volume van de urine in een bepaalde tijd vaststellen (V), en de concentratie van X in systemisch bloedplasma meten (P_x). De klaring (C_x) bereken je dan als volgt:

C_x = (U_x x V) / P_x

De klaring van glucose is 0, omdat glucose normaal gesproken volledig wordt geresorbeerd. Glucose hoort dus niet voor te komen in urine.

Door de klaring van creatinine te bepalen, kan een uitspraak worden gedaan over het filtratiesnelheid in de nier. De hoeveelheid creatinine die wordt gefiltreerd is namelijk gelijk aan de hoeveelheid creatinine die wordt uitgescheiden. Er is geen reabsorptie of secretie van creatinine. Wanneer de stof wel wordt gesecreteerd of gereabsorbeerd heeft dit invloed op de klaring. Bij secretie is de GFR groter dan de klaring. Bij reabsorptie is de GFR kleiner dan de klaring.

Wanneer de serum creatinineconcentratie bij een patiënte stijgt van 60 micromol/liter tot 90 micromol/liter, betekent dit dat er minder filtratie plaatsvindt. De klaring van creatonine is bij een persoon normaal gesproken redelijk constant. De hoger wordende serum creatonineconcentratie kan duiden op nierfunctieverlies. Bij de patiënte is de serum creatinineconcentratie toegenomen van 60 micromol/liter tot 90 micromol/liter. De GFR is (60/90) x 100% = 33% afgenomen.

Farmacologie

Er zijn drie processen betrokken bij de renale eliminatie van geneesmiddelen. Dit zijn glomerulaire filtratie, actieve secretie en tubulaire terugresorptie. De glomerulaire filtratie is afhankelijk van de molecuulgrootte (>50 kD wordt niet gefiltreerd, tussen 20-50 kD nauwelijks), lading (negatief geladen moleculen worden niet gefiltreerd) en vervormbaarheid.

Tubulaire terugresorptie is afhankelijk van de lipofilie van de stof en de concentratie. Hoe groter de lipofilie, hoe beter de resorptie. Bij geneesmiddel zijn ook de pH van de omgeving en de pKa van het geneesmiddel van belang. Dit bepaalt de mate van dissociatie. Alleen niet gedissocieerde geneesmiddelen met lipofiele eigenschappen kunnen door het epitheel. Actieve secretie is afhankelijk van de binding aan specifieke transporters.

Digoxine kan een interactie aangaan met verapamil en kinidine. Digoxine wordt via het transporteiwit P-glycoproteine in de proximale tubulus gereguleerd door middel van secretie. Verapamil en kinidine remmen dit transporteiwit. Er is ook competitie. Hierdoor is er minder secretie van digoxine en kan de plasmaconcentratie sneller oplopen, wat kan leiden tot toxiciteit met bijbehorende klachten.

Bètablokkers als atenolol, celiprolol en sotalol zijn hydrofiel van aard en metoprolol lipofiel. Lipofiele stoffen worden minder goed renaal geëlimineerd. Dit komt door het feit dat lipofiele stoffen in de lever voor een groot deel worden gebonden aan eiwitten, waardoor ze door hun grootte niet gefiltreerd kunnen worden. Als het in vrije vorm aanwezig is en gefiltreerd wordt, wordt het bovendien door het lipofiele karakter gelijk geresorbeerd . De lever metaboliseert de lipofiele stoffen. De nieren scheiden alleen hydrofiele stoffen uit.

Metoprolol wordt in de lever getransformeerd in hydrofielere metabolieten die wel in de nier gefiltreerd kunnen worden en niet zo veel geresorbeerd zullen worden.

Practicum Anatomie

De nieren liggen retroperitoneaal (achter het peritoneum) tegen de achterste abdominale wand. Om zicht te krijgen op het retroperitoneum moet je het colon transversum, jejunum, ileum, maag en colon sigmoid weghalen. De nieren liggen tussen thoracaal 12 en lumbaal 3. De rechternier ligt lager dan de linkernier. Dit komt doordat de lever boven de rechternier ligt en deze iets naar beneden drukt.

De recessus costodiafragmaticus ligt deels over de nieren heen. Bij een nieroperatie kan hierdoor soms als complicatie een pneumothorax (ingeklapte long) ontstaan.

De bijnier heet ook wel de glandula suprarenalis of glandula adrenalis en bevindt zich rond de bovenpool van de nieren. De bijnier maakt de hormonen adrenaline, androgenen en cortisol. De bijnier en de nier zijn niet met elkaar vergroeid. Het zijn twee afzonderlijke organen, die wel dicht bij elkaar liggen.

De a. renalis loopt naar de nieren toe. De v. renalis en de pelvis renalis (nierbekken) lopen van de nieren af. De nieren ontwikkelen zich in de bekken van het lichaam en bewegen zich dan omhoog.

Tijdens hun reis naar boven zijn er steeds nieuwe bloedvaten nodig om de nieren van bloed te voorzien. Soms gaan de 'oude' extra nierarteriën niet weg en zijn ze in een preparaat te zien. De v. suprarenalis verloopt van de bijnier naar de v. renalis en vandaaruit naar de v. cava inferior. De linker v. testicularis/ovarica mondt uit in de linker v. renalis. De rechter v. testicularis/ovarica mondt uit in de v. cava inferior.

De ureter passeert op weg naar de blaas (vesica urinaria) de a.iliaca en de a.ovarica/testicularis. Een blaas lijkt op een driezijdige piramide, waarvan de apex naar voren en boven ligt. De fundus is driehoekig naar achter en onder gericht. In de fundus monden beide ureteren uit. De blaas ligt subperitoneaal (onder het peritoneum). Bij een suprapubische blaaspunctie (boven het schaambeen) passeert de naald achtereenvolgens de huid, onderhuidsvetweefsel, linea alba (indien in middenlijn, anders ook door m. rectus abdominis), fascia transversalis, extra peritoneaal vet, voorwand blaas met eerste spier (m. detrusor) en het urotheel.

In de kleine bekken liggen bij de man de prostaat en zaadblaasjes als interne genitalia. Bij de vrouw liggen de ovaria, uterus en eileiders (tuba) in de bekken.

Om de nieren heen ligt een strakke bindweefselomhulling, genaamd de capsula fibrosa.

In de nierhilus liggen de a. renalis, v. renalis en de pelvis renalis. Deze structuren komen in de nier in de sinus renalis terecht. De sinus renalis is verder gevuld met vetweefsel. De cortex renalis ligt direct onder de capsula fibrosa en ziet er bleek uit. Meer centraal in de nier ligt de medulla renalis. In de medulla liggen donker gekleurde pyramides renales. Tussen de piramides zet de cortex zich voort onder de naam columnae renales. In de schors en het merg wordt de urine geproduceerd. Vervolgens komt de urine terecht in calices renales minores, daarna in calices renalis majores en tenslotte in het pelvis renalis. In elke calix minor eindigt een piramide met een afgeronde top (papilla renalis). In de top zijn veel kleine openingen te zien. Na de pelvis renalis gaat de urine via de ureter naar de blaas en komt zo in de urethra.

Practicum Microscopie

De proximale tubuli zijn het meest prominent in de schors aanwezig. Dit buisje heeft als functie reabsorptie van (water en) zouten. Mergstralen zijn lissen van Henle samen met collecting tubules. Deze liggen in het centrum van een nierlobje. Een lob is een deel van een nier dat wordt begrensd door twee boogarteriën. Een lobje zit in een lob en wordt begrensd door twee interlobulaire arteriën. De lis van Henle en ductus colligens bevinden zich in het niermerg. Ze wisselen af met vasa recta om uitwisseling tussen bloed en voorurine mogelijk te maken. Het bloed in de vasa recta is al gefiltreerd.

De glomerulus bevindt zich in de schors en heeft filtreren als functie.

Het nierlichaampje bevindt zich ook in de schors en heeft ook filtreren als functie.

De tubulus proximalis bevindt zich in de schors en reabsorbeert zouten (en water). De proximale tubuli hebben wanden met hoge cellen die felroze cytoplasma hebben.

De lis van Henle bevindt zich in de schors en in het merg en heeft een reabsorptiefunctie voor natriumionen en water. De lis van Henle heeft een secretiefunctie voor organische zuren. De dunne delen van de lis van Henle hebben platte cellen met roze cytoplasma, waarvan de kernen naar het lumen uitpuilen.

De tubulus distalis ligt in de schors. De tubulus distalis secreteert H⁺-ionen en absorbeert Na⁺. Onder invloed van ADH resorbeert de tubulus distalis ook water. ADH activeert namelijk waterkanaaltjes. De cellen van de distale tubulus zijn moeilijk van elkaar te onderscheiden, want de celgrenzen zijn moeilijk te zien. Het cytoplasma is rood gekleurd.

De ductus colligens heeft een wand die bestaat uit kubische cellen met kernen die basaal zijn gelegen in de cel.

Een afferente arteriole voert bloed een nierlichaampje binnen. Een efferente arteriole verlaat het nierlichaampje. Tussen de afferente en efferente arteriole vindt filtratie plaats. Het bloed gaat na het verlaten van het nierlichaampje naar het peritubulair capillair netwerk dat de nierschors en het niermerg van bloed voorziet en gaat als arteriole recta met de lis van Henle mee het merg in.

In de ductus colligentes zijn twee typen cellen waar te nemen: principal cells en intercalated cells. Dit zijn ook functioneel verschillende celtypen. Principal cells reabsorberen Na⁺-ionen actief en reabsorberen water. Principal cells secreteren K⁺-cellen. Intercalated cellen secreteren H⁺-ionen en reabsorberen bicarbonaat. Bij PAS-kleuring kleuren koolhydraten, eiwitten en basale lamina duidelijk aan. De PAS-positiviteit van de borstelzoom van de proximale tubuli wordt waarschijnlijk veroorzaakt door de vele transporteiwitten die daar aanwezig zijn.

De basale lamina bevindt zich onder elk epitheel.

Juxtaglomerulaire cellen produceren renine wanneer er zich een te lage concentratie Na⁺-ionen in het filtraat bevindt.

De binnenbekleding van de ureter en de blaas is overgangsepitheel (urotheel) dat bescherming biedt aan onderliggende cellagen tegen schadelijke stoffen uit de urine. De paraplucellen hebben als extra bescherming nog een laagje glycoproteïnen op de cellen. De mucosa van de ureter is sterk gevouwen, zodat de ureter kan uitzetten bij een groot volume aan urine. Zie afbeelding 7 en 8.

Werkgroep 8: Concentrerend vermogen en volumeregulatie

Osmolariteit

De osmolariteit van de tubulusvloeistof is niet in alle nefronsegmenten gelijk. In aanwezigheid van ADH zal de volgende situatie zich voordoen.

In de glomerulus en de proximale tubulus is de vloeistof isotoon ten opzichte van het bloedplasma. De osmotische druk blijft hier dus gelijk

In het afdalende deel van de lus van Henle zal de osmolaliteit van de vloeistof sterk toenemen (hypertoon worden ten opzichte van het plasma), doordat er veel water geresorbeerd wordt. In het laagste deel van de lus van Henle zal de osmolaliteit het grootste zijn.

In het dunne opstijgende deel van de lus zal de osmolaliteit wat dalen, doordat zouten via diffusie de tubulus verlaten (hypotoon). In het dikke opstijgende deel daalt de osmolaliteit van de tubulusvloeistof onder de waardes van het plasma, door actief transport van zouten en geen watertransport (hypotoon).

In de distale tubulus wordt de osmolariteit verder hypotoon.

In de verzamelbuis zal de osmolaliteit weer toenemen, doordat onder invloed van ADH de wand permeabel wordt en water wordt geresorbeerd. ADH zorgt dus voor terugresorptie van water in in de verzamelbuisjes, waardoor urine geconcentreerder wordt. De tubulusvloeistof wordt sterk hypertoon. Zie afbeelding 9 en 10.

Om geconcentreerde urine te kunnen maken, moet de osmolariteit van het interstitium van het niermerg veel hoger zijn dan van het plasma. Dan zal er water vanuit de tubuli naar het interstitium gaan. Deze hyperosmolariteit ontstaat doordat het opstijgende deel van de lis van Henle actief zouten resorbeert, terwijl de wand impermeabel is voor water. Hierdoor wordt een hoge osmolariteit in het interstium opgebouwd, terwijl deze in de urine wordt verlaagd. Hierdoor gaat er een osmotische kracht richting het interstitium werken. Het dalende deel van de lis van Henle is wel doorlaatbaar voor water, maar niet voor opgeloste stoffen. Er zal water vanuit de tubuli in het interstitium stromen. Het water dat in het interstitium wordt opgenomen in de capillairen en afgevoerd.
Wanneer er ADH aanwezig is, zal er geconcentreerde urine ontstaan, omdat er vanuit de verzamelbuis veel water wordt geresorbeerd. Deze resorptie vindt plaats totdat de osmolariteit van de tubulus gelijk is aan de osmolariteit van het interstitium. Wanneer er geen ADH aanwezig zou zijn, zou er geen terugresorptie van water zijn en zou de urine hypotoon blijven.

Het mechanisme van resorptie in de proximale tubulus is niet geschikt om urine te produceren met een hogere osmolariteit dan die van het plasma. Er ontstaat door het deeltjestransport in eerste instantie wel een osmotische gradiënt, maar deze wordt vrijwel direct gecompenseerd door water dat de wand ook kan passeren. De proximale tubulus zorgt alleen voor verandering van de samenstelling van de urine door actief deeltjes te re-absorberen of secreteren. Doordat water gelijk mee verplaatst vindt er uiteindelijk geen verandering van osmolariteit plaats en is dit mechanisme dus niet in staat om urine te concentreren. Daardoor vindt er uiteindelijk geen verandering van osmolariteit plaats en is dit mechanisme dus niet in staat om urine te concentreren.

De distale tubulus is op te delen in een vroege distale tubulus en een late distale tubulus. De vroege distale tubulus is niet permeabel voor water. Basolateraal is er actief transport van natriumionen door middel van een Na/K-ATPase. Natrium wordt hier de cel uitgepompt, waardoor de concentratie in de cel laag is. Vanuit het lumen stroomt Na⁺ met Cl^- via een cotransporter weer de cel in. De urine wordt hypotoon gemaakt. Deeltjes gaan de tubulus uit, maar water blijft achter.

De late tubulus is in aanwezigheid van ADH permeabel voor water. Het heeft twee soorten cellen: principal cellen en intercalalated cellen. De principal cellen zorgen voor reabsorptie van natrium en secretie van water. Eerst wordt door Na/K-ATPase (basolateraal) de intracellulaire natriumconcentratie laag en kaliumconcentratie hoog gemaakt. Vervolgens wordt Na⁺ opgenomen via Na⁺-selectieve kanalen en K+ geseceneerd via K⁺ kanalen. Intercalated cellen zorgen voor de secretie van K⁺ via een K/H-ATPase.

De renale bloedstroom en GFR zijn voor een groot deel onafhankelijk van de arteriële bloeddruk. Dit wordt door twee mechanismen geregeld: de myogene respons en de tubulo-glomerulaire feedback. Deze mechanismen zorgen ervoor dat de druk in de glomerulus aanwezig blijft.

De myogene respons werkt als volgt: door een hoge arteriële druk worden de arteriolen gerekt, met als gevolg dat deze arteriolen reflexmatig contraheren. Hierdoor wordt de weerstand verhoogd, waardoor de glomerulaire capillaire druk en dus ook de GFR lager worden. Deze feedback is een vorm van autoregulatie.

De tubulo-glomerulaire feedback werkt als volgt: wanneer door toegenomen bloeddruk het GFR stijgt, zal de toegenomen flow in de tubulus door de macula densa worden geregistreerd. Hier wordt een signaal afgegeven dat leidt tot vasoconstrictie van de gladde spiercellen van de afferente arteriool. Ook hierdoor kan dus het GFR worden gecorrigeerd.

Wanneer je een sterk natrium beperkt dieet volgt, is je natriuminname tijdelijk kleiner dan de uitscheiding, waardoor je bloed minder natrium bevat. Hierdoor zal er ook tijdelijk minder water worden teruggeresorbeerd (minder osmotische druk in interstitium van het nefron). De bloeddruk daalt licht en receptoren in de vas afferens worden minder uitgerekt. Hierdoor zal het JGA (juxtaglomerulaire apparaat) renine afgeven. Renine zorgt ervoor dat angiotensinogeen wordt omgezet in angiotensine I. Dit wordt vervolgens in de longcapillairen door ACE omgezet in angiotensine II. Angiotensine II stimuleert de bijnieren tot afgifte van aldosteron. Het gevolg van dit proces (door angiotensine II en aldosteron) is dat er meer zout en water wordt geresorbeerd in de proximale tubuli, waardoor er dus minder excretie plaatsvindt. Angiotensine II zorgt ook voor een dorstgevoel en leidt tot afgifte van AVP (ADH). Dit zorgt ook voor vasoconstrictie van de arteriën, en verhoogt zo de bloeddruk. Dit is een extrinsieke factor.

Het gevolg van dit proces is dat er meer zout en water wordt geresorbeerd, waardoor er dus minder excretie plaatsvindt. Het innemen van weinig zout heeft uiteindelijk weinig invloed op je bloeddruk. In eerste instantie zal het circulerend volume afnemen, maar al snel wordt het RAA-systeem aangezet, waardoor natrium wordt geresorbeerd en de zoutconcentratie in het lichaam weer zal stijgen.

Farmacologie

De klaring is het volume bloed of plasma dat per tijdseenheid wordt ontdaan van een stof (X). De klaring beïnvloedt de secundaire farmacokinetische parameter halfwaardetijd (T_1/2). De halfwaardetijd geeft aan hoeveel tijd er nodig is om de helft van een medicijn uit te scheiden. Plasmaconcentratie daalt dan met de helft.

Voor de formule van Cockroft en Gault zie formule 16 in het formuleblad

De formule verandert iets, wanneer deze betrekking heeft op een man. In plaats van vermenigvuldigen met 0.85, wordt dan vermenigvuldigd met 1.

(140-leeftijd)*gewicht*f staat voor de excretie van creatinine (met leeftijd neemt spiermassa af, met gewicht neemt het toe).

Voor deze formule heb je geen 24-uurs urine nodig en de invloed van spiermassa is in de formule opgenomen.

Een vrouw van 80 jaar (50 kg) heeft chronisch hartfalen en wordt o.a. behandeld met digoxine. De serumcreatinine was eerst 80 mol/L, nu 240 mol/L.

Eerst was de creatinineklaring: ((60 x 50) / (0,81 x 80)) x 0,85 = 39 mL/min.

Nu is de creatinineklaring: ((60 x 50) / (0,81 x 240)) x 0,85 = 13 mL/min.
Een normale waarde ligt tussen de 90 en 140 mL/min.

De creatinineklaring is afgenomen, wat wijst op een hogere creatinine plasmaconcentratie. Dit betekent dat er onvoldoende filtratie heeft plaatsgevonden en de nierfunctie dus is afgenomen.

Een gevolg hiervan is dat de klaring van digoxine ook is afgenomen. Dit betekent dat de digoxineconcentratie in het bloed zal stijgen, waardoor een sterkere werking van het medicijn optreedt. Een mogelijke oplossing voor dit probleem, is het verlagen van de dosering of de doseringsfrequentie.

Artikel

Een 19-jarige jongen kwam met buikpijn- en hoofdpijnklachten. Zijn bloeddruk was erg hoog, wat hele slechte ogen tot gevolg had. De belangrijkste afwijkingen die tijdens het routine laboratoriumonderzoek gevonden werden, waren de plasmarenine-activiteit van 51ng/L (normaal 0,47-4,72 ng/L) en de aldosteronconcentratie van 360 pg/L (normaal 30-160 pg/L).

Bij het arteriële, renale angiogram werden geen 'occlusive lesions' gevonden. Een verstopping in de nierarterie zou een hele lage bloeddruk bij de nieren geven, waarop de nier renine (en aldosteron) zou produceren. Dit zou de hoge bloeddruk zou verklaren. Wat wel werd gevonden was een verdrukking (tumor) die de gehele nieren met arteriën omlaag drukte. De patiënt kreeg imidapril (ACE-remmer),die de cascade waardoor de bloeddruk steeg remde. Een renine-secreterende triade is een tumor die leidt tot reninesecretie. De triade bestaat uit een verhoging van de renineconcentratie, hypertensie en hypokalemie. Door de hypokalemie zit er meer kalium in de nieren. Tijdens een operatie is de tumor weggesneden. De patiënt was daarna gezond.

InterActive Physiology

Anatomy review

Het urinesysteem voert afvalstoffen van het lichaam af, controleert het volume van lichaamsvloeistoffen en controleert de samenstelling van lichaamsvloeistoffen. Het speelt dus een belangrijke rol bij homeostase.

Het urinesysteem bestaat uit gepaarde nieren en ureters, de blaas en de urethra. Urine wordt gemaakt in de nieren. Vervolgens transporteren de ureters de urine naar de blaas. In de blaas wordt urine opgeslagen. De urethra vervoert de urine het lichaam uit.

De boonvormige nieren liggen retroperitoneaal tegen de dorsale wand in de bovenste regio van het abdomen. De nieren worden omringd door een adipose capsule, die de nieren ondersteunen. De bijnier (adrenal gland) ligt boven elke nier. De bijnier bestaat uit een adrenale cortex en een adrenale medulla. De bijnier maakt hormonen, zoals adrenaline, aldosteron en cortisol (in de cortex). De vena renalis verlaat de nier via de hilus. De v. renalis zit aan de vena cava inferior vast. De renale hilus vormt de ingang en uitgang voor bloedvaten, zenuwen en lymfevaten.

De a. renalis komt direct van de aorta abdominalis af. De a. renalis voorziet de nier van bloed. In de nier vertakt de a. renalis zich tot arteria segmentales. Lobaire arteriën zijn secundaire aftakkingen van de a. renalis. Lobaire arteriën voorzien de nierlobben van bloed. De bloedvoorziening van de nieren verloopt als volgt:

a.renalis - a. segmentales - lobaire arteriën - interlobaire arteriën - boogarterie - interlobulaire arterie - afferente arteriole - glomerulus – efferente arteriole - peritubulaire capillairen - vasa recta -

interlobulaire vena - boogvene - interlobaire vene - v. renalis

De nier bestaat uit drie gebieden:

• renale cortex: bevat veel nefronen. Nefronen die alleen in de cortex liggen, heten corticale nefronen. Nefronen die in de cortex en de medulla liggen heten juxtamedullaire nefronen.

• medulla: middenlaag van de nier die piramiden bevat.

  • piramiden zijn kegelvormige weefsels in de medulla. In deze weefsels lopen de bundels van de collecting ducts die urine vervoeren parallel aan elkaar.

  • renale columns: uitstulpingen van de renale cortex in de medulla. Ze lopen tussen de piramiden door en scheiden ze van het medullagebied.

• pelvis:

  • renale pelvis: een buis die in de sinus renalis ligt en doorloopt in de ureter.

  • sinus renalis: holte van de nier die de renale pelvis en segmentale arteriën en venen bevat.

Een nefron is een structurele en functionele eenheid van de nier. Een nefron bestaat uit een gespecialiseerd buissysteem en heeft veel omliggende bloedvaten die belangrijk zijn voor onder andere resorptie en secretie. De structuur van een nefron is relatief complex:

Het kapsel van Bowman ligt om de glomerulus heen en verzamelt filtraat uit het bloed. Bloed komt de glomerulus in door de afferente arteriole. De afferente arteriole speelt een belangijke rol in de autoregulatie. De glomerulus is het capillairbed tussen de afferente en efferente arteriole. De glomerulus wordt als een vuist in een ballon omgeven door het kapsel van Bowman. Het kapsel van Bowman bestaat uit twee lagen:

• viscerale laag: zit vast aan de basale lamina van de glomerulus. Binnenste laag.

• pariëtale laag: staat niet in direct contact met de glomerulus. Buitenste laag,

De kapselruimte ligt tussen de glomerulus en de pariëtale laag in en verzamelt filtraat dat uit het bloed geperst wordt. Het nierlichaampje is de glomerulus en het kapsel van Bowman samen. Het filtratiemembraan laat kleine moleculen door en grote moleculen niet. Het filtratiemembraan bestaat uit:

• gefenestreerd endotheel: door de gaatjes kunnen water, ionen en kleine opgeloste stoffen.

• basale lamina.

• podocyten. Podocyten hebben uitlopers, waarvan de voetjes (pedicles) dicht tegen de basala lamina van de glomerulus aanliggen. Tussen de pedicles liggen ruimtes genaamd filtration slits, waar het filtraat ook doorheen moet. Podocytuitlopers liggen om een glomerulaire capillair heen gewikkeld.

Proximale tubuli bezitten cellen die 65% van het filtraat uit de glomerulus actief resorberen. Het simpele, kubische epitheel van de PCT bestaat uit brush border cellen, die een grote hoeveelheid microvilli bezitten.De microvilli vergroten het reabsorptieoppervlak aan het luminale membraan. De cellen worden aan elkaar verbonden door middel van tight junctions. Het basolaterale membraan staat in contact met het interstitium en bevat vele actieve en passieve transporters. Mitochondria leveren ATP die nodig is voor actief transport. Het afdalende deel (dunne segment) van de lis van Henle bevat schubcellen zonder brush border. Het reabsorptieoppervlak is daardoor een stuk kleiner dan het reabsorptieoppervlak van proximale tubuli. In het basolaterale membraan zitten weinig eiwitten die als transporter kunnen dienen. Dit deel van de lis van Henle is erg permeabel voor water, maar niet voor opgeloste stoffen/elektrolyten.

Het kubische epitheel van de opstijgende (dikke segment) van de lis van Henle en de vroege distale tubuli zijn gelijk aan elkaar. Het epitheel heeft minder en kleinere microvilli dan de proximale tubuli. Bovendien zijn de tight junctions strakker bij deze onderdelen van het nefron. Op het luminale membraan van het kubische epitheel zit een glycoproteïne laag. Dit alles zorgt ervoor dat het opstijgende deel van de lis van Henle en de vroege distale tubuli minder permeabel zijn voor water. Aan het basolaterale membraan bevinden zich veel passieve en actieve transporters. Mitochondriën zorgen weer voor ATP. De wanden van dit kubische epitheel zijn heel permeabel voor opgeloste stoffen, vooral NaCl, maar niet voor water.

Op de overgang van de lis van Henle naar vroege distale tubulus, loopt de tubule tussen de afferente en efferente arteriole door. Op de plek waar de buis en de bloedstroom in contact met elkaar staan, bevindt zich het juxtaglomerulaire apparaat (JGA). Het JGA bestaat uit de macula densa en JG-cellen. De macula densa merkt veranderingen in de osmolariteit in de tubule op. De juxtaglomerulaire cellen zijn gladde spiercellen die als baroreceptoren voor bloeddruk werken.

In de late distale tubulus en collecting tubule bevinden zich kubische cellen, die in twee typen te verdelen zijn:

• principal cells: zijn heel permeabel voor water en oplossingen. Ze worden gereguleerd door hormonen. Ze resorberen natrium en secreteren kalium.

• intercalated cells: hebben microvilli. De cellen secreteren H⁺-ionen om het zuur/base-evenwicht te handhaven.

De medullary collecting ducts zijn een voortzetting van de collecting duct in de medulla. De uiteindelijke urineconcentratie wordt hierin bepaald. In de medullary collecting ducts zijn vooral principal cells aanwezig. Het luminale en basolaterale membraan zijn redelijk vlak. De principal cells zijn hormoongereguleerd permeabel voor water en urea.

Glomerulaire filtratie

De nierfunctie hangt af van:

• Filtratie: vloeistoffen en kleine opgeloste stoffen stromen vanuit de glomerulus in de kapselruimte.

• Reabsorptie: stoffen gaan terug naar de peritubulaire capillairen.

• Secretie : vanuit peritubulaire capillairen en tubuluscellen het lumen in.

De bloeddruk drijft de filtratie in de glomerulus. Het filtratiemembraan bestaat uit drie lagen:

• gefenestreerd epitheel.

• basale lamina.

• fitration slits, die gevormd worden door de pedicels van podocyten. Een substantie wordt gefilterd op basis van grootte en elektrische eigenschappen.

Glomerulaire filtratie is een proces van de stroming dat plaatsvindt door de hydrostatische druk van het bloed. Water en kleine opgeloste stoffen worden door het filtratiemembraan gedrukt. Grote eiwitten en bloedcellen blijven achter in de capillairen. In het filtraat zitten de volgende stoffen:

• organische moleculen: glucose en aminozuren

• stikstofhoudend afval: urea, urinezuur en creatinine

• ionen: natriumionen, kaliumionen en cholrideionen

• water

De concentratie van elk van de stoffen in het filtraat is gelijk aan de concentratie in het plasma.

De glomerulaire hydrostatische druk (bloeddruk, 50 mm Hg) stimuleert filtratie door de grote diameter van de afferente arteriole en de kleine diameter van de efferente arteriole. De osmotische druk in de glomerulus is 28 mm Hg. De netto filtratiedruk is 17 mm Hg.

Bij nierfalen kan de lage glomerulaire hydrostatische druk niet op tegen de tegenwerkende krachten waardoor er geen filtratie meer kan plaatsvinden.

De totale hoeveelheid filtraat die gevormd wordt door de nieren per minuut is de filtratiesnelheid (GFR). Normale nieren hebben een GFR van 125 mL/min. Dit komt neer op 180 L/dag. 99% hiervan wordt geresorbeerd. Fluctuaties in de netto filtratiedruk veroorzaken een variërende GFR. Langdurige veranderingen in GFR veranderen de water- en oplossingexcretie. Autoregulatiemechanismen gaan veranderingen in GFR tegen:

Ten eerste zijn er myogene mechanismen. Wanneer de bloeddruk stijgt, trekken de gladde spiercellen in de afferente arteriole samen. De diameter van de afferente arteriole wordt kleiner, waardoor de weerstand hoger wordt. Als gevolg daarvan worden de glomerulaire hydrostatische druk en de GFR weer dalen. Wanneer de bloeddruk daalt, verwijden de gladde spiercellen zich (vasodilatatie). De weerstand wordt minder, waardoor de glomerulaire hydrostatische druk en de GFR weer stijgen.

Ten tweede zijn er tubuloglomerulaire mechanismen. Deze zijn afhankelijk van de sensitiviteit van de macula densa en het juxtaglomerulaire apparaat. Een hoge osmolariteit duidt erop dat er weinig reabsorptie plaatsvindt en veel filtratie. De cellen van de macula densa geven dan vasoconstricterende stoffen af, waardoor de afferente arteriole contraheert. De tubulaire filtratiesnelheid gaat dan omlaag. Bij een lage osmolariteit geven de macula densacellen minder vasoconstricterende stoffen af.

De afferente arteriolen verwijden dan. Bovendien geven de cellen van de macula densa signalen af aan de juxtaglomerulaire cellen om renine af te geven.

Het juxtaglomerulaire apparaat geeft direct renine af wanneer de bloeddruk erg laag is.

De sympathicus innerveert alle vaten van de nieren. In extreme stress of bij bloedverlies overwint de sympathische innervering de autoregulatie. Als gevolg van de innervering trekken de renale bloedvaten intensief samen. Het bloed wordt omgeleid naar andere organen en de GFR wordt heel laag. Dit leidt tot minimaal vochtverlies. Deze intense vasoconstrictie kan niet oneindig doorgaan, want afvalstoffen en metabolische stoffen stapelen zich tegelijkertijd op in het bloed. Toediening van intraveneus vocht laat het bloedvolume weer toenemen, waardoor de diameters van de arteriolen, de GFR en de filtratie weer kunnen normaliseren.

Early filtrate processing

Vroege filtratieprocessen houden reabsorptie van water en opgeloste stoffen in, zodat het volume en de compositie van het bloed hetzelfde blijft. Onder vroege filtratie processen valt ook de secretie van onnodige stoffen, ook om de samenstelling van het bloed gelijk te houden.

Er zijn twee manieren van reabsorptie:

• transcellulair door de luminale en basolaterale membranen van de tubuluscellen via actief en passief transport. De gereabsorbeerde stoffen gaan via de interstitiële ruimte naar een peritubulair capillair. Deze manier wordt het meest gebruikt.

• paracellulair door tight junctions heen.

De drijvende kracht voor reabsorptie is natriumtransport. Basolateraal transport van Na⁺-ionen heeft twee directe resultaten:

1. de interstitiële osmolariteit stijgt, waardoor water uit het lumen van de tubulus diffundeert.

2. lagere intracellulaire natriumconcentraties veroorzaakt nieuwe natriumionenabsorptie vanuit het luminale membraan.

In de proximale tubulus vindt transport via de transcellulaire route en de paracellulaire route plaats.

In de basolaterale membranen van de proximale tubuli bevinden zich Na/K-ATPasepompen, die actief Na⁺ de cel uit en K⁺ de cel uit transporteren. Hierdoor daalt de intracellulaire concentratie van natriumionen en wordt de osmolariteit van de interstitiële vloeistof hoger. De hoge osmolariteit trekt water aan, waardoor de osmolariteit weer daalt.

In de cel kan het K⁺ via kaliumkanalen weer terug naar de interstitiële ruimte, zodat de kalium in en buiten de cel gelijk blijft. In de basolaterale membranen bevinden zich ook glucosecarrier-transporters, die glucose volgens zijn concentratiegradient vervoeren. Dit gaat passief. Meestal is de glucoseconcentratie in de tubuluscel hoger dan daarbuiten. Glucose wordt dan het interstitium in gepompt.

In het luminale membraan ligt ook een aantal pompen. Deze pompen transporteren natriumionen de tubuluscel in. Deze transporters hangen af van de Na/K-ATPase in het basolaterale membraan. De transporters in het luminale membraan doen aan secundair actief transport. De Na/H-antiporter in het luminale membraan transport H⁺-ionen het lumen in en Na⁺-ionen de cel in. Deze transporter is belangrijk voor de zuur-basebalans. De Na/glucose-symporter transporteert zowel glucose als natriumionen de tubuluscel in. Na⁺ diffundeert vanuit hoge concentraties naar lagere concentraties in het cytosol van de tubuluscel door een natriumkanaal. De beperkende factor voor reabsorptie van actief getransporteerde oplossingen is het aantal transportcarriers (transport maximum, Tm). Bij hyperglycemie stapelt glucose zich op in het bloed. Niet al het glucose zal geresorbeerd worden als er meer glucose in het bloed zit dan het transport maximum groot is.

Paracellulair diffundeert water met de concentratiegradient mee door de tight junctions. Na⁺-, K⁺- en Cl^--ionen volgen het water (solvent drag). De osmolariteit van het filtraat en de interstitiële vloeistof worden zo gelijk, omdat ze gelijke proporties water en opgeloste stoffen resorberen.

In de proximale tubulus wordt 65% van het filtraat geresorbeerd en wordt glucose normaal 100% geresorbeerd.

In het dunne dalende segment van de lis van Henle verandert het kubische epitheel in simpel schubepitheel. De membranen zijn permeabel voor water, maar niet voor NaCl. Er zijn minder membraaneiwitten die als kanaal of transporter kunnen dienen. De osmolariteit van het filtraat stijgt dus.

In het opstijgend deel van de lis van Henle en de vroege distale tubulus voorkomen tight junctions en glycoproteïnen op het luminale membraan dat water de tubuluscellen in kan stromen. In het basolaterale membraan bevinden zich Na/K-ATPases, K⁺-kanalen en chloridekanalen. Chloridekanalen zorgen ervoor dat Cl^- met de beweging van Na⁺ mee kan diffunderen. Door bovengenoemde kanalen en pompen stijgt de osmolariteit in de interstitiële ruimte. Omdat er geen water diffundeert, kan er geen evenwicht ontstaan tussen het luminale filtraat en de interstitiële vloeistof. De osmotische gradiënt tussen de interstitiële ruimte en het tubulaire filtraat is ongeveer 200 milliosmol.

De vorming van de medullaire osmotische gradiënt (counter-current multiplier theory) komt door de tegengestelde filtraatstroom in de lis van Henle.

De medullaire osmotische gradiënt is belangrijk voor het concentreren van urine. Het opstijgende deel van de lis van Henle transporteert actief NaCl weg uit de tubule naar het interstitium. Water kan de tubule juist niet uit. Het interstitium wordt steeds geconcentreerder en de vloeistof in de tubule wordt steeds meer verdund. De hoogste concentratie van oplossingen vind je in de bodem van de lus. De dalende lis van Henle is permeabel voor water, maar niet voor NaCl. Vanuit dit deel van de lus stroomt geconcentreerd NaCl door naar het opstijgende deel van de lis van Henle, hoewel er water wegstroomt naar de interstitiële ruimte (hoge osmolariteit). Het interstitium kan zo een gradiënt van 300 tot 1200 milliosmol bereiken. Vloeistof in de tubulus bereikt daar maximaal 100 milliosmol. Dit is 200 milliosmol minder geconcentreerd dan de interstitiële vloeistof.

De vasa recta verzorgen een voedingsstoffenstroom voor de cellen in de medulla, zonder dat de opgeloste deeltjes die de medullaire osmotische gradiënt veroorzaken worden meegenomen door de capillairen. Dit komt door de counter-current exchanger:

• bloed stroomt door het dalende deel van de vasa recta. Water loopt dan de capillairen uit naar het interstitium, waar een hoge osmotische waarde heerst. NaCl gaat volgens de osmotische gradiënt de capillairen in.

• bloed stroomt door het opstijgende deel van de vasa recta. Het capillair ontvangt water en verliest NaCl aan het interstitium.

Late filtrate processing

Het meerendeel van de reabsorptie gebeurt in de vroege tubulaire segmenten. De reabsorptie en secretiesnelheden zijn daar relatief constant door de constante membraanpermeabiliteiten. In de late tubulaire segmenten kan de permeabiliteit van de membranen door fysiologische omstandigheden of door hormonen veranderen, zodat reabsorptie en secretie heel precies gereguleerd kunnen worden. De late distale tubuli en corticale collecting ducts bestaan uit intercalated cells, die H⁺-ionen secreteren en daarmee de bloed-pH reguleren, en ze bestaan uit principal cells. Principall cells absorberen alleen water en Na⁺-ionen en secreteren K⁺ -ionen onder invloed van aldosteron (uit bijnier) en antidiuretisch hormoon.

Aldosteron zorgt voor de fijnregulatie van de geresorbeerde Na⁺-ionen. Bij lage concentraties aldosteron is de activiteit van de Na/K-ATPase in het basolaterale membraan laag. Er zijn dan ook weinig Na⁺- en K⁺-kanalen.

Een lage concentratie Na⁺ of een hoge concentratie K⁺ triggert de bijnier om meer aldosteron af te geven. Bij hoge concentratie aldosteron worden de basolaterale Na/KATPase en de luminale Na⁺- en K⁺-kanalen in aantal en activiteit verhoogd. Bij hoge concentraties aldosteron bevinden zich geen K⁺-kanalen in het basolaterale membraan. Kaliumionen kunnen niet meer naar de interstitiële ruimte en worden daarom in het filtraat uitgescheiden. Water kan niet door de wand van de tubules heen, behalve onder invloed van ADH. Omdat de wand niet permeabel voor water is, stijgt de interstitiële osmolariteit.

ADH vanuit de posterior pituitary gland stimuleert cellen om waterkanalen op de membranen te plaatsen, zodat de permeabiliteit voor water groter wordt. Als de watermoleculen door het membraan heen kunnen diffunderen, homogeniseren de osmotische waarden van de interstitiële ruimte en het filtraat.

Bij dehydratie verliest iemand natriumionen en water. ADH en aldosteron komen in hoge concentraties voor en zorgen ervoor dat de lichaamsvloeistof behouden wordt en het urinevolume minder wordt.

Tijdens overhydratie zijn de concentraties ADH en aldosteron heel laag. De membraanpermeabiliteit is laag, waardoor water en natiumionen slecht worden geresorbeerd. Het volume in de medullaire collecting duct is groter. Het urinevolume is ook groter.

In de distale tubuli en de corticale collecting ducts wordt de reabsorptie van Na⁺-ionen en water gereguleerd door ADH en aldosteron. Onder normale condities vinden waterresorptie en natriumionresorptie plaats door hormonen. De lage osmolariteit in de ducts blijft zo behouden. Het volume van de urine vermindert (net als in de lis van Henle) met 15%.

Aan het begin van de medullaire collecting ducts is nog maar 5% van het oorspronkelijke filtraat aanwezig. ADH reguleert het uiteindelijke watervolume dat geresorbeerd wordt. De osmotische gradiënt concentreert de urine, doordat water uit het filtraat getrokken wordt als het door de medullary collecting ducts gaat.

Bij een normale hydratatiestatus is de concentratie ADH normaal en hebben de cellen weinig waterkanalen. Onder invloed van ADH verlaat ureum de collecting duct. Ureum bepaalt de interstitiële osmolariteit voor 40%. In de lis van Henle wordt ureum weer terug in de tubulus opgenomen en gaat dan weer naar de collecting ducts. Zo circuleert ureum rond.

Tijdens dehydratie is de concentratie ADH erg hoog. De permeabiliteit voor water en ureum is hoger. De osmolariteit van het filtraat wordt gelijk aan de interstitiële osmolariteit. Bij erge dehydratie kan de urineconcentratie tot 1400 mOsm zijn. Dehydratie kan veroorzaakt worden door onder andere bloedverlies.

Bij overhydratie is ADH laag of afwezig. De ducts zijn impermeabel voor water en urea. De urine is verdund en heeft een groot volume. De urine kan een concentratie bereiken van 100 mOsm. Oorzaken van overhydratie kunnen zijn: grote volumes drinken, diuretische drugs (caffeïne/alcohol) en diabetes insipidus.

Water homeostase

Het lichaam bevat normaal gesproken constant 40 L vloeistof. Dit heet Total Body Water.

Verstoring van de waterbalans heeft als oorzaak verlies of toename van extracellulair vloeistof volume en/of het verlies of toename van opgeloste stoffen. Meestal gaat het om beide oorzaken.

Toename van water en opgeloste stoffen resulteert in hypervolumie. Dit kun je krijgen door een infuus met isotonische intraveneuze vloeistof. Het bloed bevat teveel water en opgeloste stoffen tegelijkertijd. De extracellulaire vloeistof stijgt, maar de plasma osmolariteit blijft normaal.

Overhydratie komt door te veel drinken van water. Het bloedvolume stijgt en de osmolariteit daalt.

Hypovolumie komt bijvoorbeeld door bloedverlies. Het bloed verliest water en opgeloste stoffen tegelijkertijd. Het plasmavolume daalt, maar de plasmaconcentratie blijft normaal, ondanks het kleine volume.

Dehydratie kan komen door zweten. Er is veel waterverlies, waardoor de plasmaconcentratie stijgt. De belangrijkste manieren waardoor we water verliezen is via de nieren.

De nieren doen aan glomerulaire filtratie, reabsorptie en secretie van stoffen.

Het lichaam heeft vier homeostase mechanismen:

De eerste mechanisme is antidiuretisch hormoon. Osmoreceptoren in de hypothalamus merken een hogere osmolariteit op in de interstitiële vloeistof. De interstitiële vloeistof geeft de gestegen plasmaconcentratie weer. De posterior pituitary laat als reactie hierop ADH vrij in het plasma. Doelcellen van ADH zijn cellen van de distale tubuli en corticale collecting ducts. De permeabiliteit voor water wordt in deze cellen groter, waardoor er meer water gereabsorbeerd wordt.

ADH helpt vloeistofverlies voorkomen. ADH blijft in het bloed afgegeven worden, totdat je drinkt en de plasma-osmolariteit normaal wordt.

Het tweede mechanisme is het dorstmechanisme. Dit is de primaire regulator voor de waterinname en gaat samen met hormonale en neurale input, maar ook met vrijwillige gedragingen. Dehydratie leidt tot dorst doordat:

• de droge mond en keel impulsen afgeven aan het dorstcentrum in de hypothalamus.

• de osmotische waarde van het plasma stijgt, waardoor osmoreceptoren in de dorstcentra in de hypothalamus verder geactiveerd raken.

• dalend bloedvolume en dalende bloeddruk leidt tot de afgifte ven renine en de productie van angiotensine II. Dit stimuleert de dorstcentra.

Wanneer het dorstcentrum gestimuleert wordt, wil je drinken. Als resultaat van de opgenomen vloeistof verdwijnt de droogheid in keel en mond, geven de rekreceptoren in de maag en darmen remmende signalen af aan het dorstcentra en herstellen de normale vloeistofvolumes zich. Dehydratie wordt opgeheven en renine- en angiotensine II-concentraties dalen tot normale waarden.

Tijdens hypovolumie heerst er een laag bloedvolume, waardoor de bloeddruk ook laag wordt. Juxtaglomerulaire cellen in de nieren produceren renine. Renine bindt aan inactief angiotensinogeen in de bloedstroom tot angiotensine I. Angiontensine Converting Enzyme (ACE) zet angiotensine I in de longen om in angiotensine II. Angiotensine II heeft een vasoconstrictie werking, waardoor de bloeddruk stijgt. Angiotensine II stimuleert in de bijnier de secretie van aldosteron. Aldosteron vormt het derde homeostasemechanisme. Aldosteron wordt ook afgegeven als de concentratie kaliumionen in het bloed te hoog is. Aldosteron zorgt voor meer kanalen in de late distale tubuli en collecting ducts van de nier. Zo kunnen Na⁺-ionen beter vanuit het filtraat naar het plasma en kunnen K⁺-ionen beter vanuit het plasma naar het filtraat bewegen. Wanneer naast aldosteron ook ADH aanwezig is, volgt water de natriumionen door osmose. De bloeddruk stijgt.

Een daling in bloedvolume en daarmee daling in bloeddruk stimuleren ten slotte het sympathische zenuwstelsel. Wanneer de bloeddruk laag is zenden baroreceptoren in het hart, de longen, de a. carotis en de aortaboog sensorische informatie naar de medulla. De medulla geeft dan meer signalen naar de nieren af. Als reactie op de signalen vanuit de medulla trekken gladde spiercellen in de afferente arteriole samen. Er kan zich minder urine vormen, dus gaat er ook minder urine het lichaam uit. Renine wordt ook afgegeven onder invloed van de sympaticus. Renine zorgt via aldosteron voor meer natriumabsorptie. Het bloedvolume en de bloeddruk stabiliseren dankzij bovenstaand mechanisme. De baroreceptoren blijven echter signalen sturen naar de medulla, omdat de waarden nog niet normaal zijn geworden. Om de homeostase te herstellen, moet het bloedvolume stijgen. Dit doe je door te drinken.

Interactief college

Het basisconcept van renale eliminatie is klaring/clearance. Dit gegeven is afhankelijk van de flow. Klaring is namelijk de fractie van de bloed- of plasmaflow die per tijdseenheid wordt schoongemaakt. Verschillende organen doen aan klaring, bijvoorbeeld de lever en de nieren.

Cl_totaal = Cl_{hep +} Cl_ren + C_x

Cl = Q x ER Ofwel: klaring is gelijk aan plasma-/bloedflow maal de extractieratio (van 0-1). De extractieratio is afhankelijk van de filtratie, resorptie en secretie. Aan deze drie processen kan een farmacon onderworpen zijn. De drie processen bepalen voor een groot gedeelte de renale klaring.

- Glomerulaire filtratie: ongeveer 20% van de plasmaflow gaat door het filter, 120-125 mL/min.Filtratie is afhankelijk van moleculair gewicht (grootte), eiwitbinding, molecuullading en nierfunctie.
- Tubulaire secretie: zo’n 80% van de bloedflow stroomt verder door de bloedvaten. De inhoud van het bloed kan daarna gesecreteerd worden. Dit is een actief proces dat via transporters plaatsvindt. Vooral in de PCT vindt secretie plaats. Secretie levert het meest bij aan de renale klaring. De secretiesnelheid is afhankelijk van transporters en flow.
- Tubulaire resorptie: bij resorptie is er sprake van membraanpassage. Een farmacon moet hiervoor niet te groot zijn en het farmacon moet voldoende lipofiel zijn. Ook pH en pKa zijn van belang. Alleen ongedissocieerde stoffen kunnen door een membraan heen.

Renale eliminatie = filtratie – resorptie + secretie

Cl_x = (V_urine x C_{x, urine}) / (C_{x,plasma/bloed})

De halfwaardetijd van een farmacon is afhankelijk van de V_D en de Cl: verdelingsvolume en klaring.

Week 5

Hoorcollege 9 en 10

Interactief college

Werkgroep 9

InterActive Physiology

Hoorcollege 9 en 10: De elektrische activiteit van het hart

Actiepotentiaal vorming

Membraan potentiaal

De membraanpotentiaal is vrijwel altijd negatief. Bij een werkende hartcel is deze rond de -80 mV in rust. Voor de werking van het hart zijn drie ionen zeer belangrijk: natrium, calcium en kalium. De verdeling van deze ionen is binnen en buiten de cel niet gelijk. De concentratie van natrium in de cel is relatief laag ten opzichte van de buitenkant. De kalium concentratie is juist in de cel relatief hoog ten opzichte van de buitenkant. Deze ongelijke verdeling is belangrijk voor het tot stand komen van de membraanrustpotentiaal. Naast de concentratieverschillen zijn ook specifieke ionkanalen belangrijk voor deze rustpotentiaal. 

Wanneer er kaliumkanaaltjes aanwezig zijn, zal kalium door de  concentratie gradiënt naar buiten diffunderenstromen, waardoor een negatieve lading in de cel ontstaat. Er ontstaat nu ook een elektrische gradiënt, die de kalium deeltjes weer terug naar binnen wil trekken, namelijk van een positief naar een negatief gebied. Er stelt zich een evenwicht in tussen beide krachten, waarbij er netto geen verplaatsing meer is van kalium ionen is. Dit is  de kalium evenwichtspotentiaal en deze ligt bij ongeveer -90 mV.  De waarde is uit te rekenen met de Nernst- vergelijking.

Wanneer er natrium kanaaltjes aanwezig zijn, zal natrium door de  concentratie gradiënt naar binnen diffunderenstromen, waardoor een positieve lading in de cel ontstaat. Er ontstaat nu ook een elektrische gradiënt, die de natrium deeltjes weer naar buiten wil trekken. Er stelt zich een evenwicht in tussen beide krachten, waarbij er netto geen verplaatsing meer is van natrium ionen is. Dit punt isis  de natrium evenwichtspotentiaal en deze ligt bij ongeveer +60 mV.  Ook deze waarde is uit te rekenen met de Nernst- vergelijking.

In rust is de geleidbaarheid voor kalium in een ventriculaire hartspiercel erg grootveel groter dan de natriumgeleidbaarheid, waardoor de membraanrustpotentiaal dicht bij de -90 mV ligt. Er is een Na⁺/K⁺-pomp aanwezig die dithet evenwicht in stand houdt. De Na/K- pomp pompt twee kaliumionen de cel in en drie natriumionen de cel uit ten koste van een ATP- molecuul. Van onze dagelijkse voedselinname wordt 50% gebruikt door de Na/K- pomp.

De membraanpotentiaal wordt dus bepaald door natrium, kalium, calcium en hun ionkanalen. Een actiepotentiaal heeft geen energie nodig.

Ionkanalen in het hart

Een natriumkanaal is groot, gaat 24 keer door het membraan en wordt gevormd door één eiwit. Aan de binnenkant en buitenkant van het membraan bevinden zich de regulerende delen van het eiwit, die zorgen voor de natrium selectiviteit. Wanneer de doorlaatbaarheid voor natrium moet veranderen, verandert wat aan deze delen van het eiwit.

Een calciumkanaal wordt ook gevormd door één eiwit. Qua opbouw is een calciumkanaal identiek aan een natriumkanaal. Het kanaal kan interacties aangaan met andere eiwitten, die sub-units worden genoemd, waardoor het kanaal gereguleerd kan worden. 

Er zijn veel verschillende soorten kalium kanalen. Allen zijn opgebouwd uit vier eiwitten. Dit betekent dat als één van de eiwitten niet werkt, het kanaal niet goed functioneert. Omliggende eiwitten, die sub-units worden genoemd, reguleren het kaliumkanaal.

De voornaamste ionkanalen die betrokken zijn bij het vormen van de actiepotentiaal zijn spanningsafhankelijke kanalen. Ze openen en sluiten bij een specifieke membraanpotentiaal.

Het spanningsafhankelijke natriumkanaal bestaat uit een M-poort en een H-poort. Door een kleine depolarisatie van het membraan door de ionen van een depolariserende naburige cel, gaat de M-poort open (normaal (in rust) gesloten). De H-poort stond al open, dus natriumionen kunnen de cel binnenstromen. Na een tijdje sluit de H-poort het natriumkanaal af. De maximale depolarisatie is dan bereikt. Als de membraanpotentiaal negatief genoeg geworden is, laat de H-poort het natriumkanaal weer los. Zolang dit niet gebeurt, is er geen nieuwe depolarisatie mogelijk. Het spanningsafhankelijke kaliumkanaal activeert bij een depolarisatie en deactiveert tijdens een repolarisatie.

Actiepotentialen als resultante van ionkanalen

Niet elke actiepotentiaal is hetzelfde; de vorm van de actiepotentiaal is afhankelijk van de ionkanalen die aanwezig zijn in de cel. 

In het geval van een ventriculaire actiepotentiaal ontstaat een sterke depolarisatie door snelle instroom van natrium en later ook calcium (bij ongeveer -30 mV). Bij repolarisatie verlaten kaliumionen de cel. 

Een nodale actiepotentiaal in een autoritmische cel (bijvoorbeeld een cel van de SA-knoop) heeft een minder negatievepositiever rustmembraanpotentiaal dan een ventriculaire actiepotentiaal, namelijk -65 mV. Bovendien is deze niet stabiel. Dit komt door de continue influx van andere ionen, zoals natrium en calcium, (I_f), die zorgen voor langzame (diastolische) depolarisatie. Met name de influx van calcium zorgt bij na het bereiken van een drempelwaarde, voor het opwekken van een actiepotentiaal. Bij de repolarisatie verlaten kalium ionen de cel.

De ligging van de membraanpotentiaal wordt ook beïnvloed door de geleidbaarheid voor verschillende ionen, en concentratieverschillen binnen en buiten de cel. 

De sSinus knoop, AV- knoop en Ppurkinjevezels zijn in staat om zelf depolarisatie te veroorzaken. Zij bezitten een auto ritmische activiteit. De sinus knoop heeft in een normale sitauatie een sterkere repolarisatie dan de andere twee structuren. Deze bereikt dus eerder de drempelwaarde voor kaliumkanaaltjes. Hierdoor wordt het hartritme in een normale situatie bepaald door de sinusknoop.

Regulatie van de hartfrequentie kan op verschillende manieren:

• De steilheid van de depolarisatie aanpassen door bijvoorbeeld de I_f -stroom te moduleren. 

Voorbeeld: door het _Iff -kanaal te veranderen, zodat de hoeveelheid ionen de per seconde worden doorgelaten afneemt. Het duurt langer voordat de drempelwaarde van de depolarisatie wordt bereikt. Er is een afname van de hartfrequentie.

• Het veranderen van de diastolische potentiaal door de I_Kk1 -stroom te moduleren. 

Voorbeeld: door het I_Kk1- kanaal (een bepaald soort kaliumkanaal) te veranderen, zodat aan het eind van de repolarisatie je op een lager potentiaallager terecht komt. Je begint op een lager punt, waardoor er meer tijd nodig is om de drempelwaarde te bereiken. Hartfrequentie omlaag.

• Het veranderen van de drempelwaarde door bijvoorbeeld het Ca²⁺- kanaal te moduleren. Voorbeeld:  Door de drempelwaarde van het calciumkanaal te verhogen. Er is nu meer tijd nodig om deze drempelwaarde te bereiken. Hartfrequentie neemt af.

De actiepotentiaal is het resultaat van het sequentieel openen en sluiten van ion kanalen.

Door medicatie (bijv. antibiotica) kan abnormaal functioneren van de ionkanalen optreden, wat kan leiden tot een hartritmestoornis. Wanneer kaliumkanalen geïnactiveerd worden, kan er minder repolarisatie optreden. De actiepotentialen duren dan zo lang dat er spontaan nieuwe actiepotentialen ontstaan, omdat een deel van de kanalen alweer uit de refractaire periode zijn, waardoor deze opnieuw kunnen worden geactiveerd. Ook bestaan er erfelijke aandoening van ionkanalen, bijvoorbeeld het verlengd- QT-syndroom. Een ionkanaal dat betrokken is bij de repolarisatie is gemuteerd, waardoor de actiepotentiaal langer duurt (het QT-interval op het ECG is verlengd). 

Wanneer het natriumkanaal langer open blijft staan, ontstaat er een langere actiepotentiaal (QT-interval). Als een kaliumkanaal te snel activeert, is de actiepotentiaal kort (kort QT). 

Voortgeleiding van de actiepotentiaal

Gap junctions en connexines

Gap junctions zijn grote kanalen die van de ene naar de andere hartcel lopen. Zij vormen dus een open verbinding waardoorheen ionen kunnen stromen. De kanalen kunnen openen en sluiten. De gap junctions bestaan uit twee connexine-hexameren. Elke cel heeft een eigen hexameer. De twee hexameren komen buiten de twee cel tegen elkaar te liggen. De drie belangrijkste connexines in het hart zijn connexine 40, 43 en 45. Connexine 43 speelt vooral een rol in werkende hartspiercellen. Connexine 40 en 45 zijn met name van belang in geleidingssysteem 

De impuls ontstaat in een auto ritmische cel. De elektrische impuls veroorzaakt een diastolische depolarisatie door instroom van natrium. Ook calcium stroomt de cel in. Deze calcium ionen zullen via de gapGAP junctions ook naar de andere cel stromen. In de eerste cel zorgt stroom van kalium voor repolarisatie. De uitgewisselde calcium ionen zorgen voor een kleine depolarisatie van de volgende cel, waardoor hier ook de natrium kanalen open gaan. Vervolgens worden ook op deze celhier de calcium-Ca en kaliumK kanalen geopend. Gap junctions geven zo de actiepotentiaal door van de ene cel naar de andere.

ECG

Een ECG maakt de 12 afleidingen van het hart zichtbaar. De elektrische activiteit is weergegeven op de y-as en de tijd op de x-as. Het QRS-complex duurt normaal gesproken 2 hokjes (0,08 ms), het PR-interval 4 hokjes en het ST-interval 8-9 hokjes. Het ECG geeft informatie over:

• Activiteit van verschillende delen van het hart (P, QRS, T)
• Activatie volgorde (sinus ritme) (P-QRS-T)
• Activatie tijden (intervallen en segmenten)
• Regionale depolarisatie-repolarisatie verschillen

Bijvoorbeeld: Een deel van het hart is te laat gaan depolariseren, terwijl de rest al aan het repolariseren is;. ST-elevatie. Er gaan stroompjes lopen die er niet zouden moeten zijn.

Eerst is er atriale activatie daarna ventriculaire activatie.

Het duurt even voordat de activatie door de AV-knoop voort geleid wordt naar de ventrikels. Wanneer die voortgeleiding te lang duurt zie je dit als een AV-block. Er zijn drie vormen

• First- degree AV- block: PQ is langer. 
• Second-degree AV-block: ventriculaire activatie wordt soms overgeslagen. De ventriculaire hartfrequentie is in dat geval gehalveerd. 
• Third-degree AV-block: helemaal geen relatie meer tussen atriale activatie en ventriculaire activatie. De ventrikels hebben een eigen geleidingssysteem. Het duurt lang voordat de drempelwaarde is bereikt. De diastolische depolarisatie is zeer verlengd. Hartfrequentie is heel erg laag.

Ritmestoornissen kunnen ontstaan door re-entry en ectopische activiteit.

In een normale situatie begint activatie in de SA-knoop. Vanaf hier verspreidt de stroom zich over het hartspierweefsel. De impulsgeleiding in het hartweefsel gaat in principe even gemakkelijk de ene kant op als de andere kant op. Het is dus bi-directioneel. Op bepaalde punten splits het hartspierweefsel zich op. De activatiestroom loopt over beide aftakkingen. Iets meer naar onder zijn deze aftakkingen weer met elkaar verbonden, waardoor er interactie van de ene kant en de andere kant kan optreden. Er is sprake van een elektrische verbinding. In een normale situatie zullen actiepotentialen botsen en kunnen niet langs elkaar, vanwege de refractaire periode van de achterliggende cellen. Er is geen effect. 

Wanneer een deel van het hartweefsel is afgestorven, doet dit gedeelte elektrisch niet meer mee. Hierdoor kan blokkering  van de elektrische stroom in één richting kan optreden, doordat er te weinig depolariserende kracht is om andere cellen de depolariseren. Er is uni-directioneel block. Door deze blokkering kan de stroom bij een splitsing maar één kant op. Iets verder naar onder zijn de aftakkingen weer met elkaar verbonden. Doordat hier alleen de actiepotentiaal van één aftakking aankomt, kan deze actiepotentiaal zich voortzetten naar de andere aftakking. Hier is immers geen actiepotentiaal geweest, dus deze cellen verkeren niet in de refractaire periode. De blokkade is slecht in één richting, dus de stroom kan zich wel vanaf deze kant door de aftakking verplaatsen. Hierdoor wordt er voortdurend een impuls gevormd die rondloopt in een bepaald stukje weefsel. Er ontstaat een lokaal circuit dat in staat is signalen door te geven naar de rest van het hart. Dit is re-entry aritmie.

Bij ectopische aritmie is er sprake van het ontstaan van een hartslag op het moment dat dit niet moet. Wanneer de actiepotentiaal lang duurt, kunnen sommige kanalen opnieuw geactiveerd worden, waardoor opnieuw een depolarisatie optreed. Dit kan optreden bij een verstoorde I_Kk1- stroom bij barium vergiftiging. 

Ritmestoornissen kunnen dus het gevolg zijn van afwijkingen bij het ontstaan van de actiepotentiaal of het niet goed doorgeven van de actiepotentiaal. 

Interactief College: Farmacokinetiek: Renale eliminatie van geneesmiddelen, klaring

Farmacokinetiek: wWat doet het lichaam met het geneesmiddel?

Hierbij wordt gekeken naar vier processen:

• Absorptie
• Distributie
• Metabolisme
• Eliminatie

Een van de belangrijkste organen om een geneesmiddel te elimineren is de nier. 

Klaring

Eén van de manieren waarop een geneesmiddel het lichaam kan verlaten, is via de nieren. Klaring (clearance, Cl) is een belangrijk begrip binnen de eliminatie van een geneesmiddel. De klaring is het basisconcept. De klaring wordt uitgedrukt in mL/min of L/uur. De klaring is de mate van extractie van een stof ten opzichte van de plasmaconcentratie van de stof. 

Er zijn twee belangrijke factoren in het fysiologische concept clearaence van een geneesmiddel in een orgaan, namelijk de bloedflow en de extractieratio. Met de extractieratio wordt de effectiviteit  aangegeven. Er wordt maar een deel van de totale bloedflow ‘schoongemaakt’ door de nieren. De bloedflow naar de nier is 20% van de cardiac output. Gemiddeld is dit ongeveer 1200 mLl/minuut. De maximale klaring in de nier is dus 1200 mLl bloed/minuut. Als je kijkt naar plasmaflow zal deze waarde ongeveer 600 mL/minuut zijn. 

Cl = bloedflow x extractieratio 

De clearaence kan ook worden weergeven voor de plasmaflow. Bloedflow en plasmaflow zijn niet hetzelfde. De bloedflow bevat naast het plasma ook de bloedcellen. de bloedflow is een factor twee groter dan de plasmaflow. Dit verschil wordt bepaald door de hematocriet waarde.

De klaring van een geneesmiddel wordt dus bepaald door de plasmaflow (Q in mLl/min of L/uur) en het extractievermogen (ER, 0-1).

Klaring kan plaatsvinden in de nier, maar ook in andere organen zoals de lever.

De totale klaring is dus de som van de klaring in de nier, de lever en in de overige klarende organen.

Renale klaring

De klaring door de nier is de hoeveelheid bloed/plasma dieat per tijdseenheid door de nier wordt ontdaan van een stof (farmacon). De extractie (eliminatie) vindt plaats via de urine. De klaring van de nier kan worden berekend door: Cl_ren = Q_ren x ER_ren. 

Q_ren = RBF (renal blood flow) = 1200 mLl/min (ong. 20% van het hartminuutvolume)

De extractieratio in de nier wordt bepaald door het filtratieproces in de glomerulus, de actieve excretie in de peritubulaire capillairen en de tubulaire terugresorptie.

De drie mechanismen die onderdeel zijn van het extractiemechanisme zijn glomerulaire filtratie, tubulaire secretie en tubulaire resorptie. Voor de meeste geneesmiddelen is de secretie het belangrijkste mechanisme. De klaring van een geneesmiddel is door de secretien mechanisme is vaak hoger dan de GFR.

Glomerulaire filtratie

20% van de cardiac output gaat naar de nieren. Slechts 20% van de renale bloedflow (1200 mL), wordt gefiltreerd in de glomeruli. Dit is de GFR. Dit komt neer op ongeveer 240125 mL bloed/min en 120 mL plasma/minuut, uitgaande van 65000 mL/min bloed dat door het lichaam stroomt. De passieve filtratie is afhankelijk van het moleculair gewicht (<500 D onbeperkt), de eiwitbinding (f_u, unbound fraction), lading (negatief geladen wordt moeilijk gefiltreerd) en nierfunctie. 

Wanneer geneesmiddelen aan eiwitten gebonden zijnzijn aan een eiwit, voornamelijk aan albumine, is het complex te groot om gefiltreerd te worden. Wanneer veel van het geneesmiddel in gebonden staat is, zal de filtratie klein zijn. 

Tubulaire secretie

De overige 80% van de renale plasmaflow gaat naar de peritubulaire capillairen. Daar vindt actieve secretie van het farmacon plaats via carrier transport. Dit proces is de meest effectieve bijdrage aan de klaring van stoffen. De meeste secretie vindt plaats in de proximale tubulus. De tubulaire secretie is de meest effectieve bijdrage aan de renale klaring voor stoffen.

De snelheid van de secretie is afhankelijk van de transporter (hoeveelheid, affiniteit, e.d.) en de bloedflow..

Organische anionen zijn vaak het substraat voor de carriers. Het transportsysteem is verzadigbaar (saturatie) en er kan competitie voor de carrier optreden door verschillende stoffen en farmaca. 

Tubulaire reabsorptie

Vanuit het tubuluslumen kan de stof weer gereabsorbeerd worden in de capillairen. Ook hier is de membraanpassage afhankelijk van het molecuul gewicht, de lipofiliteit (log P waarde) en de pH en pKa (vergelijking van Henderson-Hasselbalch). Het molecuul moet niet te groot zijn, het moet lipofiel zijn en het moet niet gedissocieerd zijn.

De uiteindelijke eliminatie wordt dus bepaald door de filtratie plus de secretie, min de terugresorptie. 

Meten klaring

Cl_x = (V_x, _urine  x C_{x, urine}) / (C_{x plasma/bloed})

V_urine = de hoeveelheid urine die per tijdseenheid wordt geproduceerd.

C_{x, urine} = de concentratie van de stof in de urine

C_{x plasma/bloed} = de concentratie van de stof in het plasma of in het bloed

De maximale renale plasmaklaring van een geneesmiddel is 600 ml/minuut. De maximale renale bloedklaring van een geneesmiddel is 1200 ml/minuut.

De functie van de nier wordt vooral bepaald door de glomerulaire filtratie ratio (GFR). Omdat creatinine alleen geëlimineerd wordt door de nier en er niets geresorbeerd of gesecreteerd wordt, is de creatinineklaring gelijk aan de GFR. Er geldt:

IN = UIT

IN = GFR x C_{creat plasma/bloed}

UIT = C_{creat plasma/bloed} x V_urine

Hieruit kan de volgende nde volume worden afgeleid: 

Cl_{ren, creatinine} = GFR =  (C_{creat urineplasma/bloed} x V_urine)/ C_{creat plasma/bloed}

De normale GFR is 125 mLl/min.

Veel geneesmiddelen zijn voor eliminatie afhankelijk van de nierfunctie. Wanneer de nierfunctie achteruitgaat, zal er dus minder geëlimineerd worden en blijft er meer van het geneesmiddel in het bloed achter. 

In de praktijk wordt de nierfunctie gemeten aan de hand van:

• Plasmacreatinine. De creatinine klaring kan geschat worden aan de hand van een formule.  Hierbij wordten wel een aantal aannames gedaan. In de formule zijn correcties ingebouwd voor onder andere gewicht en geslacht.

De halfwaardetijd van een geneesmiddel wordt bepaald door het verdelingsvolume en de klaring. 

Werkgroep 9: Elektrische activiteit van het hart

Er zijn twee verschillende typen actiepotentialen in het hart, zie figuur 2. Het linker plaatje geeft een actiepotentiaal van een autoritmische cel weer (SA-knoop, AV-knoop,). Het rechter plaatje is een afbeelding van een myocardcellen (atria, ventrikels, Purkinjevezels). De actiepotentiaal van een ventriculaire cel duurt ongeveer 300 milliseconden, terwijl dit bij een atriale cel 200 milliseconden is. Figuur 2 – Interactive Physiology

In de onderstaande tabel staat welke kanalen er bij de verschillende hartceltypen betrokken zijn bij de verschillende fasen waarin de cel kan verkeren:

De pacemakercel, waarin de drempelwaarde als eerste bereikt wordt en die dus als eerst een actiepotentiaal genereert, zal de hartfrequentie bepalen. Dit is in gezonde situaties de sinusknoop. Valt de sinusknoop uit, dan zal de AV-knoop de hartfrequentie bepalen en daarna pas de Purkinjevezels.

Regulatie hartfrequentie kan op verschillende manieren:

• De steilheid van de depolarisatie aanpassen door bijvoorbeeld de I_f- stroom te moduleren. 

Voorbeeld: door dehet I_f- kanalenal te veranderen, zodat de hoeveelheid ionen de per seconde worden doorgelaten afneemt. Het duurt langer voordat de drempelwaarde van de depolarisatie wordt bereikt. Er is een afname van de hartfrequentie.

• Het veranderen van de maximale diastolische potentiaal door de I_Kk1- stroom te moduleren. 

Voorbeeld: door het Ik1 kanaal te veranderen, zodat aan het eind van de repolarisatie het membraanpotentiaal op een lager niveau terecht komt. Je begint op een lager punt, waardoor er meer tijd nodig is om de drempelwaarde te bereiken. Hartfrequentie omlaag.

• Het veranderen van de drempelwaarde door bijvoorbeeld het calciumCa kanaal te moduleren. Voorbeeld: dDoor de drempelwaarde van het calciumkanaal te verhogen. Er is nu meer tijd nodig om deze drempelwaarde te bereiken. Hartfrequentie neemt af.

Zowel het sympathische als het parasympathische zenuwstelsel beïnvloeden de hartfrequentie. Het parasympathische deel zorgt voor verlaging van de hartfrequentie (negatief chronotroop), afname van de geleidingssnelheid (negatief dromotroop) en vermindert contractiekracht (negatiefpositief inotroop). Het parasympatische zenuwstelsel kan alle bovengenoemde factoren beïnvloeden.

De sympathische invloed verhoogt juist de hartfrequentie, stimuleert de geleidingssnelheid en de contractiekracht. De sympathicus werkt dus positief chronotroop, dromotroop en inotroop. De sympathicus heeft geen invloed op de rustpotentiaal, de overige twee factoren kan de sympathicus wel beïnvloeden.

Door een stijging van de extracellulaire kalium concentratie zal de kalium evenwichtspotentiaal minder negatief worden. De rust membraanpotentiaal wordt hierdoor ook minder negatief. In de pacemakercellen zal sneller een actiepotentiaal gemaakt worden, omdat de rustpotentiaal dichter bij de drempelwaarde in de buurt zit. Hierdoor gaat de hartfrequentie sterk omhoog. In de myocyten komt de membraanrustpotentiaal hoger te liggen dan de drempelwaarde van de natrium kanalen. Hierdoor staan de natriumkanalen open. Vervolgens sluit de H-poort bij een depolarisatie die hoog genoeg is. Doordat de membraanpotentiaal hoger is, zullen de H-poorten niet meer geopend worden. Hiervoor is namelijk een lagerag potentiaal nodig. Hierdoor zijn de natrium kanalen onwerkzaam en daarmee ook de myocardcellen. De actiepotentialen zullen minder krachtig zijn.

Om een ECG te maken, worden elektrodes op de huid geplaatst. De elektroden registreren het verloop van de depolarisatie en repolarisatie. Ze meten de positieve voorzijde en de negatieve achterzijde van het front. De grootte van de gemeten uitslag is een maat voor het aantal cellen dat meedoet in het front. Een positieve lading (depolarisatie) richting de positieve elektrode geeft een positieve uitslag. Een negatieve lading (repolarisatie) richting de negatieve elektrode geeft ook een positieve uitslag. Wanneer de elektroden in een hoek van 90 graden op het front staan, registreren ze niets. Op deze manier kan een ECG gebruikt worden om iets te zeggen over de hoeveelheid, de plaats en de richting van de elektrische activiteit. 

Om de 12 afleidingen te bepalen, wordt gebruik gemaakt van unipolaire en bipolaire registratie. Er is sprake van bipolaire registratie als men met twee elektrodes meet, die beide veranderingen zullen waarnemen. Je meet dus de verandering ten opzichte van elkaar. Er is sprake van unipolaire registratie als er één van de twee elektrodes geaard is, zodat deze geen verandering zal ondergaan. Alle meetbare veranderingen wijzen dan op veranderingen in de niet-geaarde elektrode. 

De Goldberger afleidingen zijn semi- unipolair: je combineert twee Einthoven- afleidingen om een nullijn te maken. Deze combinatie ondergaat nagenoeg geen verandering. Die nullijn combineer je met andere afleidingen.

Wanneer we een unipolaire elektrode dicht bij het hart aanbrengen zal de bijdrage van verder weg gelegen fronten klein zijn, door de grote afstand tussen front en elektrode. De sterkte van het signaal neemt met het kwadrant van de straal af. (oppervlakte bol = 4∏r²)

In een ECG iszijn een aantal toppen en intervallen waar te nemen, met de volgende betekenis (zie figuur 4):

• P-top = depolarisatie van de atria
• QRS-complex = depolarisatie van de ventrikels
• T-top = repolarisatie van de ventrikels
• P-duur = duur van de geleiding van het depolarisatiefront over de atria
• PR-interval = de AVav-geleiding (vertraging)
• QRS-duur = duur van geleiding van depolarisatiefront over de ventrikels
• ST-interval = plateaufase van het grootste deel van de myocard cellen. Alle cellen zijn gedepolariseerd.
• T-duur = duur van de repolarisatie van de ventrikels

Door zuurstoftekort in de cellen kan de geleiding van het depolarisatiefront worden geblokkeerd. In het atrium kan er zo een ‘cirkelgang’ van dit front ontstaan. Dit wordt ook wel het re-entry mechanisme genoemd. In een normale situatie begint activatie in de SA-knoop. Vanaf hier verspreidt de stroom zich over het hartspierweefsel. De impulsgeleiding in het hartweefsel gaat in principe even gemakkelijk de ene kant op als de andere kant op. Het is dus bi-directioneel. Op bepaalde punten splits het hartspierweefsel zich op. De activatiestroom loopt over beide aftakkingen. Iets meer naar onder zijn deze aftakkingen weer met elkaar verbonden, waardoor er interactie van de ene kant en de andere kant kan optreden. Er is sprake van een elektrische verbinding. In een normale situatie zullen actiepotentialen botsen en kunnen niet langs elkaar, vanwege de refractaire periode van de achterliggende cellen. Er is geen effect. 

Wanneer een deel van het hartweefsel is afgestorven doet dit gedeelte elektrisch niet meer mee. Hierdoor kan blokkering  van de elektrische stroom in één richting kan optreden, doordat er te weinig depolariserende kracht is om andere cellen de depolariseren. Er is unidirectioneel block. Door deze blokkering kan de stroom bij een splitsing maar één kant op. Iets verder naar onder zijn de aftakkingen weer met elkaar verbonden. Doordat hier alleen de actiepotentiaal van één aftakking aankomt, kan deze actiepotentiaal zich voortzetten naar de andere aftakking. Hier is immers geen actiepotentiaal geweest, dus deze cellen verkeren niet in de refractaire periode. De blokkade is slecht in één richting, dus de stroom kan zich wel vanaf deze kant door de aftakking verplaatsen. Hierdoor wordt er voortdurend een impuls gevormd die rondloopt in een bepaald stukje weefsel. Er ontstaat een lokaal circuit dat in staat is signalen door te geven naar de rest van het hart. Dit is re-entry aritmie.

Wanneer dit mechanisme meervoudig optreedt, kan er atriumfibrilleren ontstaan. Een ECG met atrium fibrilleren ziet er dan als volgt uit: 

In het ECG is er in het geval van atriumfibrilleren geen P-top meer waarneembaar, omdat de atriumactiviteit zeer onregelmatig is.

In zo’n situatie kunnen de ventrikels nog wel geactiveerd worden wanneer er een golf langs de AV-knoop komt die sterk genoeg is. Dit zal echter wel onregelmatig zijn.

. Daarnaast heeft ook de AV-knoop pacemakercellen. Deze kunnen de functie van de sinusknoop overnemen. Het hartritme zal wel lager zijn, doordat de repolarisatie langer duurt. Als laatste is het contraheren van de boezems is niet van levensbelang voor de vulling van de ventrikels. Deze situatie is dus op zich niet levensbedreigend Dit kan wel zo zijn als er op plekken in de atria waar nauwelijks bloed stroomt (zoals hartoortjes) stolsels ontstaan, die de bloedbaan in kunnen schieten richting bijvoorbeeld hersenen en longen.

Er is geen duidelijke depolarisatie van de atria en ventrikels waar te nemen. Het ECG heeft een zeer onregelmatig verloop. 

Deze situatie is wel levensbedreigend, want er is geen/heel weinig cardiac output. De bloeddruk daalt, waardoor de circulatie stopt.

De repolarisatie zal op bijna alle elektrodes als positieve T-top te vinden zijn, omdat de repolarisatie stroom van de positieve elektrode naar de negatieve elektrode loopt. Er is dus repolarisatie in de richting van de negatieve elektrode. Dit geeft een positieve uitslag. Wanneer het QRS-complex positief is, is de T-top dat ook. Dit komt door het principe dat de eerst depolariserende cel het laatst repolariseert.

Bij ischaemie kan er door gebrek aan zuurstof minder ATP worden gevormd in de cel. Dit betekent dat de Na/K- pomp slechter werkt. Deze is vooral van belang voor de repolarisatie. De repolarisatiefase zal langer duren en dus zal ook de refractaire periode toenemen. De voortgeleidingssnelheid neemt af.

Wanneer er sprake is van lokale ischemie, zal de repolarisatie van de laatste cel langer duren. Hierdoor wordt de laatst depolariserende cel niet meer de eerst repolariserende cel. De repolarisatie volgorde draait om, waardoor het repolarisatiefront van de negatieve elektrode afgaat en de T-top negatief zal worden.

Door storingen in de geleiding van de AV-knoop, kan iemand plotseling duizelig en bleek worden. Ook wordt er een langzame pols (40/min) gemeten. Een normale polsfrequentie ligt tussen de 70 en 80 slagen per minuut. Het ECG van zo’n persoon ziet er dan uit , zoals in figuur hiernaast is weergegeven.

In het geval van een 1e graads AV-blok is een lang PR- segment waar te nemen. 

Afwijkend in een 2^e graads blok is het PR- segment dat steeds langer wordt. Na de P-top volgt niet automatisch een QRS-complex.

In het geval van een 3^e graads blok is er geen relatie meer tussen P en QRS. Er is dus geen relatie meer tussen atriale en ventriculaire contractie. 

De impact factor zegt iets over het publiek dat bereikt wordt. Het geeft een maat over hoe vaak het tijdschrift wordt geciteerd. 

Nodal escape rythm: de AV-knoop gaat de functie van de sinusknoop overnemen om het hartritme te bepalen. 

Ventriculaire parasystole: ventriculaire activiteit tussen twee normale hartslagen.

De muscarine 2 receptoren worden bij mad honey vergiftiging extra gestimuleerd. Als medicijn wordt atropine gegeven. Atropine is een parasympathicolyticum. Atropine remt deze receptoren juist. 

Interactive Physiology

Intrinsic conduction system

Het intrinsieke geleidingssysteem verzorgt het basis hartritme. Het intrinsieke geleidingssysteem bestaat uit autoritmische hartcellen die starten met het produceren van actiepotentialen en deze vervolgens doorgeleiden door het hart. Het intrinsieke voortgeleidingssysteem bestaat uit:

• SA- knoop (sinoatriale knoop). Dit is een massa autoritmische cellen in de rechteratriumwand naast de ingang van de vena cava superior. r. De SA knoop genereert 75 pulsen per minuut. De SA- knoop zet het tempo voor het gehele hart in.
• Iinternodale route: route die de actiepotentiaal van de SA- naar de AV- knoop geleidt.
• AV- knoop: massa autoritmische cellen in het interatriale septum boven de tricuspidalisklep. Elke puls wordt in de AV- knoop vertraagd, zodat de atria eerst contraheren en de ventrikels daarna pas.
• AV- bundel ofwel bundel van His: autoritmische cellen in het onderste deel van het interatriale septum. De AV- bundel vormt de enige elektrische verbinding tussen de atria en ventrikels.
• Vertakkingen van de bundel (bundle branches): vertakkingen van de AV- bundel, die impulsen naar het interventriculaire septum geleiden.
• Purkinjevezels: lopen door het interventriculaire septum en penetreren de hartpunt. Vervolgens gaan ze omhoog en vertakken ze in de ventriculaire wanden. Purkinjevezels geleiden impulsen door de ventrikels.

Actiepotentialen verspreiden zich vanuit de autoritmische cellen van het intrinsieke geleidingssysteem naar de contractiele cellen. Dit is een elektrische gebeurtenis. Contractie van de contractiele cellen is een mechanische gebeurtenis die bij elke hartslag plaatsvindt. 

De P- golf op een ECG staat voor de depolarisatie van de atria. De repolarisatie van de atria is gelijktijdig met het QRS-complex en is daarom niet te zien. Het QRS-complex geeft de depolarisatie van de ventrikels aan. De T-golf staat voor de repolarisatie van de ventrikels.

Cardiac action potentials

De gecoördineerde contractie van het hart is het gevolg van elektrische veranderingen in de hartcellen. Autoritmische cellen maken actiepotentialen. Deze actiepotentialen maken depolarisatiegolven die zich via gap junctions naar contractiele cellen verplaatsen. Wanneer depolarisatie van een cel de drempelwaarde bereikt, maken de contractiele cellen zelf een actiepotentiaal die begint met een depolarisatie (gevolgd door contractie), die daarna overgaat in een repolarisatie (gevolgd door relaxatie).

Op het celmembraan van een autoritmische cel liggen:

• natriumkanalen die natrium de cel in transporteren.
• snelle calciumkanalen die calcium de cel in transporteren
• kaliumkanalen die kalium de cel uit transporteren

Een membraanpotentiaal is het resultaat van de relatieve concentraties van ionen tussen de binnenkant en buitenkant van het plasmamembraan. Via gap junctions staan met elkaar in verbinding. Ionen kunnen zo vrij bewegen. 

Autoritmische cellen kunnen spontaan depolariseren. Actiepotentialen in autoritmische cellen worden op deze manier gemaakt:

1. Ppacemaker potentiaal: autoritmische cellen beginnen te depolariseren door een continue influx van natriumionen en een verminderde efflux van kaliumionen. De binnenkant van het membraan wordt minder negatief door de influx van natriumionen. De pacemaker potentiaal wordt gemaakt.
2. Ddepolarisatie en ommekeer van de membraanpotentiaal. Wanneer de drempelwaarde bereikt wordt, gaan snelle calciumkanalen open en stromen calciumionen de cel in.
3. Rrepolarisatie. De ommekeer van de membraanpotentiaal triggert de opening van kaliumkanalen, zodat kaliumionen de cel uitstromen. De membraanpotentiaal wordt weer hersteld. Actieve ionenpompen transporteren calciumionen terug naar het lumen. De Na⁺/K⁺ pomp pompt natriumionen de cel uit en kaliumionen de cel in.

Rustende contractiele cellen staan met elkaar en met de autoritmische cellen in verbinding via gap junctions. In het sarcoplasmatisch reticulum (SR) zijn veel calciumionen opgeslagen. Myofilamenten zijn de contractiele delen van de cel. De cel heeft als ionkanalen:

• snelle natriumkanalen
• kaliumkanalen
• langzame calciumkanalen

Actiepotentialen in contractiele cellen ontstaan als volgt:

1. Ddepolarisatie. Tijdens de depolarisatie in autoritmische cellen bewegen positieve ionen zich door de gap junctions naar omliggende contractiele cellen. Hierdoor verandert de spanning van de contractiele cel een beetje en begint de depolarisatie. De spanningsverandering stimuleert de opening van spanningsafhankelijke, snelle natriumkanalen. Snelle influx van natriumionen resulteert in een snelle depolarisatie. Het membraanpotentiaal keert om ten opzichte van de membraanpotentiaal in rust. 
2. Pplateau. De depolarisatie triggert ook de opening van langzame calciumkanalen, zodat calciumionen vanuit de extracellulaire ruimte en het SR de cel in kunnen. Tegelijkertijd begint kaliumefflux. Langzame calcium influx is in evenwicht met de kaliumefflux, zodat er een plateau ontstaat in het actiepotentiaal. Het intracellulaire calcium begint de celcontractie. 
3. Repolarisatie. Calciumkanalen sluiten terwijl er meer kaliumkanalen opengaan. Het membraan wordt snel gerepolariseerd tot de membraanrustpotentiaal. Ionpompen transporteren calcium actief terug in het SR en via een natriumcalciumexchanger terug in de extracellulaire ruimte. De Na/K- pomp pompt natriumionen de cel uit en kaliumionen de cel in.