Fysiologie en anatomie [1st ed] 978-90-313-4684-4, 978-90-313-8098-5 [PDF]

Zitiervorschau

Fysiologie en anatomie

Fysiologie en anatomie

Drs. C.A. Bastiaanssen Dr. E.H.C. Bastiaanssen Drs. A.A.F. Jochems Drs. IJ.D. Ju¨ngen Dr. M.J. Tervoort

Bohn Stafleu van Loghum Houten 2007

Ó Bohn Stafleu van Loghum, 2007 Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd, opgeslagen in een geautomatiseerd gegevensbestand, of openbaar gemaakt, in enige vorm of op enige wijze, hetzij elektronisch, mechanisch, door fotokopiee¨n of opnamen, hetzij op enige andere manier, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. Voor zover het maken van kopiee¨n uit deze uitgave is toegestaan op grond van artikel 16b Auteurswet 1912 jo het Besluit van 20 juni 1974, Stb. 351, zoals gewijzigd bij het Besluit van 23 augustus 1985, Stb. 471 en artikel 17 Auteurswet 1912, dient men de daarvoor wettelijk verschuldigde vergoedingen te voldoen aan de Stichting Reprorecht (Postbus 3051, 2130 KB Hoofddorp). Voor het overnemen van (een) gedeelte(n) uit deze uitgave in bloemlezingen, readers en andere compilatiewerken (artikel 16 Auteurswet 1912) dient men zich tot de uitgever te wenden. Samensteller(s) en uitgever zijn zich volledig bewust van hun taak een betrouwbare uitgave te verzorgen. Niettemin kunnen zij geen aansprakelijkheid aanvaarden voor drukfouten en andere onjuistheden die eventueel in deze uitgave voorkomen.

ISBN 978 90 313 4684 4 NUR 897

Ontwerp omslag: Bottenheft, Marijenkampen Ontwerp binnenwerk: Studio Bassa, Culemborg Automatische opmaak: Pre Press, Zeist Illustraties: Hans Brik, Almere; Ron Slagter, Voorschoten

Bohn Stafleu van Loghum Het Spoor 2 Postbus 246 3990 GA Houten www.bsl.nl

Inhoud

Woord vooraf Over de auteurs Redactionele verantwoording

13 14 16

1 1.1 1.2 1.3 1.3.1 1.4 1.4.1 1.5 1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.6 1.6.1 1.6.2 1.6.3 1.7 1.7.1 1.7.2 1.8 1.8.1 1.8.2 1.8.3 1.9 1.9.1 1.9.2 1.9.3 1.9.4 1.10 1.10.1 1.10.2

Cellen en weefsels Kenmerken van het leven Hie¨rarchische opbouw Het menselijk lichaam als eenheid Homeostase De fundamentele eenheid van het lichaam: de cel Bouw en functie van cellen Celmetabolisme: verbranding in de cel Aerobe verbrandingsprocessen Anaerobe verbrandingsprocessen Koolhydraten, vetten en eiwitten Celmembraantransport Passief transport Actief transport Endocytose en exocytose Celdeling Mitose Meiose of reductiedeling Celcyclus Celdood Groei Veroudering Weefsels Dekweefsel Steunweefsels Spierweefsel Zenuwweefsel Algemene topografie Statische en dynamische richtingaanduidingen Lichaamswand en lichaamsholten

19 19 20 21 21 26 27 31 31 31 31 32 32 38 38 39 40 42 47 48 48 49 49 49 52 58 60 61 61 61

2 2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3

Circulatie Bloed Samenstelling van het bloed Functies van het bloed Bloedplasma

69 70 70 70 71

6

Fysiologie en anatomie niveau 5

2.1.4 2.1.5 2.1.6 2.1.7 2.1.8 2.1.9 2.1.10 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6

Bloedcellen Erytrocyten Leukocyten Trombocyten Bloedgroepen Hemostase Gastransport in het bloed Tractus circulatorius Het hart Bloedvaten Bloeddruk Foetale circulatie Uitwisseling tussen capillairen en interstitium Lymfatisch systeem

72 75 81 83 83 89 94 95 96 1 08 1 15 1 25 1 27 1 29

3 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.4 3.4.1 3.4.2 3.5 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.6 3.7 3.8 3.9 3.9.1 3.9.2 3.9.3

Afweer Afweer Exogene aspecifieke afweer Mechanische barrie`res Fysiologische barrie`res Endogene aspecifieke afweer Ontstekingsproces Aspecifieke afweer door leukocyten Cytokinen Immuniteit: specifieke afweer Cellen van het immuunsysteem Indeling van de immuniteit Humorale immuunrespons Werking humorale immuunrespons Immunoglobulinen Complementsysteem Cellulaire immuunrespons Regulatie van de afweer Natuurlijke en kunstmatige immuniteit HLA-antigenen en orgaantransplantaties HLA-antigenen Orgaantransplantaties HLA en transplantatie van allogeen beenmerg

1 36 1 36 1 37 1 38 1 38 1 39 1 39 1 40 1 43 1 43 1 43 1 46 1 47 1 47 1 48 151 1 52 1 53 1 55 1 58 1 58 1 58 1 59

4 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.1.5 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3

Ademhaling Tractus respiratorius Neusholte (cavitas nasi) Farynx Larynx Trachea Longen (pulmones) Longventilatie en distributie Inademing Uitademing Ademfrequentie en longcapaciteit

161 161 1 62 1 65 1 66 1 68 1 68 1 72 1 72 1 74 1 74

7

Inhoud

4.2.4 4.2.5 4.3 4.3.1 4.4 4.4.1 4.4.2 4.5 4.5.1 4.5.2 4.5.3

Ademarbeid Distributie in de longen Gasuitwisseling Diffusie Transport van gassen Transport van zuurstof Transport van koolstofdioxide Regulatie van de ademhaling Centrale en perifere chemosensoren Ademcentrum Reflexen met invloed op de ademhaling

1 77 1 80 1 80 1 80 1 83 1 83 1 86 1 87 1 88 1 88 1 89

5 5.1 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.3

Nieren Nieren Bouw van de nieren Werking van de nieren Andere functies van de nieren Urinewegen Ureter Urineblaas Urethra Urine

191 191 191 1 94 200 202 202 203 206 207

6 6.1 6.1.1 6.1.2 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 6.2.5 6.3 6.3.1 6.3.2 6.4 6.5 6.5.1 6.5.2 6.5.3 6.6 6.6.1 6.6.2 6.6.3 6.7 6.8 6.9 6.10 6.10.1

Zenuwstelsel Cellen van het zenuwstelsel Neuron Gliacellen Neurofysiologie Membraanpotentiaal Impulsvorming: actiepotentiaal Impulsgeleiding Impulsoverdracht Neurotransmitters Indeling van het zenuwstelsel Anatomische indeling Fysiologische indeling Cerebrum Diencephalon Thalamus Hypothalamus Epithalamus Hersenstam Hersenzenuwen Formatio reticularis Onderdelen hersenstam Cerebellum Ruggenmerg Reflexen Autonoom zenuwstelsel Sympathisch zenuwstelsel

208 208 208 209 209 210 213 216 219 22 1 223 223 224 224 23 1 23 1 232 232 233 233 235 236 236 237 244 245 246

8

Fysiologie en anatomie niveau 5

6.10.2 6.10.3 6.11 6.11.1 6.11.2 6.11.3 6.12 6.13 6.13.1 6.13.2 6.13.3 6.14 6.14.1 6.14.2 6.14.3 6.15 6.15.1 6.15.2 6.15.3 6.16 6.16.1 6.16.2 6.16.3

Parasympathisch zenuwstelsel Intramurale systemen Hersenvliezen Pia mater Arachnoidea Dura mater Hersenvocht en liquorcirculatie Bloedvoorziening van de hersenen Hersenarterie¨n Hersenvenen Barrie`res Systemen Sensibel systeem Motorisch systeem Limbisch systeem Geheugen en leren Zintuiglijk geheugen Werkgeheugen en kortetermijngeheugen Langetermijngeheugen Pijn Nocisensoren Somatische en viscerale pijn Pijnbeleving

247 248 249 249 250 250 25 1 252 252 255 255 256 256 257 259 260 260 26 1 26 1 262 262 262 263

7 7.1 7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.2 7.2.1 7.2.2 7.3 7.3.1 7.3.2 7.4 7.5 7.5.1 7.5.2 7.5.3 7.6 7.6.1 7.6.2 7.7

Hormoonstelsel Hormonen Receptoren Wateroplosbare en niet-wateroplosbare hormonen Regulatie van de hormoonproductie Hypofyse Neurohypofyse Adenohypofyse Schildklier Synthese van de schildklierhormonen Werking van de schildklierhormonen Bijschildklieren Pancreas De eilandjes van Langerhans Insuline en glucagon Somatostatine Bijnieren Bijnierschors Bijniermerg Gonaden

266 266 267 268 27 1 272 272 275 278 279 280 282 282 283 283 286 287 287 29 1 292

8 8.1 8.1.1 8.1.2 8.1.3

Zintuigen Sensoren Chemosensoren Thermosensoren Mechanosensoren

293 293 296 299 299

9

Inhoud

8.1.4 8.1.5 8.2 8.2.1 8.2.2 8.2.3 8.3 8.3.1 8.3.2 8.3.3

Fotosensoren of elektromagnetische sensoren Nocisensoren Oor Bouw van het oor Gehoororgaan Evenwichtsorgaan Oog Ligging, bouw en functie van de oogbol Beeldvorming Hulporganen van het oog

30 1 30 1 302 302 304 308 310 310 315 319

9 9.1 9.1.1 9.1.2 9.1.3 9.1.4 9.2 9.3 9.3.1 9.3.2 9.3.3 9.3.4 9.3.5 9.3.6 9.4 9.4.1 9.4.2 9.5 9.5.1 9.5.2 9.5.3 9.5.4

Huid en thermoregulatie Bouw van de huid Epidermis Dermis Subcutis Vascularisatie van de huid Functies van de huid Bijzondere vormsels Haren Nagels Zweetklieren Talgklieren Cerumenklieren Mammae Lichaamstemperatuur Kern- en schiltemperatuur Fysiologische processen Thermoregulatie Thermosensoren Warmteafgifte Warmteproductie Koorts

325 325 325 329 329 329 330 33 1 33 1 333 334 335 335 335 336 337 337 338 338 339 34 1 342

10 10.1 10.1.1 10.1.2 10.1.3 10.2 10.3 10.3.1 10.3.2 10.3.3 10.4 10.4.1 10.4.2 10.5 10.5.1 10.5.2

Voedsel en spijsvertering Voedsel en stofwisseling Voedsel en energie Enzymen Nucleı¨nezuren Noodzakelijke voedingsstoffen Koolhydraten Monosachariden Disachariden Polysachariden Eiwitten Aminozuren Eiwitvertering Lipiden Triglyceriden Fosfolipiden

343 343 343 344 345 346 347 347 348 348 349 350 35 1 352 352 355

10

Fysiologie en anatomie niveau 5

10.5.3 10.6 10.7 10.7.1 10.7.2 10.7.3 10.7.4 10.7.5 10.7.6 10.7.7 10.7.8 10.7.9 10.8 10.8.1 10.8.2 10.9 10.10 10.10.1 10.10.2 10.10.3 10.11 10.12 10.13 10.13.1 10.13.2 10.13.3 10.13.4 10.14 10.14.1 10.14.2 10.14.3 10.14.4 10.15 10.15.1 10.15.2 10.16 10.16.1 10.16.2 10.17 10.17.1 10.17.2 10.17.3 10.17.4 10.18

Sterolen Water Mineralen Natrium, kalium en chloride Calcium (Ca) Fosfaat (P-verbindingen) IJzer (Fe) Magnesium (Mg) Jood (I) Zwavel (S) Zink (Zn) Selenium (Se) Vitaminen In vet oplosbare vitaminen In water oplosbare vitaminen Bouw en functie van de spijsverteringsorganen Mondholte (cavum oris) Speekselklieren Tong Gebit Farynx Oesofagus Maag Bouw en ligging van de maag Maagvulling Maaglediging Maagsap en maagsapsecretie Dunne darm Bouw en ligging van de dunne darm Bouw van de wand van de dunne darm Darmsap Resorptie Colon Functies dikke darm Defecatie Pancreas Functies pancreas Pancreassap Lever en galwegen Ligging en macroscopische bouw van de lever Microscopische bouw van de lever Galgangen en galblaas Functies van de lever Peritoneum

355 356 358 358 360 360 36 1 36 1 36 1 36 1 36 1 362 362 362 365 369 370 37 1 373 374 376 377 380 380 38 1 38 1 382 384 384 386 387 388 390 39 1 392 394 394 395 396 396 397 398 399 406

11 11.1 11.1.1 11.1.2 11.1.3

Beweging Skelet Bouw en functie van het bot Soorten beenderen Ontwikkeling van het bot; dikte- en lengtegroei

409 409 409 41 1 412

11

Inhoud

11.1.4 11.2 11.2.1 11.2.2 11.2.3 11.3 11.3.1 11.3.2 11.3.3 11.4 11.4.1 11.4.2 11.5 11.6 11.6.1 11.6.2 11.6.3 11.7 11.7.1 11.7.2 11.7.3

Beenverbindingen Beenderen van het hoofd Neurocranium Viscerocranium Ontwikkeling van de schedel Beenderen van de romp Wervelkolom Thorax Pelvis Beenderen van de extremiteiten Beenderen en gewrichten van arm en hand Beenderen en gewrichten van been en voet Beenderen van de gordels Spierstelsel Bouw en werking van een skeletspier Bouw en werking van de hartspier Bouw en werking van gladde spieren Spiergroepen Hoofd- en halsspieren Rompwandspieren Extremiteitsspieren

417 419 419 423 424 424 424 428 429 430 430 434 437 438 438 445 445 446 446 447 454

12 12.1 12.2 12.2.1 12.2.2 12.3 12.3.1 12.3.2 12.3.3 12.3.4 12.3.5 12.4

Voortplanting Ongeslachtelijke en geslachtelijke voortplanting Geslachtskenmerken Primaire en secundaire geslachtskenmerken Geslachtsdifferentiatie Vrouwelijke geslachtsorganen Ovarium Eileider Uterus Vagina Vulva Fysiologische veranderingen in vrouwelijke geslachtsorganen Ontwikkeling van follikel en endometrium Hormonale regulatie van de ovarie¨le cyclus Effecten van oestrogeen Conceptie en implantatie Ontwikkeling embryo in de uterus Mannelijke geslachtsorganen Testes Epididymides Ductus deferentes en vesiculae seminales Prostaat Penis Sperma Fysiologie van het seksueel functioneren

458 458 459 459 459 46 1 46 1 463 464 466 467

12.4.1 12.4.2 12.4.3 12.4.4 12.4.5 12.5 12.5.1 12.5.2 12.5.3 12.5.4 12.5.5 12.5.6 12.6

467 467 468 470 47 1 474 478 478 483 483 484 485 487 488

12

Fysiologie en anatomie niveau 5

13 13.1 13.1.1 13.1.2 13.1.3 13.1.4 13.1.5 13.2 13.2.1 13.2.2 13.3 13.3.1 13.3.2 13.4 13.4.1 13.4.2 13.5 13.5.1 13.5.2 13.5.3 13.6 13.6.1 13.6.2 13.6.3 13.6.4 13.7 13.7.1 13.7.2 13.8 13.8.1 13.8.2 13.9 13.9.1 13.9.2 13.10 13.10.1 13.10.2 13.11 13.11.1 13.11.2 13.12

Erfelijkheid en DNA Erfelijkheid Genotype en fenotype Gen en allel Homozygoot en heterozygoot; dominant en recessief Wetten van Mendel Intermediaire erfelijkheid Chromosomen Autosomen Heterosomen Overervingspatronen Monogene overervingspatronen Polygene (multifactorie¨le) overervingspatronen Erfelijke stofwisselingsziekten en hielprik Erfelijke stofwisselingsziekten Neonatale screening door middel van de hielprik Structuur en eigenschappen van DNA DNA in mitochondrie¨n Replicatie van DNA Herstelmechanismen Genexpressie RNA Transcriptie en translatie Codon Anticodon Regulatie van de genexpressie Geninductie Genrepressie Coderend en niet-coderend DNA Trinucleotiderepeats Junk-DNA Mutaties Typen mutaties Oorzaken van mutaties Oncogenen Van oncogen tot tumor Activering van oncogenen Virussen Bouw en werking van virussen Indeling van de virussen Prionen Referenties Bijlage I Medische terminologie A Afkortingen B Voor- en achtervoegsels C Anatomische termen Bijlage II Referentiewaarden laboratoriumbepalingen Register

490 490 490 49 1 492 492 494 494 494 494 496 496 502 502 503 504 505 506 507 508 508 508 509 510 51 1 512 512 513 513 513 514 514 515 515 517 518 519 52 1 52 1 522 523 525 526 526 526 530 537 540

Woord vooraf

Als zorgverlener verleent de hbo-verpleegkundige op een professionele en verantwoorde wijze verpleegkundige zorg op menselijke maat om de last van ziekte, handicap of sterven te verlichten. De patie¨ntenzorg omvat nagenoeg het complete spectrum van de geneeskunde. Om de verpleegkundige zorg op professionele wijze vorm te geven, verzamelt de verpleegkundige gegevens met speciale aandacht voor de parameters, de laboratoriumwaarden die een beeld geven van de vitale functies en voert de verpleegkundige lichamelijk onderzoek uit. Op basis van theoretische en praktische kennis van de fysiologie, anatomie en pathologie moet de verpleegkundige in staat zijn de vitale functies gericht te observeren en te analyseren. In elke situatie is de verpleegkundige in staat klinisch te redeneren, complexe interventies (evidence based) uit te voeren en te handelen in levensbedreigende situaties. Het klinisch redeneren is de vaardigheid om eigen observaties en interpretaties aan de medische kennis te koppelen om zodoende te beredeneren welke volgende stappen genomen moeten worden voor het verpleegkundig handelen. Het basiswerk Fysiologie en anatomie is allereerst bestemd voor verpleegkundestudenten (hbo), maar het is ook bedoeld voor verpleegkundigen die zich na hun opleiding in bepaalde onderwerpen verder willen verdiepen. Daarnaast is dit boek ook geschikt voor studenten van (para)medische hbo-opleidingen om hun kennis van de fysiologie en anatomie te verrijken. Dit boek is er op gericht om kennis en inzicht in de fysiologische processen te verkrijgen om zodoende pathologische verschijnselen van de patie¨nt te kunnen herkennen en te interpreteren en daardoor in de beroepsuitoefening adequaat hierop te reageren. Dit boek vormt een onderdeel van de serie Basiswerken. De verschillende delen zijn erop gericht de student (en de reeds afgestudeerde beroepsbeoefenaar) voldoende kennis te laten opdoen om klinisch te kunnen redeneren. De opbouw van de serie Basiswerken ondersteunt het proces waarbij eigen observaties en interpretaties worden gekoppeld aan medische kennis. Studenten leren zo te beredeneren welke stappen genomen moeten worden in het verpleegkundig handelen. Met dit boek is getracht een start te maken met het proces van klinisch redeneren. Iedereen die opmerkingen of suggesties heeft ter verbetering van dit boek wordt van harte uitgenodigd om te reageren. IJbelien Ju¨ngen

Over de auteurs

Drs. C.A. Bastiaanssen studeerde biologie te Utrecht en werkte daarna als leraar op diverse middelbare scholen in Tilburg en Breda. Hij was docent aan de verpleegkundigenopleiding in Breda en was adjunctdirecteur van de Brabantse Medische Analistenschool. In 1970 werd Bastiaanssen directeur algemene zaken van het Sint Anna Ziekenhuis te Geldrop. Vervolgens werd hij eind 1980 directeur zorgverlening van het Maria Ziekenhuis te Tilburg. Na zijn pensionering volgde interim-werkzaamheden aan het Oosterschelde Ziekenhuis te Goes, aan de Vroedvrouwenschool te Kerkrade en aan Kloosterverzorgingshuizen in Tilburg en Moergestel. Bastiaanssen was bestuurslid van veel maatschappelijke organisaties op het gebied van onderwijs en gezondheidszorg. Samen met drs. A.A.F. Jochems schreef hij meerdere boeken op het gebied van anatomie, fysiologie en biologie van de mens, bedoeld voor de opleidingen van werkers in de gezondheidszorg. Door een tragisch ongeluk is de heer Bastiaanssen eind november 2005 overleden. Zijn jongste dochter heeft daarna geholpen dit boek af te ronden. Dr. E.H.C. Bastiaanssen studeerde informatica te Leiden met als afstudeerrichting medische informatica. In 1986 promoveerde zij te Leiden aan de faculteit Geneeskunde. Daarna was zij werkzaam in het Academisch Ziekenhuis Rotterdam als programmeur-systeemontwerper. Vanaf medio 1998 werkt zij als wetenschappelijk medewerker op het gebied van huisartsenautomatisering bij het Nederlands Huisartsen Genootschap te Utrecht. Drs. A.A.F. Jochems, bioloog, is na zijn studie steeds werkzaam geweest in het onderwijsveld, aanvankelijk in het middelbaar onderwijs, vervolgens aan een opleiding voor medisch analisten. Vanaf 1979 tot 1998 is hij werkzaam geweest als stafdocent aan de centrale school voor verpleegkundigen te Breda, sinds 2005 ROC West-Brabant, afdeling Vitalis College. In de jaren negentig was Jochems binnen de NVZ (Nederlandse Vereniging van Ziekenhuizen) landelijk coo¨rdinator voor de opleiding voor ziekenhuishygie¨nisten. Hij schreef vele studieboeken, veelal samen met drs. C.A. Bastiaanssen, voor het biologie-onderwijs, het laboratoriumonderwijs en voor de opleiding voor verpleegkundigen en verzorgenden. Jochems is, vanaf 1990, tevens mede-auteur van Coe¨lho Zakwoordenboek der Geneeskunde.

Over de auteurs

Tijdens de voorbereiding van deze uitgave kwam er plotseling een einde aan mijn samenwerking vanaf 1970 met medeauteur en vriend Kees Bastiaanssen. Door een tragisch verkeersongeval kwam er op 29 november 2005 een einde aan zijn leven. Tijdens de verdere afwikkeling van deze uitgave is Kees steeds in mijn gedachten gebleven. Dat zijn dochter Erica haar vader hierbij heeft vervangen was voor mij een grote steun. Kees zou ook genoten hebben van deze mooie uitgave. Janus Jochems Drs. IJ.D. Ju¨ngen studeerde geneeskunde aan de Vrije Universiteit te Amsterdam. Al voor het behalen van het artsexamen (1985) was zij als docent geneeskunde verbonden aan de opleiding tot A-verpleegkundige in Zaandam. Vanaf 1995 was Ju¨ngen als docent geneeskunde, coo¨rdinator en geneeskundig ontwikkelaar verbonden aan de Hogeschool INHolland en enige jaren later aan de Hogeschool van Amsterdam. Tevens was zij als docent geneeskunde betrokken bij de specialistenopleiding van de Stichting voor Beroepsopleidingen in de Intramurale Gezondheidszorg Regio Amsterdam (BIGRA) en bij het ontwikkelen van bijscholing op vele fronten. Vanaf 2001 was Ju¨ngen docent klinische vaardigheden aan de masteropleiding (ANP en later ook PA). Tegenwoordig is zij werkzaam als arts-docent bij het Teaching Hospital van het Onze Lieve Vrouwe Gasthuis (OLVG) te Amsterdam. Dr. M.J. Tervoort begon zijn loopbaan als analist bij de GG en GD in Amsterdam. Na een opleiding MO-A Natuur- en Scheikunde studeerde hij biochemie aan de Universiteit van Amsterdam. Na zijn afstuderen in 1978 promoveerde hij in 1983 tot doctor in de wiskunde en natuurwetenschappen. Sinds die tijd is Tervoort verbonden als docent fysiologie/anatomie en onderwijsontwikkelaar aan een aantal onderwijsinstellingen. Hiertoe behoren de Hogeschool INHolland (hbo-v en de opleiding tot Medisch Ingenieur), de Academie voor Verloskunde en de Stichting Beroepsopleidingen in de Intramurale Gezondheidszorgopleidingen Regio Amsterdam (BIGRA). Deze stichting is in 2004 opgegaan in de Amstel Academie, verbonden aan het VU medisch centrum. Zij verzorgt opleidingen voor onder andere anesthesiemedewerkers en operatieassistenten en een groot aantal verpleegkundige vervolgopleidingen.

15

Redactionele verantwoording

De ontwikkelingen binnen het verpleegkundig en verzorgend beroepsonderwijs gaan snel. Zo is onder meer sprake van een aanpassing van de kwalificatiestructuur die gebaseerd is op (beroeps)competenties. Centraal daarbij staat de vraag welke kennis, vaardigheden en attitudes noodzakelijk zijn om binnen de verpleegkundige beroepscontext de juiste taken en de daaruit voortvloeiende acties uit te voeren met een effectief resultaat. Er is een centrale plaats voor de beroepspraktijk (de praktijk als krachtige leeromgeving), een scherpere profilering van de verzorgende en verpleegkundige functies/rollen en de daaraan gerelateerde functie-eisen. De toenemende aandacht voor flexibele leerwegen in het onderwijs, het toenemende gebruik van elektronische leeromgevingen en leermiddelen die gebruikmaken van de computer, alsmede een toenemende zelfstandigheid en eigen verantwoordelijkheid van de student binnen het leerproces, leiden tot een nieuwe rol voor de docent, een andere organisatie van het onderwijs en andere toetsvormen. Deze ontwikkelingen vragen om leermiddelen die effectief aansluiten op de actuele situatie binnen het verpleegkundig en verzorgend beroepsonderwijs. Curriculummodel Voor de ontwikkeling van de serie Basiswerken is het curriculummodel van de reeks leerboeken Bouwstenen voor het gezondheidszorgonderwijs gehandhaafd. Dit curriculummodel sluit aan bij de kwalificatiedossiers voor de verpleegkundige en verzorgende beroepen op mbo-niveau, de diverse beroepsprofielen op hbo-niveau en het rapport ‘Met het oog op de toekomst; beroepscompetenties van hbo-verpleegkundigen’. Bij de ontwikkeling van het curriculummodel waren twee uitgangspunten belangrijk. 1 Een theoretisch uitgangspunt, waarbij het beroepsopleidinsgprofiel centraal staat, dat wil zeggen de competenties en eindtermen voor de onderscheiden kwalificatieniveaus. 2 Een praktisch uitgangspunt, waarin de beroepsprofielen en de daarvan afgeleide functie- en taakprofielen in de verschillende beroepscontexten centraal staan. Belangrijk is daarbij de vraag welke kennis, vaardigheden en attitude nodig zijn om in een gegeven beroepscontext de vereiste taken, het adequate gedrag en het effectieve resultaat te bereiken. De eindtermen gerelateerd aan de taakprofielen en de competenties (algemeen, algemeen professioneel en beroepsspecifiek) zijn rich-

Redactionele verantwoording

tinggevend voor de invulling van de leer- en vormingsgebieden verpleegkunde, ziekteleer, gezondheidsleer en methoden en technieken. Centraal daarin staat de verpleegkunde. In de verpleegkunde leert de verpleegkundige competent te worden in belangrijke beroeps- en verpleegsituaties afgeleid uit de zorgsituaties (multidisciplinair aandachtsgebied). Evidence based werken, klinisch redeneren en reflectie op de beroepspraktijk (het ontwikkelen van professioneel gedrag) zijn belangrijke pijlers om in de verpleegsituatie elementen uit de andere leer- en vormingsgebieden toe te passen en te integreren. In de verpleegsituatie heeft de beroepsbeoefenaar te maken met gezondheid en gezondheidsproblematiek. In het kader van gezond gedrag heeft de beroepsbeoefenaar te maken met zorgvragen vanuit het zelfzorgproces dat gericht is op het in stand houden en/of ondersteunen van het gezond functioneren van de mens. In het kader van gezondheidsproblematiek heeft hij te maken met zorgvragen van het patie¨ntenzorgproces. Uiteraard hebben beide processen een nauwe relatie met elkaar. Didactisch concept Het uitgangspunt voor de inhoud van de serie Basiswerken zijn de verpleegkundige en verzorgende beroepsprofielen en de taakprofielen (competenties) binnen de algemene en geestelijke gezondheidszorg, de verzorgings- en verpleeghuizen (intramurale en extramurale zorg) en de thuiszorg. In de verpleegkundige en verzorgende beroepsuitoefening zijn generieke en specifieke elementen op respectievelijk hbo- en mbo-niveau te onderscheiden. Een belangrijke overweging bij het concept van de serie Basiswerken is dat de student de ‘grammatica’ van de diverse vakken goed leert beheersen. Om competent te kunnen functioneren in de beroepspraktijk zal de beroepsbeoefenaar verpleegsituaties moeten kunnen beoordelen vanuit medische en psychosociale vakgebieden en de juiste vaardigheden moeten kunnen toepassen. Daarbij gaat het om de leer- en vormingsgebieden gezondheidsleer en ziekteleer, diagnostiek en therapie. In de serie Basiswerken is ervoor gekozen om de algemeen geldende structuur van het vak te volgen. Ieder vak(gebied) kent haar eigen systematiek. Er wordt een basispakket kennis en vaardigheden aangereikt waarmee de koppeling naar andere en meer specifieke beroepscontexten gerealiseerd kan worden. Verdieping kan plaatsvinden via internet, elektronische leeromgeving, specifieke stages, aanvullende reeks op de serie Basiswerken (verdieping, specifieke onderwerpen), digitale bibliotheek enzovoorts. Hoe het opleidingsprofiel eruit moet zien wordt niet bepaald door de serie Basiswerken. Op basis van de gekozen onderwijsvorm(en) kan iedere opleiding de leermiddelen naar eigen inzicht toepassen. De verantwoordelijkheid voor de organisatie van het leerproces ligt bij de opleidingsinstelling. Doelstellingen, opdrachten en toetsen zijn niet in de serie Basiswerken opgenomen, omdat niet is gekozen voor een methode. Dit is het domein van de opleidingsinstelling zelf. De hoofdredactie

17

beginsituatie student

eindtermen voor verpleegkundig onderwijs

competenties - algemeen - algemeen professioneel - beroepsspecifiek

taakprofielen

zorgvra(a)g(en) (patiëntenzorgproces)

gezondheidsproblematiek

gezondheid

zorgvraag (zelfzorgproces)

leer- en vormgevingsgebied ziekteleer/diagnostiek/therapie

theoriecomponent 2

patiënt zijn in relatie tot de omgeving hulpverleningssituatie gezondheidsproblematiek

ontwikkeling als persoon, hulpverlener/functionaris en beroepsbeoefenaar (reflective practice)

toepassing en integratie in de verpleegsituatie (evidence-based/klinisch redeneren)

leer- en vormgevingsgebied verpleegkundige

toepassing en integratie in de verpleegsituatie (evidence-based/klinisch redeneren)

ontwikkeling als persoon, hulpverlener/functionaris en beroepsbeoefenaar (reflective practice)

theoriecomponent 1

mens zijn in relatie tot de omgeving hulpverleningssituatie gezondheidssituatie

leer- en vormgevingsgebied gezondheidsleer

3. beroepsspecifieke vaardigheden

2. algemene professionele vaardigheden

1. algemene vaardigheden

toepassing t.b.v. participatie in patiëntenzorgproces (competentieontwikkeling)

leer- en vormgevingsgebied methoden en technieken

toepassing t.b.v. participatie in zelfzorgproces (competentieontwikkeling)

18 Fysiologie en anatomie niveau 5

Curriculummodel voor de opleiding tot verpleegkundige op kwalificatieniveau 4 en 5.

1

Cellen en weefsels

Binnen de humane biologie worden de volgende twee wetenschappelijke disciplines onderscheiden: – fysiologie: leer der verrichtingen. Deze wetenschap bestudeert de verrichtingen van het menselijk lichaam en de functies van de verschillende onderdelen. Dankzij de recente ontwikkelingen op het gebied van microbiologie en biochemie ontwikkelt de fysiologie zich snel met als gevolg het ontstaan van steeds weer nieuwe onderzoeks- en behandelingsmethoden; – anatomie: ontleedkunde. Deze wetenschap houdt zich bezig met het bestuderen van de bouw van het menselijk lichaam. Zij beschrijft hoe organen ten opzichte van elkaar zijn gelegen, hoe de bloedvoorziening van deze organen verloopt etc. Veel anatomische kennis is verkregen door het bestuderen van stoffelijke overschotten. Deze kennis vormt de basis voor onder andere het lichamelijk onderzoek. Aangezien functie en bouw van het lichaam nauw met elkaar samenhangen zijn ook de fysiologie en anatomie sterk met elkaar verbonden. Als eerste worden in dit hoofdstuk de kenmerken van het menselijk lichaam als organisme beschreven. Daarbij speelt de homeostase een belangrijke rol. Vervolgens wordt ingegaan op de kleinste levende eenheden van het menselijk lichaam: de cellen. Cellen met dezelfde functie vormen weefsels. Ten slotte komt in dit hoofdstuk de algemene topografie aan bod. 1.1

Kenmerken van het leven

De kenmerken van de levende stof zijn niet gebonden aan de grootte van een organisme. Bij de elementaire functies van de levende organismen, en dus ook van de mens, worden de volgende kenmerken onderscheiden: – metabolisme (stofwisseling); dit is het vermogen om bepaalde stoffen om te zetten in andere stoffen met als doel het verrichten van een of andere vorm van arbeid (fysieke arbeid in spieren, elektrische arbeid in hersenen, chemische arbeid in groei etc.). Ook de functies van het opnemen van stoffen zoals voedsel en zuurstof en het uitscheiden van afbraakproducten zijn kenmerken van het leven; ze zijn nodig om de stofwisselingsprocessen in het lichaam mogelijk te maken. Het metabolisme bestaat uit twee afzonderlijke deelprocessen: ka-

C.A. Bastiaanssen et al., Fysiologie en anatomie, DOI 10.1007/978-90-313-8098-5_1, © Bohn Stafleu van Loghum, 2007

20

Fysiologie en anatomie niveau 5

–

– –

– –

–

tabolisme en anabolisme. Onder katabolisme wordt verstaan het uiteenvallen van grote moleculen in kleinere moleculen. Hiervan is bijvoorbeeld sprake bij de spijsvertering in het maag-darmkanaal, maar ook tijdens de verbrandingsprocessen in de cellen. Onder anabolisme wordt het totaal van alle opbouwreacties verstaan. Als grondstoffen voor het anabolisme worden tussenproducten van het katabolisme gebruikt. Zo worden de spiereiwitten bijvoorbeeld gemaakt uitgaande van aminozuren, die bij de vertering van het voedsel ontstaan; groei; hierbij treedt een volumevergroting van het lichaam op doordat in het lichaam zelf nieuwe bouwstenen worden gevormd. Groei vindt plaats nadat met behulp van bepaalde stofwisselingsprocessen de hiertoe benodigde stoffen, zoals voedsel en zuurstof, vanuit de omgeving zijn opgenomen; voortplanting; hierbij neemt het aantal individuen toe, wat noodzakelijk is voor het voortbestaan van de soort; adaptatie; dit is het vermogen om zich aan te passen aan veranderde levensomstandigheden, bijvoorbeeld de toename van het aantal erytrocyten (rode bloedcellen) bij een verblijf in een omgeving met een relatief lage zuurstofspanning (hooggebergte); prikkelbaarheid; dit is het vermogen om te reageren op prikkels vanuit de buitenwereld of vanuit het menselijk lichaam zelf; prikkelverwerking; de inwendige reacties blijven vaak niet beperkt tot een bepaalde plaats maar kunnen door het gehele lichaam worden doorgegeven en verwerkt; beweging; het lichaam en de lichaamsonderdelen veranderen van vorm en plaats.

Bij al deze functies is er ook nog een onderscheid in animale en vegetatieve functies. Animale functies zijn functies die het lichaam in staat stellen te reageren op plotselinge veranderingen van de omgeving zoals prikkelbaarheid, prikkelverwerking en beweging. Vegetatieve functies zijn functies die de groei, de ontwikkeling en het voortbestaan van het individu en de soort mogelijk maken. Hiertoe behoren: opname van voedsel en zuurstof, celstofwisseling, uitscheiding, groei en voortplanting. 1.2

Hie¨rarchische opbouw

De cel is de kleinste levende zelfstandige eenheid waaruit het organisme is opgebouwd. Het is de fundamentele bouwsteen van het menselijk lichaam. Bij meercellige organismen, zoals de mens, is er sprake van een sterke specialisatie van de cellen, dat wil zeggen dat de aanvankelijk uniforme cellen zich geleidelijk op verschillende wijzen hebben ontwikkeld met het oog op een bepaalde functie, waartoe ze tevens een bepaalde vorm hebben gekregen. Een groep cellen met dezelfde vorm en functie heet een weefsel, bijvoorbeeld spierweefsel en zenuwweefsel. Meestal bevat een weefsel een karakteristieke tussencelstof.

1

Cellen en weefsels

Een orgaan is opgebouwd uit verschillende, samenwerkende weefsels, waardoor het geheel een bepaalde functie uitoefent. Het hart zorgt bijvoorbeeld voor de circulatie van het bloed. Een orgaanstelsel bestaat uit een groep samenwerkende organen belast met het uitvoeren van een bepaalde functie; het spijsverteringsstelsel bijvoorbeeld wordt gevormd door mond, oesofagus (slokdarm), maag, darmen, pancrea en galblaas. Het menselijk lichaam, dat uit verschillende samenwerkende orgaanstelsels is opgebouwd, wordt een organisme genoemd. 1.3

Het menselijk lichaam als eenheid

Als gevolg van specialisatie van de cellen van het menselijk lichaam kan niet iedere cel alle functies uitoefenen; hij is van andere delen van het organisme afhankelijk. Voor deze onderlinge samenhang en coo¨rdinatie van functies van verschillende organen en orgaanstelsels zijn transport en regulatie nodig. Zuurstof en voedsel worden vanuit de omgeving in het lichaam opgenomen en via het bloedvatstelsel naar de cellen getransporteerd. Vanuit de cellen worden afbraakproducten o´f via het lymfevatstelsel o´f rechtstreeks door het bloedvatstelsel naar de uitscheidingsorganen vervoerd. Deze zorgen er op hun beurt voor dat de afbraakproducten uit het lichaam worden verwijderd. Het reguleren geschiedt door het zenuwstelsel en het hormoonstelsel. Het zenuwstelsel en het hormoonstelsel zorgen voor de integratie van de verrichtingen van de organen en de orgaanstelsels; deze stelsels laten alle organen en orgaanstelsels op de juiste wijze samenwerken. Ook het op een doeltreffende en snelle wijze reageren op veranderingen in de buitenwereld wordt door deze stelsels geregeld. Het zenuwstelsel is in staat om signalen met hoge snelheid door het gehele lichaam te sturen waardoor de werking van de organen (bijv. hart en longen) plotseling versneld of vertraagd wordt. Het hormoonstelsel werkt langzamer, wat verklaard kan worden door het feit dat de hormonen, die door speciale hormoonklieren of bepaalde weefsels worden afgescheiden, via het bloed elders in het lichaam hun regulerende werking uitoefenen. In veel gevallen hebben de hormonen een stimulerende werking op bepaalde organen. 1.3.1 homeostase Met homeostase (homeostase = gelijk blijven) wordt aangeduid het streven van het lichaam naar het constant houden van het inwendige milieu van het lichaam, waartoe ook het bloed behoort. Alle systemen in het lichaam (ademhaling, spijsvertering, uitscheiding etc.) veroorzaken veranderingen in dit inwendige milieu. Doordat deze systemen ook elkaar beı¨nvloeden worden deze veranderingen meestal snel weer gecorrigeerd. Het zenuwstelsel en het hormoonstelsel spelen hierbij een belangrijke rol. Twee voorbeelden maken het principe van homeostase duidelijk. Iemand die gaat sporten produceert meer koolstofdioxide (CO2) door de toegenomen verbranding. Vrijwel onmiddellijk neemt dan de

21

22

Fysiologie en anatomie niveau 5

stroomsnelheid van het bloed toe (het hart gaat sneller kloppen) om dit CO2 naar de longen af te voeren. Ook wordt de ademhaling gestimuleerd zodat het CO2 daarna kan worden uitgeademd. Door dit compensatiemechanisme zal de CO2-concentratie in het bloed maar beperkt stijgen. Na een maaltijd wordt er veel glucose in het bloed opgenomen. Vrijwel direct reageert het lichaam op deze verandering met de productie van insuline. Dit hormoon stimuleert onder andere de opname van glucose in cellen, waardoor de concentratie in het bloed weer normaliseert. In dit boek zal op een groot aantal plaatsen aandacht worden geschonken aan processen, die van belang zijn voor de homeostase. In dit hoofdstuk worden in dit verband de vochtbalans, de elektrolytenbalans en de regulatie van de pH besproken. Vochtbalans De hoeveelheid water die dagelijks bij volwassenen moet worden opgenomen bedraagt gemiddeld 2,1 liter. Dit gebeurt via dranken en vast voedsel. Daarnaast wordt er per etmaal nog ongeveer 0,4 l oxidatiewater geproduceerd tijdens het verbrandingsproces in de cellen. De opgenomen hoeveelheid moet gelijk zijn aan de hoeveelheid vocht die dagelijks met de urine, zweet, feces en via uitademing het lichaam verlaat. Er is sprake van een zogenaamde waterbalans of vochtbalans. Via de huid verdampt 300-400 ml water ongemerkt door uitwaseming. Het totale waterverlies is afhankelijk van de omgevingstemperatuur. Bij warm weer of zware arbeid verliest het lichaam door zweet meer vocht (tabel 1.1). Tabel 1.1

Vochtbalans.

vochtverlies

normale temperatuur

warm weer

langdurige zware arbeid

huid

350 ml

350 ml

350 ml

luchtwegen

350 ml

250 ml

650 ml

feces

100 ml

100 ml

100 ml

zweet

200 ml

1 500 ml

5 000 ml

urine

1 500 ml

1 300 ml

600 ml

totaal

2 500 ml

3 500 ml

6 700 ml

Het lichaam van een jongvolwassene bevat 60% water en 40% vaste stof. Een persoon met een gewicht van 70 kg heeft dus ongeveer 42 liter water. Bij een vochtbalans van 2,5 liter per etmaal zet een volwassene dus ongeveer 6% (2,5/42) van de totale hoeveelheid water om. Anders gezegd: in ruim zestien dagen is al het lichaamswater ‘ververst’. Van de 42 liter water in het lichaam van een volwassene is ongeveer 70% intracellulair (30 liter) en de overige 12 liter bevindt zich extracellulair: 3 liter bloedplasma en 9 liter weefselvocht (interstitieel vocht).

1

Cellen en weefsels

Het percentage water in het lichaam varieert sterk met de leeftijd: een zuigeling bevat ongeveer 75% water, een bejaarde 45 tot 50%. Hiermee moet bij de dosering van geneesmiddelen rekening worden gehouden. Ook de wateromzet varieert per leeftijdscategorie: een baby van 6 maanden oud heeft een gewicht van 7 kg. De totale hoeveelheid lichaamswater is dan ongeveer 4,6 liter. Op deze leeftijd is de vochtbalans ongeveer 1 liter per etmaal, ofwel 22% van het lichaamswater. Anders gezegd: deze baby ververst in vijf dagen de totale hoeveelheid lichaamswater: driemaal zo snel als een volwassene. Het risico op uitdroging is daarom bij jonge kinderen veel groter dan bij volwassenen. De vochtbalans is sterk gekoppeld aan de elektrolytenbalans (zie volgende paragraaf ). Water speelt in het lichaam een veelzijdige rol: bouwstof (het cytoplasma bestaat voor 75% uit water), oplosmiddel en transportmiddel. Water speelt bovendien een belangrijke rol bij de warmteregulatie door transpiratie en is dan ook te beschouwen als de koelvloeistof bij uitstek. Omgekeerd vervoert het water de warmte van de plaats waar het wordt geproduceerd (lever, spieren) naar de plaatsen waar warmte nodig is om het lichaam op temperatuur te houden. Om een te hoog aantal afvalstoffen in het bloed (‘uremie’, zie intermezzo 1.1) te voorkomen moet een volwassene ten minste 400 ml urine per etmaal produceren. In de praktijk wordt een veilige ondergrens van 1 000 ml voor een volwassene aangehouden. Bij de regeling van de vochtbalans spelen enkele hormonen een belangrijke rol. Deze zullen in andere hoofdstukken uitgewerkt worden.

Intermezzo 1.1 Verstoorde vochtbalans Wanneer de vochtbalans is verstoord heeft dit ernstige gevolgen voor de lichaamsfuncties. Een vochtverlies van 10% is al zeer ernstig; wanneer het vochtverlies meer dan 20% bedraagt, kan dit dodelijk zijn. Bij sterk vochtverlies zullen de nieren minder urine produceren om het evenwicht zoveel mogelijk te kunnen handhaven. Bij extreem vochtverlies (bijvoorbeeld door een massale bloeding) kan de productie van urine zelfs geheel stoppen. Dit wordt anurie genoemd. Het gevolg is dat de concentratie van allerlei afvalstoffen in het bloed stijgt met ernstige consequenties (‘uremie’). Een te groot watergehalte in het lichaam is eveneens schadelijk. Dit kan bijvoorbeeld het gevolg zijn van het (meestal onder dwang) in korte tijd drinken van grote hoeveelheden water (hyperhydratie). Waterintoxicatie kan ook het gevolg zijn van een overmatige afgifte van het hormoon ADH (zie hoofdstuk 7). Hierdoor ontstaat waterretentie en als gevolg daarvan hyponatrie¨mie. In gevorderde gevallen kan dit leiden tot verwardheid, convulsies en eventueel coma.

23

24

Fysiologie en anatomie niveau 5

Elektrolytenbalans De mens moet dagelijks een bepaalde hoeveelheid mineralen (zouten) opnemen. In de fysiologie wordt liever de term elektrolyten gebruikt omdat de zouten in oplossing altijd in ionen (geladen deeltjes) zijn gesplitst. Er zijn positieve ionen (kationen), zoals H+, Na+, K+ en Ca2+, en negatief geladen ionen (anionen), zoals Cl- (chloride) en HCO3- (bicarbonaat). De nieren (zie hoofdstuk 5) hebben een belangrijke invloed op de elektrolytenbalans. Bepaalde elektrolyten heeft het lichaam slechts in beperkte hoeveelheden nodig. Deze worden sporenelementen of micro-elementen genoemd. Voorbeelden zijn fluor, jood, koper, zink en kobalt. De functie van de elektrolyten kan in het kort als volgt worden samengevat: – bouwstof, bijvoorbeeld calcium- en magnesiumzouten in de botten en ijzer als bouwsteen van hemoglobine (Hb) in de erytrocyten (zie par. 2.1.5); – osmolariteit; dit begrip slaat op het evenwicht dat moet bestaan in de samenstelling van lichaamsvloeistoffen (bloed, lymfe, weefselvocht) en cytoplasma (zie par. 1.6.2); – bestanddelen van hormonen en enzymen; voorbeelden hiervan zijn jood in de schildklierhormonen T3 en T4, koper, kobalt en ijzer die betrokken zijn bij talrijke enzymfuncties; – impulsgeleiding; – spiercontractie. In hoofdstuk 10 is de functie van de elektrolyten meer uitgebreid beschreven. pH Van alle deeltjes die in het bloed voorkomen is het waterstofion (H+) het kleinste en het meest agressief. Waterstofionen kunnen met praktisch alle organische verbindingen reageren, waarbij veel schade kan worden aangericht. Het is daarom van het grootste belang dat de concentratie waterstofionen in het bloed constant wordt gehouden. In de scheikunde wordt onder een zuur verstaan: een stof die waterstofionen kan afstaan. Bekende voorbeelden van zuren zijn: zoutzuur, zwavelzuur, azijnzuur en fosforzuur. De chemische formule van zoutzuur is HCl, een verbinding van waterstof en chloor. Wanneer zoutzuur in water wordt opgelost zullen alle moleculen splitsen in waterstofionen en chloride-ionen. Een dergelijk zuur wordt een sterk zuur genoemd. De splitsing van zoutzuur kan als chemische reactie als volgt worden weergegeven: HCl ? H+ + ClAzijnzuur (hier weergegeven als HAc) is een voorbeeld van een zwak zuur. Dat betekent dat niet alle azijnzuurmoleculen splitsen. Een deel van moleculen blijft als HAc in de oplossing. Dit wordt als volgt weergegeven: HAc $ H+ + Ac-

1

Cellen en weefsels

Wanneer oplossingen van zoutzuur en azijnzuur van gelijke sterkte met elkaar worden vergeleken, zullen er dus in de zoutzuuroplossing meer H+-ionen voorkomen dan in de azijnzuuroplossing. In zuiver water komen vrijwel geen gesplitste moleculen en dus ook bijna geen H+-ionen voor. Zuiver water is dus te beschouwen als een zeer zwak zuur. Helaas is aan de formule van een stof niet af te lezen of een stof een sterk zuur is of niet. Zo heeft glucose de formule C6H12O6. Toch is glucose in het geheel niet zuur, omdat de waterstofatomen onlosmakelijk in het molecuul gebonden zijn. Een base is een stof die H+-ionen kan binden. Een voorbeeld van een base is een oplossing van natriumhydroxide (natronloog). De hydroxide-ionen binden waterstofionen volgens de reactie: OH- + H+ ? H2O Hydroxide is een sterke base, dat wil zeggen: vrijwel alle aanwezige waterstofionen worden gebonden. Een voorbeeld van een zwakke base is fosfaat. De reactie van fosfaat (PO43-) met waterstofionen wordt dan geschreven als: PO43- + H+ $ HPO42Een oplossing is zuur als in die oplossing meer H+-ionen voorkomen dan in zuiver water. Dit kan alleen maar als er een zure stof in het water is opgelost die H+-ionen heeft afgestaan. Een oplossing is basisch of alkalisch als er minder H+-ionen in voorkomen dan in zuiver water. Dit kan alleen maar als er in het water een basische stof is opgelost, immers die stof heeft H+-ionen uit het water gebonden. Om aan te geven of een oplossing zuur dan wel basisch is, is de grootheid pH ingevoerd. De pH van zuiver water is precies gelijk aan 7,0. Een zure oplossing heeft een pH die kleiner is, een basische oplossing heeft een pH die groter is dan 7,0. Hoe lager de pH, hoe zuurder de oplossing (= hoe meer waterstofionen). Een oplossing van zoutzuur heeft dus een lagere pH dan een vergelijkbare oplossing van azijnzuur. De pH-schaal is een logaritmische schaal. Dat betekent dat in een oplossing met een pH van 6,0 tienmaal zoveel waterstofionen voorkomen dan in een oplossing met een pH van 7,0. De pH van arterieel bloed (dus in de slagaders) ligt altijd tussen 7,35 en 7,45. Arterieel bloed is dus licht alkalisch. Bij een pH lager dan 7,35 zijn er zoveel meer H+-ionen in het bloed dat eiwitten beschadigd kunnen raken. Een dergelijke situatie wordt een acidose genoemd. Bij een pH groter dan 7,45 (alkalose) worden er juist H+-ionen van de bloedeiwitten afgehaald. Ook dit is al heel snel levensbedreigend. Buiten de arterie¨le bloedbaan kan de pH wel buiten de grenzen van 7,35 en 7,45 komen. Een bekend voorbeeld is de pH in de maag. Door de aanwezigheid van zoutzuur bedraagt deze ongeveer 2,0.

25

26

Fysiologie en anatomie niveau 5

Bij de verbrandingsprocessen in het lichaam ontstaan voortdurend zuren. De belangrijkste zijn koolzuur en melkzuur. De volgende factoren voorkomen dat de pH van het bloed, ondanks de vorming van deze zuren, te veel gaat veranderen: – pH-buffers; dit zijn stoffen die bij een verandering van de concentratie waterstofionen in het bloed de pH constant kunnen houden. Zij zijn opgebouwd uit moleculen, die zowel H+-ionen kunnen afgeven als opnemen. Wanneer het bloed te zuur dreigt te worden fungeren zij als base. Wanneer de pH van het bloed dreigt te stijgen, gegevens zij juist H+-ionen af. De belangrijkste buffers in het bloed zijn fosfaat, bicarbonaat, plasma-eiwitten en hemoglobine; – ademhaling; bij de uitademing wordt koolstofdioxide weer uit het bloed verwijderd; – urineproductie; een overschot aan H+-ionen kan met de urine geloosd worden. De nieren zijn bovendien in staat om bij een acidose extra bicarbonaat te vormen en aan het bloed af te geven. Dit bicarbonaat bindt het overschot aan H+-ionen.

Intermezzo 1.2 Acidoses en alkaloses Op basis van de oorzaak worden acidoses en alkalose ingedeeld in respiratoire en non-respiratoire (‘metabole’) vormen. Een respiratoire acidose komt voor bij patie¨nten met ademhalingsproblemen. Zij zijn niet meer in staat om alle CO2 uit te ademen. De concentratie hiervan in het bloed zal stijgen en de pH zal dus dalen. De patie¨nt zal dit proberen te compenseren door sneller en dieper adem te halen en meer zuur via de nieren te lozen. Na 24 uur gaan de nieren bicarbonaat produceren. Deze base wordt aan het bloed afgegeven waardoor de acidose verder wordt gecompenseerd. Een respiratoire alkalose is meestal het gevolg van een te snelle ademhaling (hyperventileren). Een metabole acidose komt onder andere voor bij diabetici omdat hun stofwisseling zogenaamde ketozuren vormt. Deze patie¨nten hebben een opvallende snelle ademhaling om de pH te corrigeren. Metabole alkaloses kunnen optreden bij langdurig braken of bij het gebruik van bepaalde diuretica (‘plaspillen’). Het lichaam verliest dan te veel waterstofionen.

1.4

De fundamentele eenheid van het lichaam: de cel

Zoals al eerder is vermeld, vormt de cel de kleinste fundamentele eenheid van leven, zowel wat bouw en structuur als wat werking en functie betreft. Het is de kleinste levende bouwsteen van het menselijk lichaam. De leer van de cel wordt cytologie genoemd.

1

Cellen en weefsels

27

1.4.1 bouw en functie van cellen De buitenste begrenzing van een menselijke cel wordt gevormd door een celmembraan. Dit is in tegenstelling tot bij plantencellen en bacterie¨n. Deze laatste organismen leven vaak in een voor hen vijandige omgeving. Als bescherming ligt er daarom om het celmembraan nog een tweede laag: de celwand. De werking van antibiotica als penicilline is erop gebaseerd, dat deze middelen de celwand afbreken. Omdat deze bij menselijke cellen niet voorkomt zijn deze niet gevoelig voor dit middel. Het binnenste van de cel wordt gevormd door een waterige oplossing, het cytoplasma, met daarin een groot aantal bestanddelen, de zogenaamde organellen. Organellen zijn celstructuren met een bepaalde functie: werkplaatsen van de cel. Het cytoplasma zelf bestaat vooral uit water (75%) met daarin opgelost zouten, eiwitten, koolhydraten en vetten. De eiwitten hebben onder andere belangrijke enzymfuncties. Hieronder volgt een bespreking van de bouw en functie van het celmembraan en de belangrijkste organellen (afb. 1.1 en afb. 1.2). Afbeelding 1.1 Schematische voorstelling van een cel met daarin de algemeen voorkomende organellen.

Celmembraan Het celmembraan wordt ook wel aangeduid als plasmamembraan. De basisstructuur is een dubbele laag fosfolipiden (afb. 1.3). Fosfolipidenmoleculen hebben een vetoplosbaar en een wateroplosbaar deel. De moleculen rangschikken zich zo, dat de vetoplosbare delen naar elkaar toe wijzen en de wateroplosbare naar buiten, naar het cytoplasma en de vloeistof buiten de cel. Op deze manier vormt het celmembraan een barrie`re voor wateroplosbare stoffen. Vetoplosbare stoffen, zoals vetoplosbare hormonen, kunnen wel door het celmembraan diffunderen. Voor bepaalde stoffen als glucose, water en aminozuren zijn specifieke carriers in het celmembraan aanwezig. Deze carriers hebben een eiwitstructuur. Soms vormen deze eiwitten simpelweg een kanaal door het membraan, soms werken zij als een pomp. In dit laatste geval kunnen zij ten koste van energie stoffen tegen de concentratie in vervoeren, dat wil zeggen van een lage naar een hoge concentratie. Dan is er sprake van actief membraantransport.

28

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 1.2 Een cel, elektronenmicroscopisch (vergroting 20.0006). 1 celkern 2 kernmembraan 3 celmembraan 4 golgi-apparaat 5 glad endoplasmatisch reticulum 6 mitochondrie¨n 7 celkern 8 lysosoom 9 ruw endoplasmatisch reticulum

Afbeelding 1.3 Structuur van het celmembraan volgens het vloeibaar mozaı¨ekmodel. De bimoleculaire lipidenlaag bevat allerlei eiwitten.

Het leefmilieu van de cel is het waterige milieu rondom de lichaamscellen: het weefselvocht (andere benamingen daarvoor zijn: interstitieel vocht, intern milieu, weefselvloeistof en intercellulaire vloeistof ). Dit heeft vrijwel dezelfde samenstelling als bloedplasma en varieert dus, bijvoorbeeld na een maaltijd. Door de selectieve opname van voedingsstoffen is het milieu in de cel veel constanter. Naast fosfolipiden en eiwitten vormt cholesterol de derde bouwsteen van celmembranen. Cholesterol geeft stevigheid aan het celmembraan, vooral in membranen van zenuwcellen. Het celmembraan bezit soms uitstulpingen: microvilli (borstelzoom) (zie par. 10.14.2 en afb. 10.15 en 10.16). Deze vergroten het oppervlak en daardoor het resorberend vermogen van de cel.

1

Cellen en weefsels

Kern De kern (nucleus) is omgeven door het kernmembraan dat het kernplasma (nucleoplasma) omsluit. Het kernmembraan is een dubbelmembraan met porie¨n, waardoor direct contact mogelijk is tussen de kern en het cytoplasma. In het kernplasma (protoplasma van de kern) bevinden zich het chromatine en een of meer kernlichaampjes (nucleoli). Het chromatine, bestaande uit eiwitten en DNA, is een fijnkorrelige structuur, die zich gemakkelijk laat kleuren. Voorafgaand aan kerndeling ontstaan uit het chromatine de chromosomen. De celkern is de drager van de aanleg voor de erfelijke eigenschappen: de genen. Doordat de genen uiteindelijk bepalen welke eiwitten en dus ook welke enzymen er in het cytoplasma ontstaan, vervult de kern in de cel de functie van regulator van de levensverrichtingen, dat wil zeggen van de stofwisseling in de organellen, bijvoorbeeld de synthese van eiwitten (o.a. enzymen) en de verbranding. De kern speelt ook een belangrijke rol bij de celdeling, doordat celdeling wordt voorafgegaan door kerndeling. Endoplasmatisch reticulum Het endoplasmatisch reticulum (ER) is een gesloten netwerk (reticulum) van holten en kanalen, gelegen in het cytoplasma. Het wordt begrensd door twee dicht tegen elkaar liggende membranen, die een voortzetting zijn van het eveneens uit twee lagen bestaande kernmembraan. Wanneer zich aan de buitenzijde van het endoplasmatisch reticulum ribosomen bevinden, wordt gesproken van ruw endoplasmatisch reticulum. De ribosomen komen ook vrij in het cytoplasma voor. Het zijn bolvormige tot ovaalvormige structuren die betrokken zijn bij de eiwitsynthese. Het inwendige kanalensysteem van het ER dient voor het transport van eiwitten die op het oppervlak zijn gesynthetiseerd. Glad endoplasmatisch reticulum, dat geen ribosomen bevat, speelt een rol in de synthese van vetten en steroı¨den in de cel. Het vormt tevens een overgang naar het golgi-apparaat. Golgi-apparaat Het golgi-apparaat (golgi-complex) is opgebouwd uit een groot aantal door membranen omgeven holten. Het staat enerzijds in verbinding met het endoplasmatisch reticulum en anderzijds met het celmembraan. In de blaasjes van het golgi-apparaat worden producten, met name eiwitten, die zijn gemaakt op het endoplasmatisch reticulum, bewerkt voor hun functie binnen de cel en buiten de cel, bijvoorbeeld enzymen. De blaasjes (met de enzyminhoud) versmelten met het celmembraan zodat de enzymen buiten de cel gebracht worden. Zo komen bijvoorbeeld de enzymen van de pancreascellen naar buiten om in de dunne darm het voedsel te verteren. Er is sprake van exocytose (zie par. 1.6.3). Behalve eiwitten wordt in het golgi-apparaat ook slijm geproduceerd en vervolgens afgegeven.

29

30

Fysiologie en anatomie niveau 5

Lysosomen Lysosomen zijn bolvormige organellen ontstaan uit het golgi-apparaat. Onder normale omstandigheden beschikken ze over enzymen voor de intracellulaire vertering van macromoleculen, stoffen met een hoge molecuulmassa (eiwitten, vetten, polysachariden). Bij afwezigheid of deficie¨ntie hiervan ontstaan er ophopingen van voornoemde macromoleculen, die bekend staan als lysosomale stapelingsziekten (zie hoofdstuk 13). Ze bezitten een aantal enzymen, die in staat zijn om normale celbestanddelen te splitsen, waardoor de cel wordt gelyseerd (opgelost). In een levende cel bezitten de lysosomen aan de buitenzijde een beschermend membraan. Wanneer een micro-organisme door een cel wordt gefagocyteerd (in een blaasje opgenomen) versmelt het membraan van het lysosoom met het membraan van het fagocytoseblaasje. De inhoud van de lysosomen komt zo bij het micro-organisme, dat door de lysosomale enzymen wordt afgebroken. Lysosomen komen dan ook veel voor in leukocyten (witte bloedcellen), de cellen van het afweersysteem (zie hoofdstuk 3). Wanneer het membraan van het lysosoom wordt vernietigd door bijvoorbeeld sterke zuren of gifstoffen, dan treedt onmiddellijk autolyse op, hetgeen neerkomt op zelfvernietiging van de cel. Bij donorbloed worden de leukocyten door centrifugeren verwijderd, waardoor het bloed langer houdbaar is. Er is ook een direct verband tussen het verouderingsproces van de cel en het aantal lysosomen. Naarmate de cellen ouder worden, neemt ook het aantal lysosomen toe. Mitochondrie¨n Mitochondrie¨n zijn bolvormige tot langgerekte organellen, opgebouwd uit een dubbelmembraan waarvan het binnenste veel plooien (cristae) bezit. In mitochondrie¨n speelt zich de reactie af tussen zuurstof, dat via de ademhaling is opgenomen, en de voedingstoffen, die na vertering uit het maag-darmkanaal zijn opgenomen, met als eindproducten koolstofdioxide en water (aerobe verbranding). Deze reactie levert de energie voor de cel (zie par. 1.5). Daarom bevatten vooral cellen, die veel energie verbruiken veel mitochondrie¨n. Voorbeelden zijn levercellen, hart- en spiercellen. Behalve in de celkern komt ook in de mitochondrie¨n DNA voor. Omdat de mitochondrie¨n in een bevruchte eicel van de moeder afkomstig zijn speelt dit DNA een belangrijke rol bij erfelijkheids- en stamboomonderzoek. Centrosoom Het centrosoom speelt een belangrijke rol bij de celdeling, doordat het de ‘polen’ vormt. Een centrosoom is opgebouwd uit twee centriolen. Cilie¨n en flagellen Cilie¨n en flagellen zijn celaanhangsels die bij veel cellen voorkomen. Zo bevatten de epitheelcellen in de luchtpijp cilie¨n (trilhaartjes), die

1

Cellen en weefsels

zorgen voor het transport van slijm. Zaadcellen bevatten flagellen (zweepdraden), die zorgen voor de voortbeweging van deze cellen. 1.5

Celmetabolisme: verbranding in de cel

De activiteiten in de hierboven genoemde organellen zijn bepalend voor de cel als geheel en dus ook voor het menselijk lichaam als totaliteit. De verschillende celactiviteiten worden uiteindelijk gereguleerd door de celkern. De benodigde energie wordt opgewekt in de cel zelf in de speciaal daartoe bestemde organellen: de mitochondrie¨n. De mitochondrie¨n worden dan ook aangeduid als de krachtcentrales in de cel. Bij de verbranding wordt onderscheid gemaakt in aerobe en anaerobe verbranding. In alle cellen is de directe energiebron voor de celactiviteiten de stof die bekend staat onder de naam ATP, voluit adenosinetrifosfaat. ATP is een zeer energierijke verbinding waarmee activiteiten kunnen worden uitgevoerd. Bij de verbranding wordt de energie tijdelijk opgeslagen in de vorm van de stof ATP volgens de reactie: ADP + fosfaat ? ATP Wanneer deze energie nodig is voor een of andere vorm van arbeid (mechanische arbeid in spieren, chemische arbeid voor het anabolisme of elektrische arbeid voor impulsgeleiding) verloopt deze reactie in omgekeerde richting, waarbij de opgeslagen energie weer vrijkomt. Het geproduceerde ADP wordt vervolgens weer ‘opgeslagen’ in de mitochondrie¨n. 1.5.1 aerobe verbrandingsprocessen Zoals bekend verloopt de afbraak meestal met behulp van zuurstof: aerobe oxidatie. Brandstoffen als glucose en vetzuren worden tijdens de reactie met zuurstof in de cel omgezet in koolstofdioxide en water. Hierbij komt energie vrij. 1.5.2 anaerobe verbrandingsprocessen Onder omstandigheden waarbij er een tekort is aan zuurstof verloopt de verbranding anaeroob. Deze levert veel minder energie dan de aerobe verbranding. Zo levert de anaerobe verbranding van glucose slechts twee moleculen ATP per molecuul glucose, terwijl aeroob de winst 36 ATP per molecuul glucose is. Het eindproduct van de anaerobe verbranding is melkzuur, dat uiteenvalt in lactaat en waterstofionen, waardoor de omgeving zuur wordt. Dit is bijvoorbeeld het geval in een (over)belaste spier of in situaties waarin de stroomsnelheid van het bloed sterk is verminderd, zoals bij een shock. De concentratie lactaat in het bloed is daarom een goede maat om de ernst van een shock in te schatten. 1.5.3 koolhydraten, vetten en eiwitten De meest bekende brandstoffen zijn koolhydraten (sacharose, zetmeel) en lipiden (vetten). In het spijsverteringskanaal worden de disachariden, zoals sacharose (sucrose), en de polysachariden (zetmeel) afge-

31

32

Fysiologie en anatomie niveau 5

broken tot glucose, dat dan als brandstof beschikbaar is (zie hoofdstuk 10). In de lever- en spiercellen ligt altijd glycogeen in opslag, dat ook afgebroken kan worden tot glucose voor het oxidatieproces. Vetten zijn een uitstekende brandstof. Een gram vet levert tweemaal zoveel ATP als een gram koolhydraat. Dit komt door het relatief grote aantal waterstofatomen per molecuul vet. In de laatste stap van het aerobe verbrandingsproces (terminale ademhalingsketen) koppelen deze atomen zich namelijk met zuurstof waardoor water ontstaat en er ATP vrijkomt. In de stofwisseling van koolhydraten en vetten komt een gemeenschappelijk product voor, namelijk acetylco-enzym-A (acetyl-CoA). Via deze stof leveren alle brandstoffen bij aerobe afbraak het onmisbare ATP. Ook van veel aminozuren, de bouwstenen van eiwitten (hoofdstuk 10) is bekend dat ze via een aantal tussenstappen in acetyl-CoA kunnen worden omgezet. Acetylco-enzym-A neemt een centrale plaats in bij alle metabole processen die in een cel plaatsvinden. 1.6

Celmembraantransport

Er zijn twee mechanismen waarop transport van kleine moleculen door membranen kan plaatsvinden: passief transport, waarbij geen ATP vereist is, en actief transport, waarvoor ATP nodig is. Het transport van grote moleculen en deeltjes vindt plaats door exocytose en endocytose. 1.6.1 passief transport Voor passief transport is zoals gezegd geen ATP vereist. Hieronder vallen: diffusie, osmose en filtratie. Diffusie Wanneer we een suikerklontje in een theeglas doen en we roeren niet, dan zien we na verloop van tijd slierten van een dikke suikeroplossing van de bodem van het glas naar boven trekken. Na lange tijd heeft de suiker zich gelijkmatig door de thee verspreid. Wanneer iemand met deodorant spuit ruiken we dat na een tijdje in het hele huis. Dit zijn twee voorbeelden van diffusie. Onder diffusie wordt het verschijnsel verstaan dat gassen, veel vloeistoffen (de zogenaamde mengbare vloeistoffen) en oplossingen spontaan vermengen. Diffunderende stoffen bewegen zich van plaatsen met een hoge concentratie naar plaatsen met een lage concentratie, totdat de concentraties overal gelijk zijn (Latijn: diffundere = zich verspreiden). Diffusie wordt veroorzaakt door de beweging van de moleculen. De drijvende kracht achter diffusie is het streven van de natuur om de concentratie van stoffen overal gelijk te krijgen. Hoe groter de beweeglijkheid van de moleculen is, des te sneller verloopt de diffusie. Het blijkt dan ook dat de diffusie bij gassen sneller verloopt dan bij vloeistoffen. De snelheid van een diffusieproces hangt af van een aantal factoren:

1

Cellen en weefsels

– temperatuur, naarmate de temperatuur hoger is neemt de snelheid toe; – molecuulmassa; kleine moleculen diffunderen sneller dan grote moleculen; – concentratieverschil; hoe groter dit verschil des te sneller de diffusie; het concentratieverschil wordt ook wel diffusiegradie¨nt genoemd; – diffusieoppervlak; door een groot oppervlak kunnen per tijdseenheid meer moleculen passeren; – afstand, de dikte van het diffusiemembraan: hoe groter de afstand, des te langzamer verloopt de diffusie. De sterkte van de diffusiestroom wordt uitgedrukt in de wet van Fick, waarbij concentratieverschil, membraanoppervlak en membraandikte zijn betrokken (zie verder par. 4.3, waarin de diffusieprocessen van de gassen zuurstof en koolstofdioxide worden besproken). Bij de ademhaling is sprake van een groot concentratieverschil (spanningsverschil) en een groot diffusieoppervlak gekoppeld aan een zeer dun diffusiemembraan. Hierdoor zijn de voorwaarden vervuld om in een kort tijdsbestek grote hoeveelheden zuurstof vanuit de alveoli (longblaasjes) naar het bloed over te brengen en omgekeerd zeer veel CO2 vanuit het bloed naar de alveoli. In de weefsels vinden eveneens diffusieprocessen plaats. Overigens zijn er in de fysiologie maar weinig stoffen die vrij over een celmembraan kunnen diffunderen. Dit zijn CO2, O2 en ureum (een afvalproduct van de eiwitstofwisseling). In sommige gevallen wordt de diffusie vergemakkelijkt door speciale carriers (’ondersteunende diffusie’, afb. 1.4). Dit zijn membraaneiwitten, die specifiek stoffen over een celmembraan kunnen transporteren. Een voorbeeld van een dergelijk carriertransport is het transport van glucose over het celmembraan. De glucosecarrier bindt aan de buitenzijde van de cel een molecuul glucose. Hierna ondergaat het carriereiwit een vormverandering zodat het glucosemolecuul zich aan de andere zijde van het membraan bevindt. Het glucosemolecuul wordt losgelaten en de carrier neemt zijn oorspronkelijke vorm weer aan, waarna het volgende glucosemolecuul kan worden overgebracht. Het zal duidelijk zijn dat transport door middel van een carrier in tegenstelling tot vrije diffusie aan een maximum is gebonden. Dit maximum wordt bepaald door de snelheid waarmee de carrier van vorm verandert. Carriers zijn over het algemeen zeer specifiek. Zo kan de glucosecarrier geen andere suikers dan glucose over het celmembraan vervoeren. Deze carrier staat onder controle van het hormoon insuline (zie hoofdstuk 7). Veel carriers kunnen alleen functioneren wanneer zij twee deeltjes tegelijk kunnen vervoeren. De bovenbeschreven glucosecarrier neemt tegelijk met het glucosemolecuul ook een Na+-ion mee naar binnen. De beweging van de deeltjes over het membraan kan ook tegengesteld zijn. In de nieren komen carriers voor, die alleen functioneren als zij een Na+-ion en een H+-ion in tegengestelde richting vervoeren. De gevolgen hiervan zijn merkbaar in het geval van een acidose. De nieren proberen deze te compenseren door extra H+-ionen uit te

33

34

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 1.4 Schematische voorstelling van vrije diffusie (A) en diffusie ondersteund door membraaneiwitten (B) door het plasmamembraan.

scheiden. In plaats daarvan neemt de uitscheiding van natrium af, waardoor de Na+-concentratie in het bloedplasma zal stijgen. Osmose Onder het begrip osmose wordt de diffusie van water door een semipermeabel (halfdoorlatend) membraan verstaan. Dit is een membraan waarbij het oplosmiddel (water) wel kan passeren en de opgeloste stof niet of slechts zeer langzaam. Een voorbeeld hiervan is te zien in afbeelding 1.5. Een suikeroplossing wordt gescheiden van water door een semipermeabel vlies. Aanvankelijk is daarin een geconcentreerde suikeroplossing aanwezig. Doordat de natuur altijd streeft naar evenwicht zal in dit geval, doordat suiker het membraan niet kan passeren, water zich gaan verplaatsen in de richting van de suikeroplossing. De suikeroplossing oefent dus een aanzuigkracht uit op het omringende water (osmos = aandrang). De aanzuigkracht wordt osmotische druk genoemd. De grootte van de osmotische druk wordt bepaald door de concentratie van deeltjes die niet over het semipermeabele membraan kunnen diffunderen. Afbeelding 1.5 Osmose.

1

Cellen en weefsels

Het verschijnsel osmose is ook op een andere manier te verklaren. Hiertoe dient het begrip waterconcentratie gehanteerd te worden. In een oplossing is er dan sprake van de concentratie van de opgeloste stof en van de waterconcentratie. In een geconcentreerde oplossing is er dus een hoge concentratie van de opgeloste stof en een ‘geringe’ waterconcentratie. Wanneer een geconcentreerde suikeroplossing door een semipermeabel vlies is gescheiden van zuiver water (de waterconcentratie is dan 100%) zal water naar de suikeroplossing diffunderen omdat daarin de waterconcentratie geringer is. Op deze wijze is het duidelijker dat osmose een kwestie is van diffusie, namelijk diffusie van water. Osmose speelt een belangrijke rol bij de cellen van alle organismen doordat membranen semipermeabel zijn. Deze doorlaatbaarheid verschilt voor verschillende membranen. Het membraan van de wand van de capillairen (haarvaten) is voor alle in het bloed opgeloste stoffen doorlaatbaar, met uitzondering van eiwitten. Natrium, kalium en glucose kunnen dus vrij het bloed uit diffunderen, eiwitten niet. De eiwitconcentratie bepaalt daarom de osmotische druk van het bloed. Omdat eiwitten grote moleculen (colloı¨den) zijn wordt deze druk vaak aangeduid met de colloı¨d-osmotische druk (COD). Tegenwoordig wordt de COD ook vaak oncotische druk (Grieks: oncos = zwelling) genoemd vanwege de relatie met oedeemvorming. Voor het celmembraan ligt de situatie anders. Deze is slechts voor zeer weinig stoffen doorlaatbaar, meestal alleen wanneer er voor die stoffen (bijv. glucose) een transportsysteem is aangelegd. Het celmembraan is bijvoorbeeld niet doorlaatbaar voor natrium, kalium en chloride. De osmotische druk over een celmembraan wordt daarom vooral bepaald door de zoutconcentratie. Dit wordt de kristalloı¨d-osmotische druk genoemd. Samenvattend: transport van water over het membraan van de capillairen wordt bepaald door het verschil in eiwitconcentratie binnen en buiten de bloedbaan: de colloı¨d-osmotische druk. Transport van water over het celmembraan wordt vooral bepaald door een verschil in zoutconcentratie binnen en buiten de cel: de kristalloı¨d-osmotische druk.

Intermezzo 1.3 Bepaling van de osmolariteit van het bloedplasma De colloı¨d-osmotische waarde van het bloedplasma volgt rechtstreeks uit de concentratie totaal eiwit in het bloedplasma. Om de kristalloı¨d-osmotische waarde te berekenen zou eigenlijk de concentratie van alle zouten in het bloedplasma bepaald moeten worden. Dit is natuurlijk ondoenlijk. Daarom worden in de praktijk allerlei vereenvoudigingen gehanteerd. Veel gebruikte formules zijn: kristalloı¨d-osmotische waarde = 2 [Na+ + K+] Omdat tegenover ieder Na+- en K+-ion per definitie een negatief deeltje moet voorkomen, wordt de concentratie van deze ionen met twee vermenigvuldigd.

35

36

Fysiologie en anatomie niveau 5

Iets nauwkeuriger is de volgende berekening: kristalloı¨d-osmotische waarde = 2 [Na+ + K+] + glucose + ureum

In het bloed treden osmotische verschijnselen op, onder andere bij de erytrocyten (rode bloedcellen). Wanneer het bloedplasma een hogere zoutconcentratie bezit (en dus een lagere waterconcentratie) dan de erytrocyten, zal er diffusie van water plaatsvinden vanuit de erytrocyten naar het bloedplasma (afb. 1.6a). In de erytrocyten is in dat geval de waterconcentratie namelijk hoger dan in het bloedplasma. In dit geval is het bloedplasma hyperosmotisch ten opzichte van de bloedcellen. De term hyperosmotisch verdient de voorkeur boven de gebruikelijke term hypertonisch omdat de laatste wordt gehanteerd voor afzonderlijke deeltjes. Hetzelfde geldt voor de termen isotonisch en hypotonisch, die daarom nu bij voorkeur worden aangeduid respectievelijk als iso-osmotisch en hypo-osmotisch. Wanneer het bloedplasma minder opgeloste stoffen bevat dan de erytrocyten is het bloedplasma hypo-osmotisch (Grieks: hypo = onder) ten opzichte van de erytrocyten. De consequentie hiervan is dat er diffusie van water zal plaatsvinden vanuit het bloedplasma naar de erytrocyten. Immers, in dit geval is de waterconcentratie in het bloedplasma hoger dan in de erytrocyten. Het gevolg is dat de erytrocyten zwellen en ten slotte barsten. Dit verschijnsel wordt hemolyse genoemd (afb. 1.6b). Wanneer twee oplossingen dezelfde osmotische waarde bezitten worden ze iso-osmotisch (Grieks: isos = gelijk) ten opzichte van elkaar genoemd. Onder normale omstandigheden is het bloedplasma dan ook altijd iso-osmotisch ten opzichte van de vloeistof in de erytrocyten. Afbeelding 1.6 a Erytrocyt in een hyperosmotisch milieu. De cel krijgt een doornappelvorm. b Erytrocyt in een hypo-osmotisch milieu. Er treedt hemolyse op.

1

Cellen en weefsels

Intermezzo 1.4 Infusievloeistoffen Wanneer een patie¨nt ‘vocht’ moet worden toegediend wordt uiteraard ook gebruikgemaakt van een iso-osmotische oplossing. Een oplossing van 0,9% NaCl heeft dezelfde osmotische waarde als het bloedplasma. Deze veel gebruikte iso-osmotische oplossing wordt fysiologisch zoutoplossing (‘fysiologisch zout’) genoemd, omdat door toediening van deze vloeistof de normale fysiologie van de erytrocyten intact blijft. Een iso-osmotische glucoseoplossing zal een andere concentratie moeten hebben dan een iso-osmotische oplossing van keukenzout. Op de eerste plaats splitst NaCl (keukenzout) wanneer het wordt opgelost in water in twee deeltjes, te weten een natriumion en een chloride-ion. De formule van glucose is C6H12O6, dus een glucosemolecuul is opgebouwd uit in totaal 24 atomen (6 koolstofatomen, 12 waterstofatomen en 6 zuurstofatomen). Bij het oplossen in water blijven deze atomen echter aan elkaar gebonden. Een oplossing van 1 mol keukenzout per liter levert om die reden tweemaal zoveel deeltjes als een oplossing van 1 mol glucose per liter. Omdat het aantal deeltjes per liter de osmolariteit bepaalt is de osmolariteit van 1 mol keukenzout per liter daarom tweemaal zo groot als die van een oplossing van 1 mol glucose per liter. Wanneer de concentratie in grammen per liter of in procenten wordt uitgedrukt, speelt er nog een tweede factor mee. Een glucosemolecuul is ongeveer driemaal zo zwaar als een keukenzoutmolecuul. Voor een gelijk aantal deeltjes is dus driemaal zoveel glucose als keukenzout nodig. Wanneer beide bovenstaande factoren worden gecombineerd, luidt de conclusie dat er voor een iso-osmotische glucoseoplossing ongeveer 6 maal zoveel stof nodig is als voor een fysiologische zoutoplossing. Dat komt overeen met een oplossing van glucose van ruim 5% (50 gram glucose per liter). Voor infusievloeistoffen wordt meestal 5% glucose gebruikt. In dit verband zal het ook duidelijk zijn dat wanneer de cellen glucose opslaan in de vorm van glycogeen (zie hoofdstuk 10) het osmotisch effect van een glucose-infuus sterk wordt gereduceerd. Infusievloeistoffen bevatten naast NaCl of glucose vaak nog andere bestanddelen. Zo zal er in het geval van een patie¨nt met een acidose een base, meestal bicarbonaat, aan het infuus worden toegevoegd. Bij een alkalose wordt er een zuur (bijvoorbeeld zoutzuur) aan het infuus toegevoegd. Om de iso-osmolariteit van het infuus te handhaven, moet de concentratie van deze toevoegingen op de concentratie zout of glucose in mindering worden gebracht. Bij een patie¨nt, die een groot bloedvolume heeft verloren wordt soms een grootmoleculaire stof (albumine of dextraan, een soort zetmeel) aan het infuus toegevoegd. Hiermee wordt de colloı¨d-

37

38

Fysiologie en anatomie niveau 5

osmotische druk van het bloed verhoogd, waardoor een groter deel van de infusievloeistof in de bloedbaan zal blijven.

Filtratie Filtratie is het proces, waarbij water met opgeloste stoffen zich over een wand verplaatst. De drijvende kracht achter filtratie is de hydrostatische druk (druk die door het water wordt uitgeoefend). Filtratie speelt een belangrijke rol bij het uittreden van bloedplasma met voedingsstoffen uit de capillairen (zie hoofdstuk 2) en bij de vorming van urine (zie hoofdstuk 5). Het proces zal in die hoofdstukken verder worden toegelicht. 1.6.2 actief transport Voor actief transport is ATP vereist. Het mechanisme achter actief transport vertoont veel overeenkomsten met het beschreven carriertransport. Ook nu is er sprake van een eiwit in het celmembraan, dat vormveranderingen ondergaat, waarvoor in dit geval ATP nodig is. Een bijzondere eigenschap van actief transport is dat hiermee deeltjes ook van een lage naar een hoge concentratie kunnen worden vervoerd. Het bekendste voorbeeld van actief transport is de natrium/ kaliumpomp (Na/K-pomp). Deze pomp vervoert tegelijkertijd natriumionen vanuit de cel naar het interstitium en kaliumionen vanuit het interstitium de cel in. In beide gevallen is dat van een plaats met een lage concentratie naar een plaats met een hoge concentratie. De Na/K-pomp speelt een belangrijke rol bij de impulsgeleiding in de hartspiercellen (zie hoofdstuk 2) en de zenuwcellen (zie hoofdstuk 6). 1.6.3 endocytose en exocytose Endocytose en exocytose worden samen ook wel aangeduid met blaasjestransport. Bij endocytose omsluit het celmembraan een deel van de vloeistof in het interstitium met de daarin opgeloste stoffen. De aldus gevormde blaasjes (vesikels) worden als kleine organellen in de cel opgenomen. Daarna kunnen zij bijvoorbeeld versmelten met de membranen van de lysosomen, waardoor de inhoud van deze twee organellen versmelt. Levercellen bijvoorbeeld zijn door endocytose in staat te veel cholesterol uit het bloed te verwijderen en in de lysosomen op te nemen. Cholesterol wordt vervolgens in de lysosomen afgebroken. Een bijzondere vorm van endocytose is fagocytose (zie hoofdstuk 3). Hierbij worden vaste deeltjes als bacterie¨n in de cel opgenomen. Wanneer vloeibaar materiaal in een cel wordt opgenomen wordt dat pinocytose genoemd (Grieks: pinein = drinken). Omgekeerd kunnen in de cel gevormde stoffen worden verpakt in een blaasje van membraanmateriaal. Als het membraan van dit blaasje vervolgens versmelt met het celmembraan van de cel kan deze stof naar het interstitium worden afgegeven. Dit heet exocytose (afb. 1.7 en afb. 1.8). Het genoemde golgi-apparaat speelt hierbij een belangrijke rol.

1

Cellen en weefsels

39

Afbeelding 1.7 Schematische voorstelling van de vorming van een eiwit en afgifte door middel van exocytose.

Afbeelding 1.8 Schematische voorstelling van import, export en transcellulair transport. In het laatste geval bestaat er een combinatie van endo- en exocytose.

De combinatie van endocytose en exocytose komt onder andere voor in de darmwand. Dit verschijnsel wordt wel transcytose genoemd. Stoffen uit het voedsel worden dan door middel van endocytose in de cellen van de darmwand opgenomen en daarna door exocytose afgegeven aan de bloedvaten of de lymfevaten (zie hoofdstuk 10). 1.7

Celdeling

Het menselijk lichaam ontwikkelt zich door deling en groei vanuit de zygote (bevruchte eicel). Bij deling van een cel ontstaan dochtercellen die vrijwel identiek zijn aan de moedercel. Iedere celdeling wordt voorafgegaan door een kerndeling. Bij zich delende cellen wordt een celcyclus onderscheiden die in twee stadia wordt onderverdeeld, namelijk de mitose en de interfase. Onder mitose wordt de celdeling verstaan, waarbij uit e´e´n cel twee genetisch identieke dochtercellen ontstaan die hetzelfde aantal chromosomen bezitten als de moedercel. De mitose, ook wel somatische celdeling of ‘gewone’ celdeling genoemd, duurt afhankelijk van het celtype en milieuomstandigheden 1-2 uur.

40

Fysiologie en anatomie niveau 5

De interfase is het stadium tussen twee op elkaar volgende mitosen. De chromosomen zijn dan langgerekte dunne draden: het chromatine. De duur van de interfase is erg variabel, afhankelijk van het celtype en de milieu-omstandigheden. Hij duurt in ieder geval vele malen langer dan de mitose zelf, bijvoorbeeld dertig uur. Tijdens de interfase vinden achtereenvolgens plaats: celgroei, verdubbeling (replicatie) van de chromosomen (zie ook hoofdstuk 12) en een directe voorbereiding op de mitose. Tijdens de interfase zijn de chromosomen microscopisch niet waarneembaar in tegenstelling tot de chromosomen in de mitose (afb. 1.9). Afbeelding 1.9 Microfoto (vergroting 55006) van de 46 chromosomen van de cellen van een vrouw (metafase).

1.7.1 mitose De mitose wordt globaal verdeeld in vier fasen (afb. 1.10): – profase; voorafgaand aan de profase hebben de draden van het chromatine zich verdubbeld waarna chromosomen ontstaan. Hierin zijn de langgerekte chromatinedraden gespiraliseerd (opgerold), waardoor zij kort en dik worden en onder de microscoop te zien zijn. De beide centrosomen (centriolen) komen verder van elkaar te liggen en begeven zich naar de polen. Het kernmembraan en de kernlichaampjes, die tijdens de interfase nog wel zichtbaar zijn, verdwijnen; – metafase; de chromosomen zijn inmiddels nog korter en dikker geworden. In het cytoplasma is een spoelvormige figuur van fijne draden ontstaan, de zogenaamde kernspoel. De chromosomen zijn inmiddels in het midden van de cel, het equatorvlak, aangekomen. De beide chromatiden van een chromosoom zitten nog aan elkaar vast door middel van het centromeer, een klein, nog ongedeeld lichaampje. Een gedeelte van de spoeldraden (de trekdraden) is er aan bevestigd;

1

Cellen en weefsels

– anafase; de centromeren delen zich en de twee chromatiden van ieder chromosoom worden door de trekdraden naar de polen (centrosomen) getrokken. De zelfstandige chromatiden worden vanaf dit moment weer chromosomen genoemd; – telofase; wanneer de chromosomen bij de polen zijn aangekomen, gaan ze zich despiraliseren, waarbij ze weer lang, dun en steeds minder duidelijk worden. Rondom iedere pool wordt een kernmembraan gevormd en de kernlichaampjes worden weer zichtbaar. Er volgt dan een insnoering van het celmembraan ter hoogte van het equatorvlak, waarbij het cytoplasma over de twee nieuwe cellen wordt verdeeld. Na de telofase gaan veel cellen zich specialiseren waardoor ze nooit meer aan een volgende celdeling toekomen.

Afbeelding 1.10 Schema van de mitose en microfoto’s van profase, metafase en anafase.

Bij witte bloedcellen is een celdeling waargenomen waarbij het cytoplasma en de kern snel in tweee¨n worden gedeeld zonder dat er chromosomen zichtbaar worden. De cel strekt zich hierbij uit tot een halter die in het midden splijt. Dit wordt amitose genoemd. Ook degenererende of abnormale weefselcellen (tumorcellen) kunnen zich

41

42

Fysiologie en anatomie niveau 5

soms amitotisch delen. Bij de amitose treedt waarschijnlijk geen splitsing van chromosomen op. 1.7.2 meiose of reductiedeling In de meeste cellen van het menselijk lichaam komen 23 paar chromosomen voor (afb. 1.11); dergelijke cellen worden diploı¨d genoemd. Dit is ook het geval bij de cellen waaruit de voortplantingscellen (gameten) ontstaan. De laatste celdelingen bij de vorming van deze gameten geschieden anders dan bij de mitose. Deze worden meiose of reductiedeling genoemd omdat bij deze celdelingen het aantal chromosomen per nieuwgevormde kern met de helft wordt verminderd. De gameten hebben van ieder chromosomenpaar slechts de helft. Deze cellen heten haploı¨d, wat wordt aangeduid met de letter n (= 23). Wanneer de mannelijke en de vrouwelijke gameet met elkaar versmelten, zal de kern van zygote weer het normale aantal chromosomen bevatten: diploı¨d (2n) = 23 paar. Door de meiose blijft dus het aantal chromosomen bij de geslachtelijke voortplanting constant. Afbeelding 1.11 a Karyogram (‘chromosomenportret’) van een vrouw.

Afbeelding 1.11 b Karyogram van een man.

De meiose omvat twee delingsprocessen, kortweg meiose I en meiose II genoemd (afb. 1.12). Meiose I Hierbij worden de volgende fasen onderscheiden: – profase I; deze duurt veel langer dan de profase in de mitose. De chromosomen bestaan aanvankelijk ieder nog uit twee chromatiden zoals bij de mitose. De homologe chromosomen (de twee op elkaar gelijkende chromosomen van e´e´n paar) gaan naar elkaar toe en

1

43

Cellen en weefsels

Afbeelding 1.11 c Karyogram van een downpatie¨nte.

Afbeelding 1.12 Meiose. In de afbeeldingen zijn voor de duidelijkheid slechts drie paar chromosomen weergegeven. Profase II en metafase II zijn niet afgebeeld.

gaan ‘paren’, waarbij ze korter en dikker worden. Op dat moment vindt er uitwisseling van genen (stukjes DNA) plaats tussen deze twee homologe chromosomen. Hierdoor ontstaat steeds nieuwe combinaties van eigenschappen, waardoor het aantal verschillende nakomelingen enorm wordt uitgebreid. Dit proces wordt ‘crossingover’ genoemd. Daarna beginnen de homologe chromosomen elkaar af te stoten; op bepaalde plaatsen blijven ze echter nog bij elkaar: de chiasmata. De chromosomen worden nog korter; kernmembraan en kernlichaampjes verdwijnen en de kernspoel wordt zichtbaar; – metafase I; de chromosomen rangschikken zich in het equatorvlak; de centromeren delen zich niet; – anafase I; de scheiding van de homologe chromosomen wordt nu voltooid; de chromosomen, ieder bestaande uit twee chromatiden, begeven zich naar de polen; – telofase I; de chromosomen komen bij de polen. Er wordt een kernmembraan gevormd en tevens een celmembraan, waardoor er twee cellen zijn ontstaan. De kernen hebben dus ieder slechts de helft van het aantal chromo-

44

Fysiologie en anatomie niveau 5

somen van de moedercel waaruit ze zijn ontstaan. In de meiose I vindt dus de reductie van het aantal chromosomen plaats.

Intermezzo 1.5 Het syndroom van Down Ongeveer 95% van de mensen met het syndroom van Down heeft een trisomie 21. Dat wil zeggen dat er van het chromosoom 21 drie in plaats van twee exemplaren in de lichaamscellen voorkomen. Dit is het gevolg van non-disjunctie tijdens (meestal de eerste) meiotische deling. Hierbij gaan tijdens de vorming van de ei- of zaadcel de twee exemplaren van chromosomenpaar 21 niet uit elkaar, maar gaan beide chromosomen naar e´e´n dochtercel, die dan 24 chromosomen heeft. De lichaamscellen, die na de bevruchting uit de bevruchte eicel ontstaan hebben dan steeds drie exemplaren van chromosoom 21 (zie afb. 1.11c). De eigenlijke oorzaak van de non-disjunctie is niet bekend, maar de afwijking komt vaker voor in eicellen bij vrouwen ouder dan 37 jaar. Waarschijnlijk speelt ook de leeftijd van de vader een rol. De non-disjunctie vindt in 80% van de gevallen plaats tijdens de oo¨genese (vorming van eicellen) en in ongeveer 20% tijdens de spermatogenese (vorming van zaadcellen).

Meiose II Deze deling kan beschouwd worden als een gewone deling (mitose) maar dan uitgaande van een cel met half zoveel chromososmen als normaal. Er wordt een nieuwe spoelfiguur gevormd die loodrecht op de eerste staat. De centromeren delen zich nu, waardoor de chromatiden, die nu weer chromosomen genoemd worden, zich naar de polen begeven. Na afloop van meiose I en II zijn er vier kernen ontstaan, de zogenaamde tetradefiguur. Iedere kern is haploı¨d. Als het cytoplasma zich heeft gedeeld zijn er, na differentiatie, vier individuele gameten ontstaan. Bij de spermatogenese (vorming van zaadcellen) levert iedere moedercel vier functionele zaadcellen (zie afb. 12.11). Bij de oo¨genese (vorming van eicellen) blijft er echter slechts e´e´n functionele eicel over die zeer veel cytoplasma (reservevoedsel) bevat. Gedurende de meiose I krijgt e´e´n van de dochterkernen vrijwel al het cytoplasma, terwijl de andere kern als zogenaamd poollichaampje degenereert. Gedurende de meiose II wordt opnieuw een poollichaampje gevormd, waardoor uiteindelijk e´e´n grote eicel overblijft (zie afb. 12.3). Bij de vrouw begint de eerste meiotische deling al voor de geboorte. Deze stopt echter na de profase. Deze wordt pas weer vervolgd na de puberteit, waarbij tijdens iedere cyclus een of enkele oo¨cyten meiose I afmaken. Deze wordt dan direct gevolgd door meiose II. Bij de man start de meiose pas bij de puberteit, deze gaat daarna het gehele leven door. In afbeelding 1.13 is een schematisch overzicht van de mitose en de meiose weergegeven. Bij de conceptie ontstaat de bevruchte eicel (zygote). Deze is te be-

1

Cellen en weefsels

45

schouwen als de eerste moedercel en ontwikkelt zich door een reeks klievingsdelingen tot een pre-embryo van 64 cellen. Hieruit ontstaat onder andere een embryoblast van enkele cellen. Deze vormt de oorsprong van de embryonale stamcellen. Afbeelding 1.13 Schematisch overzicht van mitose en meiose. Mitose: uitgaande van een diploı¨de cel (2n) ontstaan er twee diploı¨de cellen. Meiose: bij de meiose I wordt het aantal chromosomen gereduceerd tot de helft (n), waarna de meiose II volgt, te vergelijken met een mitose: het aantal chromosomen blijft gelijk. Het eindresultaat is 4 haploı¨de gameten (voortplantingscellen).

Intermezzo 1.6 Stamcellen Stamcellen zijn cellen die zich onbeperkt kunnen delen. Zoals eerder vermeld ontstaan alle cellen door deling uit een moedercel. De eerste moedercel is de zygote. Deze cel is totipotent. De eerste uren na de bevruchting deelt deze cel zich nog een aantal keren, waardoor meerdere totipotente stamcellen ontstaan, dat wil zeggen dat elk van deze cellen de mogelijkheid heeft om uit te groeien tot een foetus. Na ongeveer vier dagen ontstaat de blastocyste (kiemblaasje), een met vocht gevuld blaasje. Uit de buitenste laag hiervan ontwikkelt zich onder andere de placenta. De binnenste celmassa is pluripotent, dat wil zeggen dat uit deze cellen zich vele andere verschillende soorten cellen kunnen ontwikkelen, echter niet alle celtypen die nodig zijn voor de ontwikkeling van een foetus. De pluripotente stamcellen specialiseren zich vervolgens tot multipotente stamcellen. Op die manier ontstaan uit de multipotente hemopoe¨tische stamcellen, de erytrocyten, trombocyten en leukocyten (rode bloedcellen, bloedplaatjes en witte bloedcellen). Er worden drie soorten celpopulaties onderscheiden: – statische celpopulaties; de cellen hiervan kunnen zich niet meer delen; wanneer deze weefsels beschadigd worden kunnen ze slechts hersteld worden door vervanging van deze cellen door andere typen cellen, zoals bindweefselcellen. Voorbeelden van deze populaties zijn cellen van zenuw- en spierweefsel;

46

Fysiologie en anatomie niveau 5

– stabiele celpopulaties; deze vormen bijvoorbeeld het hoofdbestanddeel van de lever; de cellen delen zich wanneer vervanging nodig is na beschadiging of ziekte; – vernieuwende celpopulaties; deze zijn met name aanwezig in de huid, het darmslijmvlies en bloedvormende weefsels; deze cellen blijven zich voortdurend delen omdat ze steeds vervangen moeten worden wegens slijtage van de oppervlakkige laag of als gevolg van een korte levensduur. In de vernieuwende populaties zijn de moedercellen, stamcellen geheten, minder ver ontwikkeld dan de dochtercellen. Deze dochtercellen delen zich na rijping niet meer, maar de stamcellen kunnen zich onbeperkt delen. Stamcellen worden gekenmerkt door het feit dat wanneer ze zich delen ten minste e´e´n van de twee ontstane dochtercellen hetzelfde primitieve karakter heeft als dat van de oorspronkelijke oudercel, terwijl de andere dochtercel een meer gespecialiseerd celtype kan worden. Primitief wil in dit verband zeggen dat ze aan het begin van de ontwikkeling staan. Stamcellen zijn dus zowel in staat zichzelf te vermeerderen en zo meer stamcellen te produceren als dochtercellen te produceren die zich verder kunnen specialiseren tot bijvoorbeeld bloed-, spier- of hersencellen. Humane pluripotente stamcellen kunnen geı¨soleerd worden uit de binnenste celmassa van de eerder genoemde blastocyste (een vroeg ontwikkelingsstadium van het embryo). Deze embryonale stamcellen worden gewonnen uit pre-implantatie-embryo’s, de zogenaamde restembryo’s, die overgebleven zijn bij de ivf-behandeling (in-vitrofertilisatie of ‘reageerbuisbevruchting’). De Embryowet biedt in Nederland de mogelijkheid om nieuwe embryonale stamcellijnen te isoleren uit bestaande restembryo’s die overblijven na ivf. Het is niet toegestaan om embryo‘s speciaal voor dit doel te cree¨ren. Pluripotente stamcellen kunnen ook verkregen worden door somatische celkerntransplantatie. Uit een eicel wordt de kern verwijderd. Vervolgens wordt een somatische cel bij de eicel gebracht en worden de twee gefuseerd. Na de fusie ontstaat een totipotente stamcel. Na een aantal delingscycli ontstaat de blastocyste. In de binnenste celmassa bevinden zich de pluripotente stamcellen. Uit proefdieronderzoek is gebleken dat het embryo, dat uit een dergelijke celkernvervanging ontstaat, vaak abnormaal is omdat de kern van een bevruchte eicel verschilt van een ingebrachte kern van een somatische cel. Embryo’s die na celkernvervanging ontstaan, mogen volgens de Embryowet niet in de uterus teruggeplaatst worden wegens de grote kans op kinderen met ernstige aangeboren afwijkingen.

1

Cellen en weefsels

Onderzoek met humane pluripotente stamcellen heeft geleid tot de mogelijkheid van celtherapie. Veel aandoeningen zijn het gevolg van een verstoorde celfunctie of beschadigde weefsels. Pluripotente stamcellen kunnen, als ze aangezet worden tot specifieke celspecialisatie, een bron zijn van de te vervangen cellen bij bijvoorbeeld de ziekte van Parkinson, Alzheimer, diabetes mellitus, dwarslaesie en hartziekten. Onderzoek van de laatste jaren op het gebied van stamcellen heeft aangetoond dat het mogelijk is om nieuwe hartspiercellen (cardiomyocyten) en bloedvatcellen (endotheelcellen en gladde spiercellen) te verkrijgen uit stamcellen die uit het beenmerg afkomstig zijn. Bij experimenten is het gelukt om stamcellen te laten ontwikkelen tot cardiomyocyten. Proefdieronderzoek heeft aangetoond dat gezonde hartspiercellen getransplanteerd in het hart met succes het hartweefsel vervangen. Bij patie¨nten met de ziekte van Parkinson is celtherapie voor het eerst toegepast. De getransplanteerde zenuwcellen zijn afkomstig van menselijke foetussen. Een groot probleem hierbij is dat er vijf a` tien foetussen nodig zijn om te beschikken over voldoende cellen voor e´e´n enkele transplantatie. De foetussen zijn afkomstig van abortus en slechts in zeer beperkte mate beschikbaar. Sinds 1996 wordt er ook onderzoek gedaan met foetale varkenscellen (xenotransplantatie; xenos = vreemd). Maar ook hierbij zijn de nodige bedenkingen. Recent onderzoek heeft aangetoond dat nieuwe zenuwcellen ook in volwassen hersenen worden aangemaakt. Deze nieuwvorming is beperkt tot bepaalde plaatsen en bescheiden van omvang. Voor het herstel van grotere beschadigingen lijkt dit proces onvoldoende. Er zijn drie plaatsen bekend waar nieuwe zenuwcellen worden gemaakt: in het reukorgaan, in de reukkern van de hersenen en in de hippocampus (gelegen tussen de grote hersenen en de hersenstam; zie par. 6.14.3). Het is gelukt om voorlopercellen uit het neusslijmvlies te kweken, waardoor de mogelijkheid ontstaat om grote hoeveelheden zenuwcellen te produceren.

1.8

Celcyclus

In de voorafgaande paragrafen is beschreven hoe cellen zich kunnen delen en hoe cellen zich kunnen specialiseren tot een groot aantal verschillende typen. Afhankelijk van het type cel varieert de levenscyclus van een cel van enkele dagen tot levenslang.

47

48

Fysiologie en anatomie niveau 5

1.8.1 celdood Het leven van een cel kan op twee manieren eindigen, namelijk door beschadiging en van nature. Cellen kunnen beschadigd worden door agentia (invloeden) die de cellen rechtstreeks aantasten, bijvoorbeeld micro-organismen (zoals bacterie¨n en virussen), toxinen (gifstoffen) en chemisch actieve stoffen. Ook een indirecte inwerking, zoals een tekort aan zuurstof of voedingsstoffen en een ophoping van afvalstoffen, kan een vervroegde celdood veroorzaken. Dit wordt necrose (celversterf ) genoemd. Een cel kan ook uit zichzelf degenereren en ten slotte afsterven. Dit gebeurt onder invloed van bepaalde genen, wanneer een vermindering van het aantal cellen gewenst is. Dit heet geprogrammeerde celdood of apoptose. Elke cel heeft in de mitochondrie¨n een aantal eiwitten die een pre-apoptotische werking hebben. Wanneer de cel voldoende stimulerende signalen van andere cellen krijgt blijven deze eiwitten inactief. Wanneer deze signalen verdwijnen treedt een aantal reacties op. Het begint met het omzetten van de pre-apoptotische eiwitten tot eiwitsplitsende enzymen. Deze enzymen tasten verschillende celorganellen aan, waardoor de cel uiteenvalt in brokstukjes (apoptic bodies). Deze worden door andere cellen gefagocyteerd en door lysosomen verteerd. Hierbij komen in tegenstelling tot bij necrose geen afvalstoffen vrij, waardoor er ook geen sprake kan zijn van ontstekingsreacties. Apoptose is een normaal verschijnsel, waarbij overbodige cellen worden opgeruimd. 1.8.2 groei Bij de celcyclus treedt een aantal opeenvolgende processen op dat goed geprogrammeerd moet worden. Het betreffende weefsel of orgaan moet zijn normale grootte en vorm behouden. Wanneer een orgaan in volume afneemt wordt gesproken van hypo- of atrofie. Wanneer een orgaan te sterk vergroot is kan dit veroorzaakt worden door hyperplasie (een toename van het aantal cellen) en door hypertrofie (een vergroting van het celvolume). Er moet een evenwicht bestaan tussen groeibevorderende en groeiremmende factoren. Deze factoren kunnen door de cel zelf worden geproduceerd (intracellulaire sturing) of ze worden van buitenaf toegevoegd (extracellulaire sturing). De intracellulaire sturing vindt plaats via een complex van eiwitten die samen de celcyclus regelen. Genen die groei en deling stimuleren worden proto-oncogenen genoemd. Deze naamgeving berust op een mogelijke samenhang met het ontstaan van kanker. Een tumorverwekkend gen wordt een oncogen genoemd (zie hoofdstuk 13). Tumorsuppressorgenen zijn dan ook genen die groei en deling onderdrukken, afremmen. De extracellulaire sturing vindt plaats door groeistimulerende eiwitten (groeifactoren) die zich hechten aan het celmembraan en van daaruit de vorming van bepaalde activatoren tot stand brengen. Groeifactoren kunnen zowel op lokaal niveau door buurcellen worden gemaakt als ook afkomstig zijn van andere organen en via het bloed worden verspreid (hormonen). Dit is bijvoorbeeld belangrijk bij het vormen van nieuwe weefsels bij genezing na een verwonding. Wanneer de

1

Cellen en weefsels

cellen weer voldoende verbinding met elkaar maken neemt de productie van groeifactoren af. 1.8.3 veroudering De veroudering berust niet op een mechanisme. Het is een gevolg van een geleidelijke verandering in de stofwisseling op moleculair en cellulair niveau. Bij zich delende cellen (bijv. huid of beenmerg) is apoptose (geprogrammeerde celdood) een normaal verschijnsel. Door zich te delen voorkomen deze cellen dat zij ouder worden. Het maximaal aantal delingen per cel (de hayflicklimiet genoemd) is echter beperkt (gemiddeld ongeveer vijftig). Onder normale omstandigheden speelt dit echter nauwelijks een rol. Zo is de maximumleeftijd die met deze limiet voor de mens kan worden berekend 122 jaar. Men denkt dat deze limiet berust op het bij iedere deling korter worden van de uiteinden van de chromosomen (de telomeren). Het enzym telomerase dat nodig is voor de verlenging van de telomeren komt alleen voor in de kiemcellen. Op een gegeven moment zijn de telomeren zo kort geworden dat de celdeling ophoudt. Langlevende cellen (zenuwcellen, (hart)spiercellen) zijn cellen die, eenmaal aangelegd, zich niet meer kunnen delen. Hun totaal aantal staat vast vanaf de kinderleeftijd. In alle cellen (lang- en kortlevend) vindt voortdurend opbouw en afbraak plaats van celorganellen en celbestanddelen. Op hoge leeftijd is de afbraak sterker dan de opbouw met als gevolg verlies van celfunctie. 1.9

Weefsels

Na de celdeling kunnen cellen zich gaan specialiseren. Dit heet differentiatie. Zoals eerder is vermeld is een weefsel een groep cellen met dezelfde vorm en functie. Op grond hiervan worden vier typen onderscheiden: dekweefsel, steunweefsel, spierweefsel en zenuwweefsel (afb. 1.14). 1.9.1 dekweefsel De cellen in dekweefsel vormen een aaneengesloten laag zonder tussencelstof. Dekweefsel is gelegen aan het lichaamsoppervlak (de epidermis) en het vormt de binnenbekleding van holle organen, bijvoorbeeld spijsverteringskanaal, luchtwegen en bloedvaten. Dekweefsel begrenst op die manier een holte. Het heeft daarom een beschermende functie. Om die reden moeten de cellen van het dekweefsel aaneengesloten zijn, zonder tussenruimten. Daarom is er in dekweefsel geen ruimte voor bloedvaten; het is avasculair. Voeding vindt plaats vanuit het onderliggende bindweefsel. Omdat dekweefsel avasculair is kunnen carcinomen in situ (dat wil zeggen: tumoren, die alleen in het dekweefsel liggen en nog niet door het basaalmembraan heen gegroeid zijn) niet metastaseren (uitzaaien) naar ander weefsel. Vanwege het contact met de lichaamsholtes is dekweefsel ook het enige weefsel dat in contact komt met de inhoud van luchtwegen en

49

50

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 1.14 Samenvattend schema van weefsels.

maag-darmkanaal. Andere functies van het dekweefsel zijn daarom ook resorptie en secretie. Dekweefsel wordt vaak epitheel genoemd, hoewel in feite het epitheel, naast mesotheel en endotheel, een bepaald type dekweefsel is. Op grond van de vorm van de dekweefselcellen zijn er verschillende soorten dekweefsel benoemd (afb. 1.14, afb. 1.15). Begrenzing betekent het bedekken van het lichaam zowel van buiten als van binnen. Van buiten gebeurt dit door het verhoornd epitheel van de huid. Van binnen gebeurt dat door niet-verhoornd dekweefsel, waarbij men drie vormen onderscheidt: – epitheel; dit vormt het hoofdbestanddeel van de binnenbekleding van organen die in contact staan met de buitenwereld, bijvoorbeeld van de luchtwegen en van het spijsverteringskanaal; – mesotheel (weivlies); dit bestaat uit e´e´n laag plaveiselcellen met een dun laagje bindweefsel met veel zenuwvezels; het vormt de bekleding van longen (de pleurabladen), buikholte (peritoneum parietale) en buikorganen (peritoneum viscerale of serosa). Een tumor, die uitgaat van het mesotheel, in het bijzonder van de pleurabladen, wordt een mesothelioom genoemd. Dit is een maligne tumor, die vrijwel altijd wordt veroorzaakt door het inademen van asbestdeeltjes;

1

Cellen en weefsels

51

Afbeelding 1.15 Epitheel. a epitheelcel b basaalmembraan c bindweefsel d slijmcel e trilharen f slijmlaag 1 eenlagig plaveiselepitheel 2 eenlagig kubisch epitheel 3 eenlagig cilindrisch epitheel; links met trilharen (trilhaarepitheel) 4 meerrijig trilhaarepitheel (meerrijig wil zeggen dat het een eenlagig epitheel is maar, doordat de kernen op verschillende hoogten liggen, meerlagig lijkt) 5 meerlagig plaveiselepitheel

– endotheel; dit is e´e´n laag plaveiselcellen aan de binnenzijde van de bloedvaten, van het hart (endocard) en van de lymfevaten. Bijzondere celvormen van epitheel zijn: – slijmcellen of slijmbekercellen; deze cellen zijn tussen de epitheelcellen gelegen en produceren slijm. Epitheel met slijmbekercellen wordt slijmvlies of mucosa genoemd. Slijmvlies komt voor als bekleding van luchtwegen, het maag-darmkanaal, vagina en baarmoeder. Het slijm speelt onder andere een rol bij het vervoer van stoffen door het maag-darmkanaal, bij de bescherming (vooral van de maagwand) en bij de afweer. De leukocyten (witte bloedcellen, die verantwoordelijk zijn voor de afweer) kunnen alleen in een waterige omgeving functioneren. Wanneer het slijmvlies in bijvoorbeeld de luchtwegen uitdroogt is de kans op luchtweginfecties ook vergroot; – trilhaarcellen; trilhaarepitheel is een bijzondere vorm van slijmvlies, waarin de epitheelcellen bedekt zijn met microscopisch kleine uitgroeiingen (trilharen of cilia (cilie¨n)). Het trilhaarepitheel in de bovenste luchtwegen (zie ook afb. 4.7) brengt verontreinigingen naar de farynx (keelholte). In de tubae (eileiders) vervoeren de trilharen de, al dan niet bevruchte, eicel in de richting van de baarmoeder; – kliercellen; wat de klieren betreft kan men onderscheid maken tussen klieren met een afvoerbuis en klieren zonder afvoerbuis (afb. 1.16). Beide halen hun grondstoffen voor de secretieproducten direct uit het bloed. Klieren met een afvoerbuis worden exocriene klieren of klieren met externe (uitwendige) secretie genoemd. De exocriene klieren kunnen buis- of trosvormig zijn (afb. 1.17). Zweetklieren bijvoorbeeld zijn buisvormig en speekselklieren trosvormig.

52

Fysiologie en anatomie niveau 5

Klieren zonder afvoerbuis worden endocriene klieren of klieren met interne (inwendige) secretie genoemd. Deze klieren brengen de gevormde producten, hormonen genoemd, rechtstreeks in de bloedbaan. Ze worden ook wel hormoonklieren genoemd. Het pancreas (alvleesklier) is een voorbeeld van een orgaan dat zowel een exocriene functie heeft (vorming van pancreassap voor de spijsvertering) als een endocriene functie (productie van de hormonen insuline en glucagon in de eilandjes van Langerhans). Afbeelding 1.16 Exocriene klier (a) en endocriene klier (b).

Afbeelding 1.17 Buisvormige en trosvormige klieren.

1.9.2 steunweefsels In tegenstelling tot het dekweefsel liggen de cellen bij de steunweefsels niet aaneengesloten. De nadruk ligt hier niet op het celverband, maar op de door de cellen gevormde tussencelstof. Afhankelijk van de aard en de opbouw van de tussencelstof zijn er drie typen steunweefsels te onderscheiden: bindweefsel, kraakbeen en been. Alle steunweefsels kunnen drie soorten eiwitvezels met verschillende eigenschappen bevatten. Dit zijn: – collagene of lijmgevende vezels; deze worden zo genoemd omdat ze bij

1

53

Cellen en weefsels

koken een lijmachtige stof afgeven. Ze zijn meestal onvertakt, sterk en weinig elastisch, dus trekvast; – elastische vezels; deze zijn rekbaar en kunnen weer tot hun oorspronkelijke lengte terugveren. Ze zijn meestal vertakt, waardoor er een soort netwerk ontstaat; – reticulinevezels (netvormige vezels); deze zijn erg dun en vertakt, waardoor een uiterst fijn netwerk ontstaat. Op grond van deze eiwitvezels, de soort tussencelstof en de soort cellen zijn er een groot aantal soorten steunweefsel te onderscheiden. Bindweefsel Het bindweefsel (afb. 1.18) kan zich in vele vormen voordoen; dit hangt vooral samen met het feit dat de bindweefselcellen een tussencelstof kunnen afscheiden, die zich op zeer uiteenlopende wijzen kan ontwikkelen. Bovendien kunnen uit de grondvormen van de bindweefselcellen (namelijk vertakte, min of meer stervormige cellen) ook nog verschillende soorten cellen ontstaan. De bindweefselcellen produceren de bovengenoemde eiwitvezels, die zij in hun omgeving afzetten. Er wordt onderscheid gemaakt in: vezelig bindweefsel, reticulair bindweefsel en vetweefsel. Afbeelding 1.18 Bindweefsel.

Vezelig bindweefsel wordt onderverdeeld in: – stevig of straf (collageen) bindweefsel; in de tussencelstof bevinden zich veel collagene vezels, bijvoorbeeld pezen en banden (ligamenten); – losmazig bindweefsel; in de tussencelstof bevinden zich weinig vezels. Dit bindweefsel doet vooral dienst als vulweefsel, bijvoorbeeld onderhuids bindweefsel dat met vet is opgevuld (vetdepot); – elastisch bindweefsel; in de tussencelstof bevinden zich veel elastische vezels, bijvoorbeeld in de wand van de grote slagaders. Het elastisch bindweefsel vangt hier grote veranderingen in de bloeddruk op. De onderlinge verhouding van de verschillende vezels in bindweefsel is niet constant gedurende het hele leven. Bij veroudering neemt de bijdrage van elastische vezels af, waardoor bijvoorbeeld de huid minder veerkrachtig wordt. Ook de wand van de arterie¨n wordt minder elastisch. Hierdoor stijgt de bovendruk in de arterie¨n. Bij zwan-

54

Fysiologie en anatomie niveau 5

gerschap treedt juist een omgekeerd effect op en wordt het bindweefsel elastischer. Daardoor worden gewrichten en banden slapper. De functies van het vezelig bindweefsel staan uiteraard in direct verband met de structuur. De belangrijkste functies zijn: – stevigheid, omhulling en verbinding van organen en een geleideweg voor vaten en zenuwen; – het overbrengen van krachten van een spier. Vanzelfsprekend bestaan pezen uit stevig bindweefsel: de krachten zijn groot en het weefsel mag niet rekken, omdat een spiercontractie anders alleen de pees uitrekt en er geen beweging tot stand komt; – uitwisseling van opbouw- en afbraakproducten vanuit het weefselvocht; dit is ook belangrijk voor de voeding van dekweefsel, dat zelf geen bloedvaten bevat; – bescherming tegen schadelijke invloed van buitenaf; bovendien als verdediging door wondsluiting en littekenvorming. Bij beschadiging van weefsels sluiten de bindweefselcellen de beschadigde plek zo goed mogelijk af. Reticulair bindweefsel is het basisweefsel voor: – bloedvormend weefsel: het rode beenmerg dat zich in de spongiosa van de beenderen bevindt en waarin zich de verschillende typen bloedcellen ontwikkelen; – lymfatisch weefsel in de lymfeknopen, waar de mazen van het netwerk zijn opgevuld met lymfocyten die daar ook voortdurend worden gevormd; ook de milt bevat veel reticulair bindweefsel (zie par. 2.2.6); – geel beenmerg, dat zich in de holten van pijpbeenderen bevindt en dat veel vet bevat, maar geen bloedcellen vormt (zie par. 11.1.1). Behalve bij de vorming van bloedcellen speelt het reticulair bindweefsel ook een belangrijke rol bij de afweer. Binnen het netwerk van de reticulinevezels in reticulair bindweefsel is veel ruimte voor fagocyterende cellen, zoals de histiocyten. Deze cellen kunnen schadelijke bacterie¨n opnemen en met behulp van bepaalde enzymen verteren (zie afb. 3.2B). Vetweefsel is in oorsprong vezelig of reticulair bindweefsel waarin zich een zeer grote hoeveelheid vetcellen bevindt. Vetcellen ontstaan doordat in de bindweefselcellen vetdruppeltjes samenvloeien tot grotere vetdruppels. Ten slotte bestaan deze vetcellen uit grote vetdruppels, omgeven door een dun laagje cytoplasma (afb. 1.19). Hierin liggen maar weinig organellen, de kern ligt tegen het celmembraan aangedrukt. De functies van het vetweefsel zijn: – opslag van vet als reserve; bij vermagering wordt dit vet gebruikt als energiebron. Het depotvet kan op vele plaatsen in het lichaam aanwezig zijn zoals in het onderhuidse bindweefsel en in het mesenterium (ophangband van de darm) of in het omentum majus (grote net) (afb. 1.32);

1

Cellen en weefsels

55

– steun geven aan organen en weefsels; rondom de nieren bijvoorbeeld bevindt zich een stevige vetlaag die omwikkeld is met collagene vezels. Ook wordt vetweefsel onder andere aangetroffen in gewrichten, de oogkassen, de wangen, in de handpalmen en voetzolen. In al deze gevallen heeft het vetweefsel de functie om druk op de desbetreffende lichaamsdelen op te vangen; – isolatiefunctie; het vetweefsel zorgt in het onderhuidse bindweefsel voor de warmte-isolatie. Het menselijk lichaam wordt hierdoor beschermd tegen sterke schommelingen in de buitentemperatuur; vet is namelijk een slechte warmtegeleider. Het vetweefsel zorgt eveneens voor elektrische isolatie in de vorm van de myelineschede (mergschede) rondom de zenuwceluitlopers, waardoor ‘kortsluiting’ wordt voorkomen en de zenuwimpuls sneller wordt voortgeleid. Afbeelding 1.19 Vetweefsel (vergroting 5006). Li = vetdruppel in een cel. Door de histologische bewerking is in bijna alle cellen het vet opgelost, zodat alleen de celmembranen (zie pijlen) overblijven.

In het verleden werd gedacht, dat vetcellen slechts tot taak hadden vet op te slaan en af te geven wanneer dat nodig was. Inmiddels is gebleken dat vetcellen een hormoonachtige stof afgeven (leptine), die bij muizen het verzadigingsgevoel stimuleert. Behandeling van zwaarlijvige mensen met leptine leidde echter niet tot het gewenste resultaat. Het menselijke leptine blijkt dus op een andere manier te werken. Daarnaast produceren menselijke vetcellen nog veel meer stoffen met een regulerende werking. Dit zijn vooral stoffen die ontstekingsreacties stimuleren. Hierin ligt mogelijk een verklaring voor het feit dat zwaarlijvige mensen een grotere kans hebben op atherosclerose (hart- en vaatziekten) en een bepaalde vorm van diabetes mellitus. Kraakbeen De tussencelstof van kraakbeen is betrekkelijk vast maar toch vervormbaar; hij bestaat uit chondrine (kraakbeenlijm) met daarin een wisselende hoeveelheid vezels. De kraakbeencellen liggen in groepjes ingekapseld in de tussencelstof (afb. 1.20). Kraakbeen bevat evenals dekweefsel geen bloedvaten (avasculair) en geneest daardoor slecht. Voeding van de kraakbeencellen vindt plaats door middel van diffusie vanuit de bloedvaten in het perichondrium (kraakbeenvlies), dat het kraakbeen omgeeft.

56

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 1.20 Hyalien kraakbeen (vergroting 5256). De chondrocyten (Ch) liggen grotendeels ingebed in een kraakbeenmatrix (KM). Het buitenoppervlak wordt gevormd door het perichondrium (Pe).

Op grond van de aanwezigheid van vezels in de tussencelstof worden de volgende typen kraakbeen onderscheiden: – hyalien kraakbeen; de tussencelstof is doorschijnend en al dan niet voorzien van zeer dunne collagene vezels. Hyalien kraakbeen wordt onder andere aangetroffen als bekleding van gewrichtsvlakken (het geeft vanwege het gladde oppervlak weinig wrijving) en in het ribkraakbeen. Het tijdelijke skelet van het embryo bestaat ook uit hyalien kraakbeen totdat het door bot wordt vervangen. Tot het einde van de groei blijven hiervan de epifysairschijven over (zie par. 11.1.3). Ook wordt hyalien kraakbeen aangetroffen in de ademhalingswegen: larynx (strottenhoofd), trachea (luchtpijp), bronchi en bronchioli; – elastisch kraakbeen; de tussencelstof is geelachtig van kleur en bevat veel elastische vezels. Het bevindt zich bijvoorbeeld in de oorschelpen, neusvleugels en de epiglottis (strotklepje); – vezelig kraakbeen; de tussencelstof bevat veel dikke bundels collagene vezels. Doordat het trekvast en drukbestendig is komt het bijvoorbeeld voor in de tussenwervelschijven van de wervelkolom (behalve in de kern hiervan: de nucleus pulposus) en in de menisci. Ook de symphysis pubica, kortweg symfyse genoemd, de kraakbeenverbinding tussen de beide schaambeenderen, bestaat uit vezelig kraakbeen. Voorafgaand aan een bevalling verweekt dit kraakbeen onder invloed van hormonen, waarna de ontsluitingsfase van de bevalling begint. Het kraakbeen heeft de volgende functies: – het vormt door de bekleding van de gewrichtsvlakken een soort lager, waardoor de bewegingen in de gewrichten soepel verlopen. Wanneer de kraakbeenbekleding van de gewrichten degenereert (bijv. bij artrose) worden bewegingen vaak uiterst moeilijk en pijnlijk, doordat de ruwe boteinden over elkaar schuiven; – het speelt een belangrijke rol bij de vorming van vele botstukken zoals bij de groei van pijpbeenderen;

1

Cellen en weefsels

– het vormt vaak een soepele botverbinding, bijvoorbeeld tussen ribben en sternum (borstbeen), de tussenwervelschijven tussen de wervellichamen van de wervels; – het geeft vorm aan bepaalde lichaamsdelen (oor, neus). Behalve bij jonge kinderen kan beschadigd kraakbeen moeilijk regenereren en dan nog vaak onvolledig. Bij volwassenen is regeneratie alleen mogelijk vanuit het perichondrium. Bij beschadiging van het kraakbeen dringen cellen vanuit het perichondrium in het defect en vormen daar nieuw kraakbeen. Bij grote beschadigingen (en soms ook bij kleine) vormen deze cellen alleen littekenweefsel. Beenweefsel Bij botten wordt een hard, compact deel (compacta) en een sponsachtig deel (spongiosa) onderscheiden. Zowel compact been als sponsachtig been is opgebouwd uit osteonen (botcilinders). In een osteon liggen beenlamellen in concentrische lagen dicht tegen elkaar aan gerangschikt rondom de kanalen van Havers, waarin bloedvaten lopen. Deze zorgen voor de voeding van de beencellen. De afbraakproducten van de stofwisseling worden afgevoerd door venulen. De beenlamellen bestaan uit collagene vezels en calciumzouten. De collagene vezels geven het bot enige buigzaamheid, de calciumzouten zorgen voor de hardheid van het bot (afb. 1.21). Tussen de lamellen liggen de vrij kleine beencellen (osteocyten). Deze staan door fijne uitlopers met elkaar in verbinding.

Afbeelding 1.21 Een segment van een stukje been (a), microfoto (b) van beenweefsel (gekleurd), en een elektronenmicroscopische foto van beenweefsel (c). KH = kanaal van Havers (vergroting 500x).

57

58

Fysiologie en anatomie niveau 5

In compact been lopen de osteonen evenwijdig aan elkaar met heel weinig tussenruimte. In de spongiosa liggen de osteonen verder uit elkaar, waardoor er goed doorbloede holtes ontstaan. In deze holtes bevindt zich het rode beenmerg met de stamcellen voor alle bloedcellen (zie par. 2.1.4). Normaal worden calciumzouten voortdurend aan- en afgevoerd. Beenweefsel is geen dode materie; het wordt voortdurend opgebouwd en afgebroken. Bij kinderen bevat het beenweefsel veel vezels en relatief weinig calciumzouten. Als een bot breekt blijft vaak het periost (beenvlies) intact: de zogenoemde ‘greenstick fracture’ (breken van een vers takje). Bij oude mensen is de hoeveelheid bot afgenomen. Het bevat relatief meer calciumzouten en minder vezels. Het is bros geworden en breekt daardoor sneller. Bij de ontwikkeling van het bot (zie par. 11.1.3) wordt uiteengezet dat er hierbij drie typen cellen zijn te onderscheiden, namelijk osteoblasten (beenvormende cellen), osteocyten (beencellen) en osteoclasten (beenvretende cellen). Voor de functies van beenweefsel wordt verwezen naar paragraaf 11.1.1. Bloed Bloed, een vloeibaar weefsel, wordt tot steunweefsel (bindweefsel) gerekend. Het bloedplasma is de tussencelstof. Bloed wordt behandeld in hoofdstuk 2. 1.9.3 spierweefsel In het algemeen bestaat spierweefsel uit langgerekte cellen (ook wel spiervezels genoemd) met draden die voornamelijk uit eiwitten bestaan. Deze draden worden spierfibrillen of myofibrillen genoemd (afb. 1.22); ze zijn contractiel, dat wil zeggen dat ze zich kunnen samentrekken (contraheren). Op grond van bouw en functie zijn er drie typen spierweefsel te onderscheiden (afb. 1.23): – glad spierweefsel; dit komt voor in de wand van holle organen zoals in de wand van het spijsverteringskanaal en van de bloedvaten. Het bestaat uit spoelvormige cellen met e´e´n kern (in het midden van de cel). Gladde spiercellen trekken zich vrij langzaam samen en zijn vrijwel onvermoeibaar. Ze reageren veel trager dan dwarsgestreepte spiervezels. De zenuwverzorging geschiedt door het onwillekeurige, autonome (vegetatieve) zenuwstelsel. Men kan dus geen invloed uitoefenen op de werking van dit spierweefsel (onwillekeurig spierweefsel); – dwarsgestreept spierweefsel; dit komt voor bij de skeletspieren. Het bestaat uit lange ketens van cellen waarvan de tussenmembranen zijn verdwenen. Zo ontstaan spiervezels met talrijke kernen, gelegen aan de buitenzijde van de langgerekte vezel. De myofibrillen (myos = spier) bevatten banden met verschillende lichtbreking, wat de dwarsstreping verklaart. Dwarsgestreept spierweefsel reageert en werkt snel, waardoor het spoedig vermoeid is. Het is afhankelijk van de wil; het wordt daarom ook willekeurig spierweefsel ge-

1

Cellen en weefsels

59

Afbeelding 1.22 Bouw van een dwarsgestreepte skeletspier; a, b en c geven oplopende vergrotingen weer.

noemd, omdat de zenuwvoorziening geschiedt door het willekeurige (animale) zenuwstelsel. In dit verband dient opgemerkt te worden dat willekeurige spieren vaak onbewust worden gebruikt, zoals de ademhalingsspieren; – hartspierweefsel; de myofibrillen van de hartspiercellen zijn dwarsgestreept, maar de werking is onwillekeurig. De hartspiervezels bezitten per cel e´e´n centraal gelegen kern en vormen een vertakt netwerk. Het weefsel reageert snel en is toch onvermoeibaar doordat het telkens een kortdurende activiteit afwisselt met een kortdurende rustperiode. De zenuwvoorziening geschiedt door het onwillekeurige, autonome (vegetatieve) zenuwstelsel.

Afbeelding 1.23 Vergelijking van de drie soorten spiervezels; gladde spier (a), dwarsgestreepte spier (b) en hartspier (c).

60

Fysiologie en anatomie niveau 5

Samenvattend: het spierweefsel zorgt voor de normale lichaamshoudingen (fixatie) en het tot stand brengen van bewegingen. In bepaalde gevallen hebben spieren een beschermende functie doordat ze een bouwelement zijn van de lichaamswand (borst- en buikwand). 1.9.4 zenuwweefsel Het zenuwweefsel wordt in het algemeen gekenmerkt door cellen met een cellichaam en sterk vertakte uitlopers (afb. 1.24). Hierdoor is dit weefsel in staat om impulsen over bepaalde afstanden in het lichaam voort te geleiden. Het vormt een zeer samengesteld netwerk van verbindingen tussen de weefsels waar die prikkels worden opgevangen en de weefsels waar de impulsen uiteindelijk tot een reactie leiden. Bij het zenuwweefsel zijn er zenuwcellen (neuronen) en de steuncellen (glia- of neurogliacellen).

Afbeelding 1.24 Schema van een motorische zenuwcel.

Afhankelijk van de taak zijn er een aantal verschillende soorten neuronen (par. 6.1). Het standaardtype zenuwcel heeft de volgende onderdelen: – een cellichaam met een celkern; – e´e´n of meer dendrieten; dit zijn, meestal korte, uitlopers die de impuls naar het cellichaam toe geleiden; – e´e´n of meer axonen; dit zijn de lange uitlopers (ook nog dikwijls neurieten genoemd) die de impuls van het cellichaam af geleiden en aan de uiteinden eindvertakkingen bezitten, die in verbinding staan met bijvoorbeeld een spier of een zintuigorgaan. De meeste axonen in het perifere zenuwstelsel (dat wil zeggen buiten hersenen en ruggenmerg) zijn omgeven door de myelineschede en het neurilemma (schede van Schwann), die is opgebouwd uit cellen. De myelineschede is binnen het perifere zenuwstelsel een afzettingsproduct van de cellen van Schwann en bestaat uit een witte, vetachtige substantie rondom het axon. De myelineschede, die dient voor de elektrische isolatie, wordt op bepaalde afstanden van elkaar (telkens na ongeveer 1 mm) onderbroken door insnoeringen van Ranvier. Axonen met een myelineschede hebben een veel grotere impulsgeleidingssnelheid dan axonen zonder een myelineschede.

1

Cellen en weefsels

Neurogliacellen zorgen niet alleen voor steun, maar spelen ook een belangrijke rol bij de voeding van de neuronen en bij afweerreacties tegen schadelijke invloeden. Men onderscheidt de volgende typen gliacellen: ependymcellen, oligodendrocyten, astrocyten (de grootste groep gliacellen) en microgliacellen. De functie van deze soorten gliacellen is uitgewerkt in paragraaf 6.1.2. 1.10

Algemene topografie

In de anatomie verstaat men onder het begrip topografie de beschrijving van de ligging van de organen en structuren ten opzichte van elkaar. De bestudering van de topografische anatomie is niet alleen belangrijk voor een goed inzicht in de bouw van het menselijk lichaam maar heeft ook een grote waarde voor bijvoorbeeld medici en kunstenaars. Het zal duidelijk zijn, dat een chirurg goed op de hoogte moet zijn van de ligging van bijvoorbeeld de galblaas en de omringende organen en weefsels om de galblaas operatief te kunnen verwijderen. Zo zal ook een beeldhouwer goed op de hoogte moeten zijn van de samenstelling van het geraamte met de aanhechting van spierbundels om een lichaam in actie natuurgetrouw weer te geven. Op grond van de anatomische topografie kan men een onderscheid maken tussen de lichaamswand en de lichaamsholten. Voordat een behandeling van lichaamswand en lichaamsholten volgt, wordt eerst een overzicht gegeven van statische en dynamische richtingaanduidingen van het menselijk lichaam. 1.10.1 statische en dynamische richtingaanduidingen Het is met betrekking tot houding en beweging belangrijk om te beschikken over termen waarmee de ligging van organen en de bewegingsrichting kunnen worden weergegeven. Hierbij wordt onderscheid gemaakt tussen statische en dynamische richtingaanduidingen. De statische richtingaanduidingen (tabel 1.2 en afb. 1.25) betreffen vlakken, coo¨rdinaatassen, richtingen (met betrekking tot ligging) en zijden, terwijl de dynamische richtingaanduidingen betrekking hebben op bewegingsrichtingen (tabel 1.3 en afb. 1.26). 1.10.2 lichaamswand en lichaamsholten De lichaamswand omsluit de lichaamsholten waarbinnen, veilig beschut, belangrijke orgaanstelsels liggen. De bouwelementen van de lichaamswand bestaan uit onderdelen van het skelet en weke delen. Wat het skelet betreft zijn de wervelkolom, de ribben, het bekken en de schedel belangrijke bouwelementen van de lichaamswand. Skeletspieren en bindweefsel zijn de belangrijkste weke delen van de lichaamswand. De ledematen zijn te beschouwen als uitbreidingen van de lichaamswand; ze zijn ook voornamelijk opgebouwd uit skeletstukken en spieren. De lichaamswand bestaat van buiten naar binnen uit de volgende structuren: – de huid, die bij de lichaamsopeningen overgaat in slijmvlies, zoals

61

62

Tabel 1.2

Fysiologie en anatomie niveau 5

Statische richtingaanduidingen.

ventraal

=

aan of naar de buikzijde; synoniem: anterior

dorsaal

=

aan of naar de rugzijde; synoniem: posterior

frontaal

=

1. in een vlak evenwijdig aan het voorhoofd 2. m.b.t. het voorhoofd

sagittaal

=

in een vlak evenwijdig aan middelste (mediane) vlak van voor naar achteren

transversaal

=

in een vlak evenwijdig aan de bodem

lateraal

=

zijdelings, opzij, naar opzij

mediaal

=

naar het midden toe

mediaan

=

in het midden gelegen

centraal

=

in het midden; betreft het zenuwstelsel en bloedvaten

perifeer

=

aan de omtrek, aan de uiteinden; betreft het zenuwstelsel en bloedvaten

proximaal

=

aan de zijde van (dichtbij) of in de richting van de romp

distaal

=

naar het uiteinde van een extremiteit toe

craniaal

=

aan of naar de kant van de schedel

caudaal

=

aan of naar de kant van het staartbeen (cauda)

superior

=

hoger, boven

inferior

=

onder, beneden

profundus

=

diep

superficialis

=

oppervlakkig

Afbeelding 1.25 Statische richtingaanduidingen; links: het mediane vlak, midden: het frontale vlak, rechts: het transversale vlak.

bij de mond- en neusholte; de huid wordt behandeld in hoofdstuk 9; – het onderhuidse bindweefsel met collagene en elastische vezels, die rechtstreeks doorlopen in de netvormige laag van de lederhuid. In dit onderhuidse bindweefsel ontwikkelen zich vetcellen, waardoor deze laag in extreme gevallen wel 10 cm dik kan worden. Het onderhuidse bindweefsel bevat veel bloedvaten en zenuwvezels; het

1

63

Cellen en weefsels

Tabel 1.3

Dynamische richtingaanduidingen.

flexie

=

buigbeweging

extensie

=

strekbeweging

- anteflexie

=

naar ventraal gebogen (arm, been)

- retroflexie

=

naar dorsaal gebogen (arm, been)

abductie

=

een beweging van de middellijn (mediaanlijn) af

adductie

=

een beweging naar de middellijn (lichaamsas) toe

endorotatie

=

binnenwaartse draaiing

exorotatie

=

buitenwaartse draaiing

pronatie

=

1 een draaibeweging van de hand waarbij de handrug aan de bovenzijde komt te liggen; radius en ulna zijn gekruist 2 draaiing van de voet waarbij de mediale voetrand omlaag gaat

supinatie

=

1 een draaibeweging van de hand waarbij de handpalmen aan de bovenzijde komt te liggen; radius en ulna liggen evenwijdig aan elkaar 2 draaiing van de voet waarbij de mediale voetrand omhoog gaat

opponeren

=

een beweging waarbij de duim zich tegenover de andere vingers stelt, waardoor de hand kan grijpen

NB.: In de praktijk worden pronatie-supinatie en abductie-adductie in de voet nooit afzonderlijk uitgevoerd. Er vinden gecombineerde bewegingen plaats, namelijk abductie en pronatie. Dit wordt eversie genoemd. Inversie is een gecombineerde adductie en supinatie.

Afbeelding 1.26 Dynamische richtingaanduidingen.

heeft behalve een vetdepotfunctie een belangrijke warmte-isolerende werking; – de fascie; dit is een stevig omhullend vlies van vezelig bindweefsel waarin het gehele lichaam verpakt is; – de spieren en botten; deze bevinden zich direct onder de fascie. De borstwand is veel steviger dan de buikwand, doordat hij voor een belangrijk deel uit botstukken bestaat, namelijk het sternum (borstbeen), de ribben en de wervelkolom, waartussen spieren zijn bevestigd. De buikwand is aan de voor- en zijkant uitsluitend uit spieren opgebouwd; het bekken bestaat voornamelijk uit bot. Lichaamsholten zijn ruimten die door de lichaamswand worden omsloten. Er zijn drie lichaamsholten: de thoraxholte of borstholte (cavitas

64

Fysiologie en anatomie niveau 5

thoracis), de buikholte (cavitas peritonealis) en de bekkenholte (cavitas pelvis). De bovenste twee ruimten worden van elkaar gescheiden door het diafragma (middenrif). Er bestaan twee typen lichaamsholten: sereuze holten en bindweefselruimten. Sereuze holten worden omsloten door weivliezen (weivlies = serosa), eerder genoemd bij de behandeling van het dekweefsel (par. 1.9.1). De sereuze holten van het menselijk lichaam zijn: – pleuraholte; dit is een spleetvormige ruimte tussen de pleura visceralis en pleura parietalis (long- en borstvlies), gevuld met vocht (zie par. 4.1.5); – peritoneale holte; dit is de buikholte, dat wil zeggen de ruimte omsloten door het peritoneum (buikvlies; zie par. 10.18). Tot de bindweefselruimten behoren: – hals; – mediastinum (middenholte); dit is de ruimte in de thoraxholte tussen de longen; – extraperitoneale ruimten; deze zijn gelegen buiten het peritoneum maar uiteraard wel in de buik (zie par. 10.18); – pericardholte; dit is de ruimte binnen het pericard of hartzakje, een dubbelwandig zakje rondom het hart (zie par. 2.2.1). Er zijn ook ruimten die uitgespaard zijn in de lichaamswand, namelijk de hersenschedel (met daarin de hersenen) en het wervelkanaal die de ruimte vormt van op elkaar aansluitende wervelgaten (met daarin het ruggenmerg). De thoraxholte wordt omsloten door de thorax (borstkas) en het diafragma. Hij bevat de longen, alsmede het mediastinum met onder andere het hart, de grote bloedvaten, de trachea, de oesofagus, zenuwen, de ductus thoracicus (borstbuis, het grootste lymfevat) en de thymus (zwezerik) of het restant van dat orgaan. De binnenzijde van de borstholte wordt bekleed met de pleura parietalis (het wandstandige borstvlies); aan de buitenzijde van de longen bevindt zich de pleura visceralis (= pleura pulmonalis = longvlies). Tussen deze twee vliezen bevindt zich de pleuraholte, gevuld met pleuravocht. De ligging van de vliezen kan duidelijk gemaakt worden vanuit de embryonale ontwikkeling (afb. 1.27). Tijdens deze ontwikkeling van de longen ontstaan de longkwabben als uitgroeisels van de embryonale trachea. Daarbij duwen zij de pleura voor zich uit, zodat er uiteindelijk nog maar een heel kleine pleuraholte overblijft. Het deel van de pleura dat met het longweefsel vergroeit, wordt de pleura visceralis genoemd; het deel dat met de borstwand vergroeit, heet de pleura parietalis. In het midden van de borstholte bij de longhilus, de plaats waar de bronchi en de bloedvaten de long binnendringen, gaat de pleura parietalis over in de pleura visceralis (afb. 1.28).

1

Cellen en weefsels

65

Afbeelding 1.27 Schematische weergave van de embryonale ontwikkeling van de longen en de vorming van de pleura hierbij.

Afbeelding 1.28 Frontale doorsnede van de thorax met de ligging van de pleura.

Het mediastinum is de ruimte in de borstholte tussen beide longen; het wordt begrensd door het sternum (borstbeen), de twee pleurabladen (pleura parietalis en pleura visceralis), de wervelkolom en het dia-

66

Fysiologie en anatomie niveau 5

fragma. Het bevat zoals eerder is vermeld veel belangrijke organen zoals het hart met grote bloedvaten, de trachea en de oesofagus. De buik-bekkenholte (afb. 1.29, 1.30 en 1.31) wordt verdeeld in de peritoneale en extraperitoneale ruimte; dit onderscheid berust op het binnen of buiten het peritoneum gelegen zijn van deze ruimten.

Afbeelding 1.29 Abdomen; dwarsdoorsnede ter hoogte van de onderste thoracale wervel (Th12).

Afbeelding 1.30 Abdomen; computertomografische dwarsdoorsnede (CT) ter hoogte van de eerste lumbale wervel (L1).

1

Cellen en weefsels

Afbeelding 1.31 Schema van de ligging van de buikorganen ten opzichte van het buikvlies (de peritoneale holte is lichtbruin weergegeven).

De peritoneale ruimte wordt, evenals de thoraxholte, bekleed met een dubbelbladig vlies: – peritoneum parietale; dit is het buitenste, wandstandige blad van het buikvlies, gelegen tegen de buikwand; – peritoneum viscerale; dit is het orgaanstandige blad van het buikvlies. Het bekleedt veel organen of delen ervan; deze worden daarom intraperitoneale organen genoemd, zoals de maag, delen van de darm, lever en milt. Op bepaalde plaatsen gaan het peritoneum parietale en het peritoneum viscerale in elkaar over. Dit gebeurt onder andere bij het mesenterium, een plooi die dient als ophangband van de darm. Het bestaat uit twee bladen met daartussen een bindweefsellaag met bloedvaten en zenuwen. Ook het omentum majus (grote net) is een bijzondere vorm van het peritoneum. Het bevindt zich tussen de buikorganen en de voorste buikwand. Het vormt aan de voorzijde van de buik een vierdubbele plooi, die als een schortje (darmschortje) de ingewanden bedekt en beschermt (afb. 1.32). Het omentum minus is de buikvliesplooi tussen de maag en de lever. De extraperitoneale ruimte wordt onderverdeeld in: – retroperitoneale ruimte; dit is de ruimte die achter het buikvlies is gelegen; hij bevat de volgende organen of delen van organen: nieren en ureters (urineleiders), grote bloedvaten (o.a. aorta en vena cava inferior, de onderste holle ader), delen van de dikke darm

67

68

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 1.32 Omentum majus en buikingewanden.

(colon ascendens en colon descendens), het duodenum (de twaalfvingerige darm), het pancreas en zenuwweefsel (o.a. de grensstreng). Deze organen worden dan ook retroperitoneale organen genoemd; – subperitoneale ruimte; dit is de ruimte gelegen onder het buikvlies; hij bevat de volgende organen of delen van organen: de cervix uteri (baarmoederhals), de prostaat, het rectum (de endeldarm) en het onderste deel van de ureters alsmede de lege urineblaas. Deze organen worden subperitoneale organen genoemd; – preperitoneale ruimte; dit is de ruimte die voor het peritoneum is gelegen; deze bevat de urineblaas in gevulde toestand.

2

Circulatie

In dit hoofdstuk zal aandacht worden besteed aan de samenstelling en het transport van drie belangrijke lichaamsvloeistoffen: bloed, weefselvocht en lymfe. Door de circulatie wordt bereikt dat de samenstelling van het inwendig milieu (de vloeistof rondom de lichaamscellen of interstitium) constant van samenstelling blijft. Dit principe wordt homeostase genoemd (zie par. 1.3.1). Hierdoor kunnen alle cellen op ieder moment over voldoende zuurstof en voedingsstoffen beschikken zodat het celmetabolisme normaal kan verlopen. Door de circulatie worden bovendien afvalproducten vanuit de weefsels meegenomen en op speciale plaatsen, zoals in de nieren en de longen, uit het bloed verwijderd (afb. 2.1). Ten slotte zorgt de circulatie voor een gelijkmatige verdeling van de warmte over het lichaam. Afbeelding 2.1 Cellen die geen contact hebben met het uitwendig milieu zijn voor aanvoer en afvoer aangewezen op diffusie vanuit en naar de bloedsomloop.

C.A. Bastiaanssen et al., Fysiologie en anatomie, DOI 10.1007/978-90-313-8098-5_2, © Bohn Stafleu van Loghum, 2007

70

Fysiologie en anatomie niveau 5

2.1

Bloed

2.1.1 samenstelling van het bloed Het bloedvolume bedraagt ongeveer 7% van het lichaamsgewicht (5-6 l voor een volwassene). Het bloed heeft de volgende samenstelling (afb. 2.2): – bloedplasma (ongeveer 55% van het totale bloedvolume): een heldere, lichtgele vloeistof met de volgende samenstelling: water; plasma-eiwitten: – albumine; – globulinen: alfaglobulinen; be`taglobulinen; gammaglobulinen; – fibrinogeen; zouten (ionen); onder andere Na+, K+, Ca2+, PO43- (fosfaat), Cl(chloride), HCO3- (monowaterstofcarbonaat, in de medische wereld vaak bicarbonaat genoemd); voedingsstoffen zoals glucose, aminozuren, vetzuren, glycerol en vitaminen; hormonen; afvalstoffen (o.a. ureum, urinezuur, CO2, bilirubine); . .

. . .

.

.

. .

– bloedcellen (ongeveer 45% van het totale bloedvolume): erytrocyten (rode bloedcellen); leukocyten (witte bloedcellen): – granulocyten; – lymfocyten; – monocyten; trombocyten (bloedplaatjes). De normale concentraties opgeloste stoffen in bloed en de normale aantallen bloedcellen zijn terug te vinden in bijlage II. . .

.

Afbeelding 2.2 Gestold bloed bij een vergroting van ongeveer 1000x (a). Vers bloed is egaal van kleur (b). Onstolbaar gemaakt bloed scheidt zich in bloedplasma en bloedcellen (c). Gestold bloed (d) bestaat uit een bloedkoek en bloedserum (bloedplasma zonder fibrinogeen).

2.1.2 functies van het bloed Het bloed heeft drie belangrijke hoofdfuncties: – transport van onder andere de gassen O2 en CO2 in opgeloste vorm

2

Circulatie

(zie par. 2.1.10), voedingsstoffen, hormonen, eiwitten en excretieproducten; in dit verband kan ook het transport van warmte genoemd worden, zodat de lichaamstemperatuur constant blijft. Sommige stoffen zijn slecht in water oplosbaar en daarom niet simpel door het bloed te vervoeren. Ze worden door koppeling aan transporteiwitten, zoals albumine, alfa- en be`taglobulinen, vervoerd; – handhaven van een constant inwendig milieu ten aanzien van onder andere (kristalloı¨d)-osmotische waarde, colloı¨d-osmotische druk (COD) en pH; – beschermende functie. Het bloed biedt bescherming tegen ziekteverwekkers en andere lichaamsvreemde stoffen (zie hoofdstuk 3). Een tweede belangrijke beschermende functie van het bloed bestaat uit het proces van de bloedstelping (hemostase, par. 2.1.9). Alvorens dieper in te gaan op de functies van het bloed wordt hier eerst de anatomie van het bloed, dat wil zeggen het bloedplasma en de bloedcellen, nader uitgewerkt. 2.1.3 bloedplasma Bloedplasma kan verkregen worden door bloed, dat onstolbaar is gemaakt met een anticoagulans (antistollingsmiddel), zoals heparine of citraat, te centrifugeren. Onder in de centrifugebuis komen de bloedcellen en bovenin het lichtgele, heldere bloedplasma (afb. 2.2). Wanneer bloed wordt opgevangen in een buisje zonder anticoagulans treedt er stolling op, waarbij er een bloedprop ontstaat waar de vloeistof wordt uitgeperst. Deze vloeistof wordt serum genoemd. Serum is dus bloedplasma zonder stollingseiwitten zoals fibrinogeen. Onder de hematocrietwaarde (Ht) wordt het deel van het bloedvolume verstaan dat in beslag wordt genomen door de bloedcellen, uitgedrukt in l/l. De Ht bedraagt gemiddeld 0,45 l/l, oftewel 0,45 liter cellen per liter bloed. Het zal duidelijk zijn dat de hematocrietwaarde hoofdzakelijk wordt bepaald door het aantal rode bloedcellen (95% van alle bloedcellen). De Ht wordt ook soms uitgedrukt in een percentage, bijvoorbeeld 45%. Bij veel vochtverlies zal de Ht sterk verhoogd zijn. Om die reden wordt de hematocrietwaarde ook vaak gebruikt om de mate van dehydratie van een patie¨nt vast te stellen. Functie plasma-eiwitten De plasma-eiwitten hebben een veelzijdige functie: – handhaving van de COD (colloı¨d-osmotische druk = oncotische druk), onder andere belangrijk bij de uitwisseling in de capillairen (haarvaten) en bij de ultrafiltratie in de nefronen (zie par. 5.1.2); deze functie komt vooral op rekening van albumine, de grootste eiwitfractie van het bloedplasma; – transportmiddel (albumine, alfa- en be`taglobulinen) van onder andere lipiden (lipoproteı¨nen), niet-wateroplosbare hormonen, ijzer (transferrine; zie ijzerstofwisseling in par. 2.1.5), koper en calcium (zie hoofdstuk 10). Daarnaast zorgt albumine voor het vervoer van galkleurstoffen (bilirubine). Ook niet-wateroplosbare geneesmiddelen worden,

71

72

Fysiologie en anatomie niveau 5

–

– – –

–

gebonden aan albumine, door het bloed vervoerd. De transportcapaciteit van albumine is niet onbegrensd; met andere woorden: er is sprake van concurrentie van stoffen voor binding aan de plasmaeiwitten. Wanneer een patie¨nt wordt behandeld met een grote dosis van een medicijn, dat een sterke affiniteit heeft voor albumine, kan dat tot gevolg hebben dat andere stoffen (hormonen, galkleurstoffen) van het eiwit worden verdrongen. Deze komen dan in het bloedplasma; antilichamen: gammaglobulinen (zie hoofdstuk 3). De gammaglobulinefractie bevat de verzameling van antilichamen in het bloed van e´e´n persoon. Bij een injectie met gammaglobuline (bijvoorbeeld voor een reis) krijgt de persoon antilichamen toegediend, die zijn geı¨soleerd uit het bloed van donoren; stollingsfactoren; zie coagulatie (bloedstolling) in par. 2.1.9; enzymen; buffercapaciteit; bij een dreigende pH-daling (acidose) zijn de plasma-eiwitten (bijvoorbeeld albumine) in staat H+-ionen te binden; bij een pH-stijging (alkalose) kunnen zij extra H+-ionen aan het bloed afstaan (zie hoofdstuk 1); eiwitreserve; in de lever kunnen de eiwitten gesplitst worden tot aminozuren, die weer kunnen worden gebruikt voor de aanmaak van lichaamseiwitten; daarnaast kunnen de aminozuren worden omgezet tot glucose.

2.1.4 bloedcellen De verschillende soorten bloedcellen kunnen zichtbaar gemaakt worden door middel van een bloeduitstrijkje (afb. 2.3 en 2.4). Hemopoe¨se: vorming van bloedcellen De vorming van bloedcellen wordt officieel hemopoe¨se genoemd. (Grieks: poiesis = vorming). De hemopoe¨se in de embryonale periode vindt aanvankelijk plaats in de lever, milt en thymus en vanaf de zesde foetale maand ook in het dan inmiddels gevormde beenmerg. De hemopoe¨se vindt plaats vanuit zogenaamde (hemopoe¨tische) stamcellen, die ontstaan in het mesenchym (embryonaal bindweefsel). De stamcellen zijn te beschouwen als de voorlopers van de bloedcellen. Ze begeven zich naar de embryonale bloedaanmaakcentra: lever, milt, thymus, lymfeknopen en vanaf de zesde foetale maand ook naar het rode beenmerg. Door mitotische delingen en differentiatieprocessen worden hieruit de verschillende soorten bloedcellen gevormd (afb. 2.5). Vanaf een half jaar na de geboorte vindt de hemopoe¨se vooral plaats in het rode beenmerg, terwijl in milt, thymus en lymfeknopen dan ook nog lymfocyten worden geproduceerd. Bij volwassenen vindt de hemopoe¨se plaats in het rode beenmerg (vooral in de wervels, sternum en ribben). De rijping van lymfocyten vindt niet alleen plaats in beenmerg en thymus, maar ook in andere organen van het lymfatische systeem: milt en lymfeknopen. In laatstgenoemde organen worden dus geen lymfocyten geproduceerd. Onder normale omstandigheden produceert het rode beenmerg (totaal 1,2-1,5 l) per seconde ongeveer 9 miljoen bloedcellen (2,5 miljoen

2

Circulatie

73

Afbeelding 2.3 Bloedcellen: erytrocyt (rode bloedcel) (1), basofiele granulocyt (2), neutrofiele granulocyt ( fagocyt) (3), lymfocyt (4), trombocyten (bloedplaatjes) (5) en monocyt (6).

erytrocyten, 1,5 miljoen leukocyten en bijna 5 miljoen trombocyten). De productie hangt sterk samen met de levensduur van de verschillende cellen. In het bloedplasma komen ruim 800 maal meer erytrocyten voor dan leukocyten, maar doordat de leukocyten een veel kortere levensduur hebben (de granulocyten slechts ongeveer vijf dagen) ten opzichte van de gemiddelde levensduur van de erytrocyten (120 dagen), is de productie van de twee soorten cellen ongeveer van gelijke orde. Dat de productie van het aantal trombocyten beduidend hoger ligt heeft enerzijds te maken met het grote aantal per ml, maar vooral ook met de korte levensduur (ongeveer een week). Wanneer er sprake is van een versnelde bloedafbraak of bij verlies aan bloedcellen kan de productie wel vervijfvoudigd zijn. Het rode beenmerg wordt

74

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 2.4 Biconcave erytrocyten (Er) en bolvormige leukocyten (Le) in een arteriole (vergroting 6000x).

Afbeelding 2.5 Vorming van bloedcellen: hemopoe¨se. a. erytropoe¨se (vorming van rode bloedcellen) b. leukopoe¨se (vorming van witte bloedcellen/fagocyten) c. lymfopoe¨se (vorming van lymfocyten) d. trombopoe¨se (vorming van bloedplaatjes).

doorkruist door een netwerk van bloedvaatjes, die zorgen voor de aanvoer van voedingsstoffen en de talrijke cytokinen (bijv. erytropoe¨tine), die de hoge productie moeten handhaven. Langs diezelfde bloedvaten worden de gevormde bloedcellen afgevoerd naar het bloed. Dit kan pas plaatsvinden nadat de hemopoe¨tische stamcellen zich hebben gedifferentieerd en zich los hebben gemaakt van zogenaamde adhesiecellen waarmee de cellen in het rode beenmerg verbonden zijn. Nadat de cellen uitgerijpt zijn komen ze vrij en kunnen

2

Circulatie

door de bloedvaten in de bloedcirculatie worden gebracht. Er is zo aanvankelijk een zogenaamde beenmerg-bloedbarrie`re, waarlangs de bloedcellen, afhankelijk van het rijpingsstadium, kunnen passeren. Voor de meeste onrijpe cellen is het een echte barrie`re. Dit verklaart ook dat er in het bloed onder normale omstandigheden geen stamcellen en weinig voorlopercellen voorkomen. Bij de erytropoe¨se is het rijpingsproces pas voltooid nadat de celkern is verwijderd en er voldoende hemoglobine is gevormd. De laatste voorloper van een erytrocyt, de reticulocyt, wordt wel in het perifere bloed aangetroffen. Daarom is het aantal reticulocyten in het bloed een maat voor de activiteit van de erytropoe¨se. Reticulocyten bevatten geen kern maar nog wel redelijk veel RNA dat in staat is om de concentratie van hemoglobine op het gewenste niveau te brengen. Nadat reticulocyten in het bloed zijn gekomen wordt het RNA uit de cel verwijderd, een proces dat hoofdzakelijk plaatsvindt in de milt. Wanneer het lichaam niet voldoende in staat is tot productie van bloedcellen kan bij een volwassene de hemopoe¨se extramedullair (buiten het beenmerg) plaatsvinden. De foetale productieplaatsen, zoals lever en milt, pakken dan die vroegere functie weer op. Dergelijke extramedullaire hemopoe¨se kan optreden door bijvoorbeeld een beenmergtumor, zoals mutipel myeloom, ook wel ziekte van Kahler genoemd. Er is daarbij sprake van een maligne woekering van zogenaamde plasmacellen (zie hoofdstuk 3). 2.1.5 erytrocyten De belangrijkste kenmerken van de erytrocyten, afgekort ery’s genoemd, zijn weergegeven in tabel 2.1. Hemoglobine Hemoglobine (Hb) komt in het bloed uitsluitend voor binnen de erytrocyten. Het geeft aan het bloed de rode kleur. Als het bloedplasma enigszins rood gekleurd is, betekent dit, dat er erytrocyten beschadigd zijn. Dit verschijnsel wordt hemolyse genoemd. Een volwassen persoon heeft ongeveer een miljard moleculen Hb per erytrocyt. Dit komt er op neer dat er bij een volwassene ongeveer twee kg Hb in de circulatie aanwezig is. Hemoglobine bestaat uit een eiwitgedeelte (globine) en heem, een roodgekleurde niet-eiwitcomponent (afb. 2.6). Centraal in het heem bevindt zich tweewaardig ijzer (Fe2+). De binding van zuurstof aan het tweewaardig ijzer is reversibel (omkeerbaar) doordat het een zwakke binding is. Ieder Hb-molecuul is een tetrameer: ieder hemoglobinemolecuul bestaat uit vier heemgroepen waaraan telkens een globineketen is gebonden en daarmee in totaal vier globineketens. Vandaar dat Hb officieel wordt aangeduid met Hb4. Menselijk DNA bevat minstens zes verschillende globinegenen die, afhankelijk van het ontwikkelingstadium, actief zijn bij de eiwitsynthese. De vier globineketens bestaan steeds uit twee identieke paren. Op grond van de verschillende globineketens worden verschillende soorten Hb onderscheiden. Het normaal bij volwassenen voorkomende Hb wordt HbA1 genoemd (A = adult, volwassen). Dit bevat twee alfa- en twee be`ta-

75

76

Tabel 2.1

Fysiologie en anatomie niveau 5

Erytrocyten.

bouw

biconcave (dubbelholle) schijfjes.

functie

zuurstoftransport d.m.v. binding aan de rode bloedkleurstof hemoglobine (Hb). longen ? HbO2 Hb + O2 / weefsels hemoglobine oxyhemoglobine (donkerrood) (helderrood) in een omgeving met veel O2: Hb bindt zuurstof. in een omgeving met weinig O2: Hb staat zuurstof af.

productie

in rood beenmerg van: - platte beenderen (borstbeen, schouderblad, ribben, heupbeen); - epyfyse van de pijpbeenderen; - onregelmatige beenderen (hand- en voetwortelbeenderen).

aantal

ongeveer 5 000 000/mm3 bloed = 5 x 1012/l (ongeveer 95% van het totale aantal bloedcellen).

levensduur

ongeveer 120 dagen.

afbraak

in milt, lever, en rood beenmerg. Hb wordt afgebroken tot Fe (ijzer) en bilirubine (galkleurstof), die via de gal uit de lever met de feces worden afgegeven.

Hb-gehalte

bij de man: ca. 9,9 mmol/l (16,0 g%); ca. 1/6 deel van het bloed. bij de vrouw: ca. 9,0 mmol/l (14,5 g%); ca. 1/7 deel van het bloed. anemie = bloedarmoede = gebrek aan erytrocyten en/of circulerend Hb.

ketens. Foetaal en neonataal bloed bevat 90% HbF (foetaal Hb), dat twee alfa- en twee gammaketens bevat. HbF heeft een grotere bindingsaffiniteit voor zuurstof dan HbA (zie par. 2.2.4). De centrale bouwsteen, het heem, wordt in de mitochondrie¨n gemaakt in een reeks enzymatische reacties waarbij porfyrines als tussenproducten optreden. Voor een goede opbouw zijn verschillende stoffen noodzakelijk: Fe, vitamine B6 en B12, pantotheenzuur, vitamine C, foliumzuur, aminozuren en verder de elementen Co, Zn en Cu. Het hormoon erytropoe¨tine, kortweg epo, waarvan de productie plaatsvindt in de nieren en ook wel in de lever, stimuleert de aanmaak. Het eiwit globine wordt, zoals alle eiwitten, geproduceerd op het RNA in de ribosomen (zie hoofdstuk 13). Normale concentraties hemoglobine zijn voor mannen 8,5-11,0 mmol/l en voor vrouwen 7,5-10,0 mmol/l. De globineketens van hemoglobine kunnen een stabiele verbinding vormen met glucose. Dit wordt geglycosyleerd Hb, kortweg GlycoHb

2

Circulatie

77

Afbeelding 2.6 a. Tertiaire structuur van het hemoglobinemolecuul. b. Primaire structuur van de heemgroep.

genoemd. Het hemoglobine, dat op deze manier ontstaat is ook wel bekend onder de naam HbA1c. De hoeveelheid hiervan in het bloed is afhankelijk van de glucoseconcentratie over een langere periode. Een bepaling van de bloedconcentratie van HbA1c is daarom bij uitstek geschikt om bij diabeten de glucoseconcentratie over een afgelopen periode (ongeveer 60 dagen) te controleren.

Intermezzo 2.1 Anemie Met de term anemie (bloedarmoede, letterlijk: geen bloed) wordt meestal bedoeld dat er een tekort is aan erytrocyten en/of een tekort aan Hb. Klinisch is er sprake van een anemie bij een concentratie lager dan 8,0 mmol/l (bij mannen) en 6,2 mmol/l (bij vrouwen). Anemie kent vele oorzaken. De meest voorkomende oorzaak van anemie is uitwendig of inwendig bloedverlies, bijvoorbeeld bij ernstige verwondingen of bij een maagbloeding. Bij een ijzergebreksanemie is er onvoldoende Fe ter beschikking (bijv. ijzerverlies bij menstruatie). Anemie kan ook optreden wanneer de inbouw van Fe gestoord is, bijvoorbeeld bij reumatoı¨de artritis. Bij gebrek aan vitamine B12 en foliumzuur is er onvoldoende rijping van de erytrocyten in het rode beenmerg.

78

Fysiologie en anatomie niveau 5

Soms is er sprake van een hemolytische anemie door een versterkte afbraak van de erytrocyten. Door de productie van erytropoe¨tine (epo) kunnen ook de nieren aan de basis liggen van een anemie in geval van nierinsufficie¨ntie. Ook resorptiestoornissen van met name vitamine B12 (in het ileum, zie hoofdstuk 10) kunnen de oorzaak zijn. Deze kunnen onder andere ontstaan door onvoldoende afgifte van intrinsic factor door het maagslijmvlies. Ook tijdens zwangerschap treedt nogal eens een milde vorm van anemie op. In de meeste gevallen is deze eenvoudig te verklaren door een verdunningseffect. De hoeveelheid bloedplasma neemt bij een zwangere toe en de aanmaak van erytrocyten houdt hiermee geen gelijke tred. Omdat deze vorm van anemie niet veroorzaakt wordt door een ijzergebrek, heeft het slikken van ijzerpreparaten in dit geval geen zin. Sikkelcelanemie Een bijzondere vorm van hemoglobine is HbS, sikkelcelhemoglobine. In malariagebieden blijken veel mensen drager te zijn van de recessief-erfelijke ziekte sikkelcelanemie (zie hoofdstuk 13). Onder zuurstofarme condities en om andere redenen, onder andere dehydratie (bijv. bij zware inspanning), gaat HbS polymeriseren waardoor sikkelcellen, sikkelvormige erytrocyten, ontstaan. De sikkelcellen zijn erg labiel en gaan daarom gemakkelijk kapot. Dit leidt tot anemie. Een kind kan pas drie maanden na de geboorte de verschijnselen krijgen omdat sikkelcelanemie een stoornis is in de be`taketens en het hemoglobine van het kind dan nog uitsluitend gammaketens bevat.

IJzerstofwisseling Hoewel een normaal dieet enorme hoeveelheden ijzer bevat, is de opname per dag maar heel gering (1 tot 2 mg). IJzer kan alleen uit het voedsel worden geresorbeerd in de ferrovorm (Fe2+). In vlees komt ijzer vooral voor in hemoglobine en myoglobine. Daarin is het ion al tweewaardig. IJzer uit plantaardige voedingsmiddelen (Fe3+) kan alleen worden opgenomen als het eerst wordt gereduceerd tot Fe2+, bijvoorbeeld door het combineren met vitamine C. Na resorptie wordt Fe gebonden aan transferrine, het transporteiwit voor ijzer in het bloedplasma (afb. 2.7). Vrijwel al het ijzer in het bloedplasma is gebonden aan transferrine. Normaal is transferrine voor ongeveer 30% verzadigd met ijzer, maar bij een ijzertekort daalt de verzadiging. Bij ijzerstapeling kan de verzadiging toenemen, soms zelfs tot 100% zoals bij hemochromatose (ijzerstapelingsziekte) of na zeer veel bloedtransfusies. Cellen die betrokken zijn bij de erytropoe¨se bezitten op hun celmembraan specifieke transferrinereceptoren zodat het benodigde ijzer de cel kan binnendringen. Wanneer de behoefte aan hemoglobine is verhoogd, neemt de transferrineconcentratie toe zodat ijzer uit de depots kan worden vrijgemaakt en naar het beenmerg kan worden getransporteerd.

2

Circulatie

Afbeelding 2.7 Schematische voorstelling van de ijzerkringloop in het lichaam.

IJzer, dat niet nodig is voor de synthese van hemoglobine, wordt gebonden aan ferritine en opgeslagen in de ijzerdepots (lever, milt, beenmerg). Ferritine is een echt opslageiwit, want aan ferritine gebonden ijzer kan het celmembraan niet passeren in tegenstelling tot het genoemde transferrine. In het bloedplasma komt ferritine slechts in een zeer lage concentratie voor. De aanwezigheid van ferritine in het bloedplasma is een maat voor de hoeveelheid ferritine in de weefsels en daarmee van de ijzervoorraad. Verlaagde ferritineconcentraties in het bloedplasma zijn daarom als indicatie voor een ijzerdeficie¨ntie veel betrouwbaarder dan een verlaagd hemoglobinegehalte. IJzer kan ook opgeslagen worden in de vorm van hemosiderine, een onoplosbare stof, bestaande uit ferritine en ijzer. De opslag hiervan vindt eveneens plaats in lever, milt en beenmerg. Van alle ijzer in het lichaam is ongeveer 70% gebonden aan het heem in hemoglobine, 5% aan andere ijzerhoudende eiwitten en enzymen, 25% bevindt zich in opslagvorm (in de vorm van ferritine en hemosiderine). Minder dan 1% circuleert in het bloed, gebonden aan transferrine.

Intermezzo 2.2 Erytrocytenindices Om bij anemie tot een juiste diagnose te komen zijn drie bloedwaarden noodzakelijk:

79

80

Fysiologie en anatomie niveau 5

– de hematocrietwaarde (Ht); – de hemoglobineconcentratie (Hb); – het aantal erytrocyten. Deze drie bloedwaarden worden gehanteerd om nadere informatie te krijgen over de erytrocyten(populatie). Deze informatie wordt aangeduid met de term indices (Latijn: index = aanwijzer, meervoud indices). Op basis van de indices is een classificatie van de vormen van anemie mogelijk. In de terminologie zijn er basisaanduidingen voor het celvolume: normocytair (normale cellen), macrocytair (te grote cellen) en microcytair (te kleine cellen). De mate van het Hb-gehalte wordt weergegeven door de kleur (chroom): normochroom (normale kleur), hyperchroom (te hoge hemoglobineconcentratie in de erytrocyt) en hypochroom (te lage hemoglobineconcentratie in de erytrocyt). De volgende erytrocytenindices worden onderscheiden: – MCV (mean corpuscular volume); deze waarde betreft het gemiddelde celvolume van de erytrocyten en wordt berekend door de formule Ht/erytrocytenconcentratie (aantal per l). Het referentiegebied bedraagt 82-98 fl (1 fl = 1 femtoliter = 10-15 l). Wanneer de MCV lager is dan 80 fl is er sprake van een microcytaire anemie (bijv. bij ijzergebreksanemie). Liggen de waarden binnen het referentiegebied dan is er sprake van een normocytaire anemie. Bij een MCV van meer dan 98 fl is er sprake van een macrocytaire anemie, bijvoorbeeld bij gebrek aan vitamine B12 en/of foliumzuur; – MCH (mean corpuscular hemoglobin); deze index is de gemiddelde hoeveelheid hemoglobine van de erytrocyten en wordt berekend door de formule Hb/erytrocytenconcentratie met als referentiegebied 1,7-2,1 fmol (1 fmol = 1 femtomol = 10-15 mol). Soms wordt de MCH uitgedrukt in attomol (amol; 1 amol = 10-18 mol). De indices MCV en MCH zijn onafhankelijk van het geslacht van de patie¨nt, maar wel afhankelijk van de leeftijd. Bij neonaten (pasgeborenen) liggen de referentiegebieden wat hoger: voor MCV 95-120 fl en voor MCH 1,9-2,5 fmol; – MCHC (mean corpuscular hemoglobin concentration); de index voor de gemiddelde hemoglobineconcentratie van de erytrocyten en berekend volgens de formule Hb/Ht. Het referentiegebied bedraagt 19,3-22,5 mmol/l. Beneden deze waarden wordt gesproken van hypochrome anemie, daarboven van hyperchrome anemie; – RDW (red-cell distribution width); dit is een maat voor de verdelingsbreedte van de erytrocytenpopulatie en is daarmee een maat voor de spreiding van de erytrocytenvolumina; – HDW (hemoglobin distribution width); de distributiecurve voor de Hb-concentraties van de erytrocyten.

2

81

Circulatie

Intermezzo 2.3 Bloedbezinkingssnelheid In stilstaand, onstolbaar gemaakt bloed zakken de bloedcellen langzaam naar beneden. Bij een geneeskundig onderzoek kan een onderzoek hierop van betekenis zijn. De bezinkingssnelheid van de erytrocyten (afgekort bse) en populair ‘bezinking’ genoemd, ligt voor mannen tot vijftig jaar beneden de 15 mm/uur, bij vrouwen minder dan 20 mm/uur (afb. 2.8). De bse wordt vooral bepaald door de samenstelling van de plasma-eiwittten. Omdat het soortelijk gewicht van een erytrocyt niet veel verschilt van dat van bloedplasma en de erytrocyten elkaar door hun negatieve lading afstoten, zal onder normale omstandigheden de bezinking gering zijn. Zijn echter eiwitten in het bloedplasma aanwezig die de negatieve oppervlaktelading verminderen of samenklontering van erytrocyten (geldrolvorming) bevorderen, dan neemt de bse snel toe. De eiwitten die dit kunnen bewerkstelligen, zijn te verdelen in twee groepen: – acutefase-eiwitten, met als voornaamste: fibrinogeen en CRP (C-reactief proteı¨ne); – immunoglobulinen (zie hoofdstuk 3). Dit verklaart waardoor bij infectieziekten de bse tot 60 mm/uur kan oplopen. Een verhoogde bse kan echter nog vele andere oorzaken hebben, zoals tumoren, infarcten en reumatische aandoeningen omdat in al deze gevallen de eiwitconcentraties in het bloed zijn verhoogd. De bse is een belangrijk hulpmiddel bij de diagnostiek. Een bse is echter weinig specifiek en zegt weinig over de aard van het probleem. In de praktijk wordt de bse steeds meer vervangen door een CRP-bepaling. CRP is een door de lever geproduceerd eiwit, dat na acute ontstekingsreacties in grote concentraties in het bloed kan worden aangetoond. Afbeelding 2.8 Bloedbezinking (bse); rechts bse na 1 uur.

2.1.6 leukocyten De leukocyten worden ook wel leuko’s genoemd. Het aantal leukocyten dat zich buiten de bloedbaan bevindt, namelijk in de weefsels, is een veelvoud (ongeveer 25 keer) van dat in het bloed.

82

Fysiologie en anatomie niveau 5

Leukocyten hebben altijd een kern, die na kleuring steeds paars gekleurd is. Leukocyten spelen een belangrijke rol in de afweer tegen micro-organismen. Dit wordt uitgebreid behandeld in hoofdstuk 3. Leukocyten kunnen worden onderverdeeld in de volgende drie categoriee¨n: granulocyten, lymfocyten en monocyten (tabel 2.2). Tabel 2.2

Leukocyten.

indeling

granulocyten

lymfocyten

monocyten

bouw

diameter ca. 15 mm

diameter ca. 10 mm

diameter ca. 20 mm

bezitten korrels (granula) in het cytoplasma functie

de meeste granulocyten zorgen voor fagocytose van microorganismen

vorming van antilichamen

fagocytose van celresten

productie

in rood beenmerg

in lymfatisch systeem (milt, lymfeknopen), in rood beenmerg

in rood beenmerg

aantal

totaal 6 000 (4 000-8 000)/mm3 = 6.103/mm3 = 6.109/l (ongeveer 0,1% van het totale aantal bloedcellen)

Granulocyten Het cytoplasma van granulocyten bevat veel lysosomen (zie hoofdstuk 1), microscopisch zichtbaar als korrels of granula. Bij de kleuring worden twee kleurstoffen gebruikt: methyleenblauw (een basische kleurstof ) en het oranjekleurige eosine, een zure kleurstof. De termen basofiel (basenminnend) en eosinofiel hebben betrekking op de affiniteit van de korrels voor een van beide kleurstoffen. Wanneer de korrels geen voorkeur hebben dan worden ze neutrofiel genoemd. De korrels zijn in dit geval na kleuring lichtroze. Granulocyten zijn vooral belangrijk bij het fagocyteren van micro-organismen. De levensduur van granulocyten in het bloed is slechts enkele uren. Op basis van de korrelkleuring worden de volgende drie groepen granulocyten onderscheiden: – basofiele granulocyten (ongeveer 1% van alle leukocyten); de donkerblauw gekleurde korrels zijn ongelijk van grootte; – eosinofiele granulocyten (ongeveer 2-4 % van alle leukocyten); de granula zijn na kleuring oranjerood en ongeveer even groot; – neutrofiele granulocyten (ongeveer 65% van alle leukocyten); deze hebben een vage lichtroze korreling in het cytoplasma. Jonge neutrofiele granulocyten hebben een staafvormige kern, bij meer uitgerijpte neutrofielen bestaat de kern uit een aantal lobben (segmentkernig). Normaal maken de staafkernige neutrofielen slechts

2

Circulatie

1% uit van het totale aantal leukocyten. Na een infectie kan dit percentage sterk verhoogd zijn. Er is sprake van ‘linksverschuiving’ (zie par. 3.3.2). Lymfocyten Lymfocyten, ook wel lymfo’s, zijn kleine cellen met een relatief grote, bolvormige kern. Zij vormen 20 tot 40% van het totale aantal leukocyten. Lymfocyten zijn zeer beweeglijk, maar nauwelijks in staat tot fagocytose. Ze zijn sterk betrokken bij de specifieke afweer, de immuniteit (zie par. 3.4). Monocyten Monocyten zijn zeer grote leukocyten met een hoefijzervormige kern. Het zijn de voorlopers van de macrofagen (grote vreetcellen). Dit in tegenstelling tot de neutrofiele granulocyten, die ook wel als microfagen worden aangeduid. Macrofagen zijn zeer beweeglijk en hebben een sterk fagocyterende functie. In het bloed zorgen ze voor de fagocytose van dode celfragmenten. Ook spelen ze een ondersteunende rol bij de immuniteit. Ze kunnen de bloedbaan gemakkelijk verlaten om in de weefsels hun sterk fagocyterend vermogen uit te oefenen. 2.1.7 trombocyten De trombocyten (bloedplaatjes), ook wel trombo’s genoemd, zijn geen echte cellen maar stukjes cytoplasma die zijn afgesnoerd van reuskernige cellen (megakaryocyten) in het rode beenmerg (tabel 2.3). De levensduur is slechts 5-9 dagen. Ze zijn nauw betrokken bij het proces van de hemostase (bloedstelping), waarvan de coagulatie (bloedstolling) een belangrijk onderdeel is. De trombocyten bevatten de stof trombokinase (tromboplastine). Tabel 2.3

Trombocyten.

bouw

onregelmatige, grillige vorm diameter 0,5-2,5 mm

functie

bloedstolling d.m.v. ‘plaatjesfactoren’, o.a. tromboplastine (= trombokinase)

productie

in rood beenmerg vanuit megakaryocyten (reuskernige cellen); trombocyten zijn cytoplasmafragmenten die gemakkelijk uiteenvallen

aantal

ca. 250 000/mm3 bloed = 250 x 103/mm3 = 250 x 109/l (ongeveer 5% van het totale aantal bloedcellen)

De verschillen tussen de drie soorten bloedcellen zijn weergegeven in tabel 2.4. 2.1.8 bloedgroepen Bloedcellen van een mens onderscheiden zich van de bloedcellen van andere personen doordat zich een unieke combinatie van moleculen (antigenen) op het membraan van deze cellen bevindt. Op grond hiervan is men gekomen tot een indeling van bloedcellen in bloed-

83

84

Tabel 2.4

Fysiologie en anatomie niveau 5

Verschillen tussen de drie soorten bloedcellen. diameter

kern

% van totale aantal bloedcellen

voornaamste functie

Erytrocyten

7 mm

afwezig

95%

transport

Leukocyten

8-20 mm

aanwezig

0,1%

fagocytose, immuniteit

Trombocyten

0,5-2,5 mm

afwezig

5%

bloedstolling

groepen. De bloedgroepen waartoe een mens behoort, bepalen ook wat voor die persoon lichaamseigen en lichaamsvreemd is. Alleen tegen lichaamsvreemde bloedgroepantigenen zal deze persoon antilichamen kunnen produceren. Bij de mens komen vele bloedgroepstelsels voor. Voor de begrippen antigenen en antilichamen wordt verwezen naar hoofdstuk 3. De meest bekende bloedgroepantigenen (antigeen A, B en D) komen voor op de erytrocyten, maar ook op de andere bloedcellen komen deze en andere bloedgroepantigenen voor, zoals kell-antigeen en HLA. Bij bloedtransfusies is overeenkomst in bloedgroepantigenen van donor en ontvanger van groot belang. Bloedgroepantigenen op de erytrocyten Binnen bloedgroepenantigenen vallen het ABO-stelsel, het resusstelsel en andere, waaronder de kell-bloedgroepen. ABO-stelsel Landsteiner ontdekte in 1900 dat er twee bloedgroepantigenen gebonden zijn aan de erytrocyten: de antigenen A en B. Tegen deze twee antigenen bestaan antilichamen, namelijk anti-A en anti-B, die na contact met het overeenkomstige antigeen een klontering (agglutinatie) van de erytrocyten teweegbrengen. De beide antigenen worden daarom agglutinogenen genoemd en de antilichamen agglutininen. Op grond van de aan- of aanwezigheid van de antigenen zijn er binnen het ABO-stelsel vier bloedgroepen: A, B, AB en O (nul). De verschillen zijn weergeven in tabel 2.5. Tabel 2.5

ABO-bloedgroepen.

bloedgroep

antigeen (agglutinogeen) gebonden aan de erytrocyten

antilichaam (agglutinine) in het bloedplasma

frequentie in Nederland (in %)

A

A

anti-B

42

B

B

anti-A

8

AB

A en B

geen

3

O

geen

anti-A en anti-B

47

2

Circulatie

Intermezzo 2.4 Bloedtransfusies De kennis van de bloedgroepen is van zeer groot belang bij bloedtransfusies omdat bij een verkeerde transfusie het ingebrachte bloed wordt afgebroken. Wanneer namelijk een donor van bloedgroep A bloed geeft aan patie¨nt (acceptor) met bloedgroep B, dan zal het antigeen A op de ingebrachte erytrocyten als lichaamsvreemd worden herkend. De acceptor zal dan een grote hoeveelheid antilichamen anti-A gaan produceren, waardoor ernstige transfusiereacties kunnen optreden. Een patie¨nt mag daarom nooit bloed ontvangen wanneer in zijn bloedplasma een antilichaam voorkomt gericht tegen een antigeen van de erytrocyten van de donor. Omgekeerd is er vrijwel geen gevaar doordat de antilichamen van de donor in het lichaam van de patie¨nt zo sterk verdund worden dat ze nauwelijks in staat zijn om de aanwezige erytrocyten aan te tasten. Op grond hiervan zijn personen met bloedgroep O (nul) te beschouwen als universele donors omdat hun erytrocyten niet kunnen agglutineren door het ontbreken van bloedgroepantigenen. Omgekeerd kunnen patie¨nten met bloedgroep AB van iedere donor bloed ontvangen door het ontbreken van agglutininen. Ze worden daartoe wel aangeduid als universele acceptors. Toch kunnen er soms complicaties optreden. Er zijn namelijk mensen met bloedgroep O met in hun bloedplasma zeer hoge concentraties anti-A en anti-B, zodat de besproken verdunning dan niet afdoende is en er toch transfusiereacties kunnen optreden. De term universele donor is daarmee dan ook niet meer te handhaven. Bovendien is gebleken dat er van zowel bloedgroep A als van bloedgroep B subbloedgroepen bestaan, bijvoorbeeld de bloedgroep A1 en A2. Er bestaan dan ook antilichamen anti-A1 en anti-A2. Personen met bloedgroep AB kunnen toch antilichamen in het bloedplasma hebben, bijvoorbeeld bloedgroep A1B met anti-A2 in het bloedplasma. Het begrip universele acceptor is daarmee ook niet meer te handhaven. Op grond van deze mogelijke complicaties wordt er dan ook in principe altijd bloed van dezelfde bloedgroep toegediend, wat bekend staat als isotransfusies. Transfusie van bloed, ook wel volbloed genoemd, is klinisch niet meer geı¨ndiceerd. Bij een transfusie maakt men gebruik van bloedcomponenten (geconcentreerde suspensies van bloedcellen) en van plasmafactoren (bestanddelen uit het bloedplasma in geconcentreerde vorm). Zo zal de patie¨nt wanneer hij uitsluitend erytrocyten nodig heeft (bijvoorbeeld bij anemiee¨n), een erytrocytenconcentraat (RBC, rode bloedcellenconcentraat) worden toegediend. Dit concentraat wordt ook vaak aangeduid met de term packed cells. De hematocrietwaarde hiervan bedraagt 0,70,9 l/l. Bij acute leukemie wordt dikwijls een trombocytenconcentraat toegediend. Hemofiliepatie¨nten krijgen preventief stollingsfactoren (factor VIII, factor IX) toegediend. Dit staat bekend

85

86

Fysiologie en anatomie niveau 5

onder de naam cryoprecipitaat omdat deze plasmafracties worden verkregen door invriezen (cryos = koude). Voordat tot transfusie, waarbij erytrocyten betrokken zijn, wordt overgegaan, wordt de zogenaamde kruisproef uitgevoerd. Hierbij worden de erytrocyten van de donor gemengd met serum van de patie¨nt. Pas wanneer hierbij geen agglutinatie optreedt, kan tot transfusie worden overgegaan. De kruisproef heeft een tweeledig doel. Het is enerzijds een controle op eventuele fouten bij de bloedgroepbepaling en anderzijds kan men ontdekken of irregulaire antilichamen (antilichamen van andere bloedgroepen dan van het ABO-stelsel) eventueel ongewenste reacties teweegbrengen.

Resusstelsel In 1940 is de resusfactor ontdekt. Wanneer bloed van een resusaap bij een konijn wordt ingespoten, gaat dit dier resusantilichamen produceren. Als menselijk bloed met deze resusantilichamen wordt gemengd, blijkt er bij mensen van het blanke ras in ongeveer 85% van de gevallen hemolyse op te treden. Dit betekent dat de erytrocyten van ongeveer 85% van mensen van het blanke ras het resusantigeen bevatten. Dit antigeen wordt antigeen D genoemd. Zij zijn resuspositief (Rh+), in tegenstelling tot ongeveer 15% van de mensen van het blanke ras die het resusantigeen niet bezitten. Deze mensen zijn resusnegatief (Rh-). Van mensen van het zwarte ras is 95% resuspositief; bij Aziaten is zelfs 100% resuspositief. De resusantilichamen, anti-D, zijn echte immuunantilichamen. Dat wil zeggen: ze komen van nature niet voor en zullen pas opgewekt worden wanneer resusnegatieve personen resuspositief bloed ontvangen. Dit kan zich voordoen bij een (verkeerde) bloedtransfusie en bij zwangerschappen. Wanneer bijvoorbeeld een resusnegatieve persoon een transfusie heeft gehad met resuspositief bloed zal hij meestal anti-D gaan produceren. Indien hem geruime tijd later weer resuspositief bloed wordt toegediend, kan dit fataal zijn doordat het dan ingebrachte bloed wordt afgebroken (er vindt hemolyse plaats) door het reeds aanwezige anti-D. Ook bij bepaalde zwangerschappen kan zich een dergelijke situatie voordoen, namelijk in het geval dat een resuspositief kind zich ontwikkelt in de uterus (baarmoeder) van een resusnegatieve moeder. De kans hierop is groot als de vader resuspositief is omdat resuspositief dominant is over resusnegatief. Kort voor en tijdens de geboorte bestaat er kans dat er perforaties in de placenta ontstaan, waardoor foetale resuspositieve erytrocyten in de moederlijke circulatie komen. Vanaf enkele dagen na de geboorte zal die moeder dan anti-D gaan produceren. Wanneer bij een volgende zwangerschap het kind weer resuspositief is zal het moederlijke anti-D tijdens de zwangerschap (anti-D kan de placenta passeren) de foetale erytrocyten afbreken. Hierdoor ontstaat een ernstige anemie en tevens worden de hersenen

2

Circulatie

87

aangetast door de stapeling van het ongeconjugeerde bilirubine, het gele giftige afbraakproduct van hemoglobine. Hierdoor kan het kind bij de geboorte lichamelijk en verstandelijke afwijkingen vertonen, zo het kind al niet prenataal is overleden. Dit probleem wordt voorkomen door anti-D-profylaxe of Ig-anti-D-behandeling (afb. 2.9). Hiertoe worden alle resusnegatieve vrouwen in de dertigste week van de eerste zwangerschap geı¨mmuniseerd met antiresusimmunoglobuline. Daarnaast wordt bij de resusnegatieve moeder binnen 48 uur na de geboorte van het resuspositieve kind anti-D ingespoten. Hierdoor worden de foetale erytrocyten die bij de moeder circuleren snel afgebroken zodat de moeder niet meer gestimuleerd wordt tot productie van anti-D en het immuunsysteem van de moeder ten aanzien van de vorming van eigen anti-D wordt onderdrukt. Het toegediende immunoglobuline blijkt geen nadelig effect te hebben wanneer de moeder opnieuw zwanger is van een resuspositief kind.

Afbeelding 2.9 Schema van de vorming van anti-D als een resusnegatieve vrouw is bevallen van een resuspositief kind.

Kell-bloedgroep Naast genoemde bloedgroepantigenen komen er op de erytrocyten nog een aantal andere bloedgroepantigenen voor, zoals de antigenen van de lewis-bloedgroepen, MNS-bloedgroepen, lutheran-bloedgroepen, duffy-bloedgroepen, kidd-bloedgroepen en kell-bloedgroepen. De laatste jaren wordt met name steeds meer aandacht besteed aan het kell-bloedgroepstelsel. Deze bloedgroep wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van het kell-antigeen op het celmembraan van de erytrocyten. Dit antigeen is te vergelijken met het antigeen D (resusantigeen). Er wordt daarom gesproken over Kell+ (kell-positief ) en

88

Fysiologie en anatomie niveau 5

Kell- (kell-negatief ) en dienovereenkomstig over antilichamen anti-K (anti-kell). Deze bloedgroep kan mogelijk een ernstige transfusiereactie tot gevolg hebben en een hemolytische anemie bij neonaten veroorzaken. Ongeveer 91% van de mensen blijkt kell-negatief te zijn. Na een transfusie met kell-positief bloed kunnen ze anti-kell gaan produceren. Bloedgroepantigenen op leukocyten en trombocyten Sommige bloedgroepantigenen die voorkomen op erytrocyten blijken ook voor te komen op andere bloedcellen. Zo blijken de antigenen van het ABO-systeem ook tot expressie te komen op trombocyten en leukocyten. Veel belangrijker echter zijn de antigenen van het HLAsysteem (humaan leukocytenantigeen-systeem). HLA-systeem Het HLA-systeem wordt ook wel aangeduid als het ‘major histocompatibility complex’ (MHC). Het bestaat uit een groot aantal genen die zich bevinden op de korte arm van chromosoom 6. Van deze genen bestaan verschillende klassen. Het HLA-systeem is van groot belang voor de immuunrespons en voor het ontstaan van auto-immuunziekten. De HLA-antigenen (vooral klasse I) zijn ook belangrijk bij transplantaties en transfusies (zie par. 3.9).

Intermezzo 2.5 Transfusiereacties Iedere transfusie is te beschouwen als een transplantatie en brengt het risico met zich mee dat er ongewenste bijwerkingen optreden. In de praktijk worden er slechts drie soorten transfusie toegediend (zoals reeds is aangegeven wordt volbloed zelden toegepast): – erytrocytenconcentraat; – trombocytenconcentraat; – FFP (fresh frozen plasma). Om de ongewenste bijwerking van de leukocyten te voorkomen worden bij een erytrocytenconcentraat de leukocyten vooraf eruit gefilterd. Ondanks alle voorzorgsmaatregelen, zoals kruisproeven en bloedveiligheidstesten, kunnen er toch complicaties optreden. Bij een te snelle of te massale transfusie bij patie¨nten met een slecht functionerend hart kan er een overbelasting ontstaan van de bloedcirculatie. Transfusiereacties berusten meestal op een immunologische reactie, dikwijls door de aanwezigheid van de zogenaamde irregulaire antilichamen, antilichamen die niet behoren tot het ABO-systeem. Dergelijke transfusiereacties worden hemolytische transfusiereacties genoemd omdat hierbij een versnelde hemolyse (bloedafbraak)) plaatsvindt. Hierdoor ontstaan hemoglobinemie (een te hoge Hb-concentratie in het bloedplasma),

2

Circulatie

hemoglobinurie (de aanwezigheid van hemoglobine in de urine) en hyperbilirubinemie (veel bilirubine, het afbraakproduct van Hb in het bloed waardoor icterus (geelzucht) kan ontstaan). Bij de immunologische reactie tussen erytrocyten en de aanwezige antilichamen worden biologisch actieve stoffen gevormd waarvan de volgende symptomen het gevolg kunnen zijn: – koorts, vermoedelijk door prikkeling van het warmteregulatiecentrum in de hersenen door bijvoorbeeld cytokinen; – koude rillingen, door de snelle stijging van de lichaamstemperatuur; – roodheid van de huid door sterke vasodilatatie (vaatverwijding); – shock als gevolg van een sterke vaatverwijding bij gelijkblijvend bloedvolume.

Intermezzo 2.6 Bloedveiligheidstesten Iedere bloeddonatie wordt serologisch getest (antilichaamscreening) op de aanwezigheid van de volgende virussen en een bacterie: – hiv (humaan immunodeficie¨ntievirus), de veroorzaker van aids; wanneer een donor zich voor het eerst meldt en hivnegatief is, mag er pas na een half jaar voor het eerst bloed worden gegeven; – HCV (hepatitis C-virus); – HBV (hepatitis B-virus); – HTLV (humaan T-celleukemievirus), oorzaak van een lymfatische leukemie; – Treponema pallidum, de bacterie die de geslachtsziekte syfilis veroorzaakt. Voor de testen op hiv en HCV wordt naast een serologisch onderzoek eveneens een test uitgevoerd op de aanwezigheid van viraal nucleı¨nezuur. Deze testen staan bekend als hiv-NAT en HCV-NAT, waarbij NAT de afkorting is voor nucleic acid amplification test. Alleen donaties die in bovenstaande testen negatief zijn uitgevallen, worden voor transfusie vrijgegeven.

2.1.9 hemostase Hemostase (‘bloedstelping’) is het proces waarlangs het bloedverlies na een bloeding tot een minimum wordt beperkt. Hemostase bestaat uit de volgende drie stappen: – vasoconstrictie (vaatvernauwing); – stelping (vorming van een bloedprop); – coagulatie (bloedstolling). Hierna zorgt het inmiddels op gang gekomen ontstekingsproces voor vasodilatatie.

89

90

Fysiologie en anatomie niveau 5

Vasoconstrictie Direct nadat de wanden van arterie¨n en arteriolen beschadigd raken treedt constrictie op van het circulaire, gladde spierweefsel. Dit leidt tot een vasculair spasme (vaatkramp) waarmee tot uren na de verwonding het bloedverlies kan worden beperkt. Deze vasoconstrictie is goed te constateren bij een snee met een mes: de wond begint pas na een tijdje te bloeden. Opmerkelijk is dat deze vaatkramp sterker is naarmate het geweld groter is. Stelping Bij dit proces spelen de trombocyten een belangrijke rol. Overal waar het endotheel van het bloedvat is beschadigd vindt adhesie van trombocyten plaats. Dit gebeurt hoofdzakelijk aan het bindweefsel van de onder het endotheel gelegen basaalmembraan. Voor deze adhesie is de von-willebrandfactor (VWF) noodzakelijk. Na de adhesie veranderen de trombocyten van vorm en vormen zij een fijnmazig netwerk. Bovendien scheiden zij een serie vaatactieve stoffen af, bijvoorbeeld serotonine. Ten slotte vindt aggregatie plaats, waarbij samen met het fibrine (dat ontstaat tijdens het stollingsproces; zie verder) een prop ontstaat, die beschadigingen in de wand van kleine bloedvaten efficie¨nt kan afsluiten. Coagulatie Zolang bloed in de bloedvaten circuleert is het een vloeibaar medium. Zodra bloed echter het vaatbed verlaat treedt gelvorming op, waarbij een gelige vloeistof wordt afgescheiden. De gel wordt een trombus (stolsel) genoemd: een netwerk van fibrinedraden met insluitsels, zoals trombocyten en erytrocyten. De afgescheiden vloeistof heet serum. Normaal is dit stollingsproces zo nauwkeurig geregeld dat het alleen bij vaatwandbeschadigingen in gang gezet wordt. De sterke stroming van het bloed beschadigt ook in intacte bloedvaten voortdurend de vaatwand. Normaal zijn stolling en antistolling in evenwicht. Wanneer de stolling overweegt is er sprake van trombose. Wanneer het stollingsproces te langzaam verloopt, kunnen spontane bloedingen het gevolg zijn. Voor een goed verloop van het stollingsproces is een groot aantal verbindingen noodzakelijk die samengevat worden onder de naam stollingsfactoren (I t/m XIII, waarbij factor VI niet blijkt te bestaan). Hiertoe behoren: – door de lever gesynthetiseerde enzymen, die in inactieve vorm in het bloed circuleren; voor de synthese van een aantal van deze enzymen is vitamine K nodig; – stoffen die door het beschadigde weefsel en door trombocyten worden afgescheiden; – Ca2+ (calciumionen); doordat Ca2+-ionen noodzakelijk zijn voor de bloedstolling kan het bloed onstolbaar gemaakt worden door de vrije calciumionen te binden, bijvoorbeeld door toevoeging van natriumcitraat bij donorbloed of door toevoeging van de stof EDTA, veelal toegepast voor laboratoriumtests.

2

Circulatie

Het stollingsproces kan worden beschouwd als een cascade, waarin de stollingsfactoren elkaar onderling activeren. Het eerste stadium van het stollingsproces bestaat uit de vorming van protrombinase, dat in staat is om protrombine om te zetten in trombine. Dit kan langs twee routes (afb. 2.10): – bij de extrinsieke stolling lekt een stof (de zogenaamde weefselfactor of weefseltromboplastine, factor III) vanuit beschadigde cellen buiten het bloedvat (vandaar de aanduiding extrinsiek) naar het bloed; in het bloed leidt het in een aantal stappen binnen enkele seconden tot de vorming van protrombinase; – bij de intrinsieke stolling wordt de vorming van het genoemde protrombinase in gang gezet nadat trombocyten in contact zijn gekomen met het basaalmembraan, dat ligt onder het endotheel van het bloedvat; de intrinsieke stolling is aanmerkelijk complexer dan de extrinsieke en duurt dan ook veel langer (enkele minuten).

Afbeelding 2.10 Schema van de intrinsieke en extrinsieke wegen van de bloedstolling.

Na de vorming van protrombinase volgen de stappen van de gemeenschappelijke route. Protrombinase stimuleert (samen met Ca2+ionen) de omzetting van protrombine (factor II) in trombine. Het aldus gevormde trombine zorgt er (samen met Ca2+-ionen) voor, dat de in het bloedplasma opgeloste fibrinogeen (factor I) wordt omgezet in fibrinemonomeren. Daarna worden vele fibrinemonomeren aaneengekoppeld tot een fibrinepolymeer, een oplosbare fibrinedraad. Dit

91

92

Fysiologie en anatomie niveau 5

fibrine vormt een netwerk van draden (waarin trombocyten en erytrocyten worden ingesloten): de eigenlijke trombus. De verschillende stappen van het stollingsproces versterken elkaar. Het mogelijke gevolg zou kunnen zijn, dat enige tijd na het op gang komen van de stolling, het bloed als geheel gestold is. Dat dit niet gebeurt komt onder andere doordat het gevormde trombine, bij de eerste hierboven genoemde stap gevormd, vrijwel geheel wordt ingesloten in de trombus en aldus onwerkzaam wordt gemaakt. Verder circuleren er in het bloed talrijke anticoagulantia (ten onrechte dikwijls ‘bloedverdunners’ genoemd), onder andere heparine. Heparine wordt geproduceerd in mestcellen en basofiele granulocyten (zie par. 3.3.2). Het inactiveert trombine via stimulering van de vorming van het eiwit antitrombine. Antistolling Zoals vermeld komt het intrinsieke stollingsproces overal in het lichaam meerdere malen per dag op gang, bijvoorbeeld bij kleine oneffenheden op de vaatwand en bij atherosclerotische plaques. Om te voorkomen dat zulke onnodige stolsels zich handhaven of zich zelfs uitbreiden, wordt het plasma-eiwit plasminogeen in het stolsel opgenomen (afb. 2.11). Door diverse factoren (o.a. afkomstig uit intacte endotheelcellen) wordt plasminogeen omgezet in plasmine, een enzym dat stolsels afbreekt. Afbeelding 2.11 Schema van enkele mechanismen waardoor bloedstolling wordt tegengegaan.

2

Circulatie

Intermezzo 2.7 Geneesmiddelen voor antistolling Heparine wordt veel gebruikt om stolling te voorkomen (tromboseprofylaxe) bij hartoperaties en bij hemodialyse. Ook wordt heparine (en daarvan afgeleide middelen, zoals Fraxiparine) gebruikt als profylaxe bij trombo-embolische aandoeningen. Een geheel ander werkingsmechanisme bij de tromboseprofylaxe hebben de geneesmiddelen uit de groep van de cumarinederivaten (Sintrom1, Marcoumar1). Deze stoffen blokkeren in de lever de bindingsplaats voor vitamine K (vitamine-K-antagonisten). Op deze manier verhinderen zij de vorming van nieuwe stollingsfactoren. Het praktische verschil tussen heparine en vitamine-K-antagonisten is dat heparine snel werkt (maar vrij snel is uitgewerkt), terwijl cumarinederivaten pas later beginnen te werken. Er zijn immers nog stollingsfactoren in het bloed aanwezig op het moment dat met de medicatie wordt begonnen. Laatstgenoemde middelen werken zo op termijn en werken ook langer door. Om de juiste dosis te berekenen wordt vaak een of meer hemostasetests afgenomen. De meest gebruikte is de protrombinetijd (PT), een maat voor de stollingstijd in aanwezigheid van weefseltromboplastine (= weefselfactor = factor III). De protrombinetijd is daarmee een maat voor de extrinsieke stolling. De uitkomsten van zo’n test zijn afhankelijk van het gebruikte tromboplastinepreparaat. Tegenwoordig zijn alle PT-testen gestandaardiseerd (INR = international normalized ratio). Trombolytische geneesmiddelen, zoals streptokinase en urokinase, werken via het activeren van het enzym plasmine. Zij worden toegepast na een hartinfarct, bij onbloedige CVA’s en na trombose in de grote beenvaten. Deze middelen worden bereid uit cultures van streptokokken en tegenwoordig vaak via de recombinant-DNA-techniek (zie hoofdstuk 13). Sommige mensen kunnen er afweer tegen ontwikkelen, waardoor het geneesmiddel niet langer werkzaam is.

Een gestoorde stelping en coagulatie kan het gevolg zijn van de afwezigheid van bepaalde stollingsfactoren. Relatief vaak voorkomend zijn de volgende drie stollingsstoornissen: – hemofilie A; hierbij ontbreekt door een genetische variatie stollingsfactor VIII. In het schema is af te lezen dat dit vooral gevolgen zal hebben voor de intrinsieke route; – hemofilie B; hierbij ontbreekt factor IX, eveneens deel uitmakend van de intrinsieke bloedstolling; – de ziekte van von Willebrand; hierbij is de hechting van de trombocyten aan de vaatwand verstoord.

93

94

Fysiologie en anatomie niveau 5

2.1.10 gastransport in het bloed Bij de verbrandingsprocessen in de lichaamscellen wordt voortdurend zuurstof verbruikt en koolstofdioxide geproduceerd. Dankzij de circulatie vertonen de concentraties van deze stoffen geen grote schommelingen. Zuurstoftransport Door de geringe oplosbaarheid van zuurstof in het bloedplasma zal het transport vrijwel volledig in gebonden toestand moeten plaatsvinden. Onder normale omstandigheden kan er bij een normale zuurstofspanning van 13,3 kPa (100 mm Hg) slechts 3 ml O2/l bloedplasma oplossen, terwijl in gebonden toestand 200 ml O2/l kan worden vervoerd. Nadat de zuurstof door diffusie vanuit de alveoli (longblaasjes) in het bloedplasma is gekomen, wordt zuurstof gebonden door het roodgekleurde eiwit hemoglobine (Hb) in de erytrocyten. Doordat de erytrocyten zeer veel Hb bevatten en het totale oppervlak van alle erytrocyten zeer groot is, kan er in korte tijd een zeer grote hoeveelheid zuurstof worden gebonden tot HbO2 (oxyhemoglobine). De zuurstofbinding wordt oxygenatie genoemd. Er is geen sprake van een oxidatieproces. Oxidatie van hemoglobine betekent dat het tweewaardig ijzer in hemoglobine wordt omgezet in driewaardig ijzer (Fe3+). Hemoglobine met driewaardig ijzer wordt methemoglobine (metHb) genoemd. Bepaalde geneesmiddelen, zoals bepaalde anesthetica, zijn in staat om het ijzer te oxideren tot Fe3+. Methemoglobine is niet in staat om zuurstof te binden, zodat de weefsels in dat geval in zuurstofnood dreigen te komen (methemoglobinemie). De eerste symptomen zijn het blauw kleuren van de nagels en de lippen. Zuurstof is zelf ook een oxidator en daardoor in staat het ijzer om te zetten in Fe3+. Om dit te voorkomen is in de erytrocyt een reducerend systeem aanwezig (glutathionreductasesysteem). Een sleutelenzym in dit systeem is het glucose-6-fosfaatdehydrogenase (G6PD). Bij sommige mensen is dit enzym door een erfelijke afwijking afwezig waardoor dan een ernstige hemolytische anemie kan optreden na blootstelling aan een uitlokkende factor. Hierbij valt te denken aan bepaalde geneesmiddelen (sulfonamiden) of infecties, soms ook na het eten van tuinbonen. In hemoglobine wordt alle aanwezige zuurstof gebonden aan het heemijzer. Hierdoor is er geen zuurstof beschikbaar om de nodige energie voor de erytrocyt te leveren. Anaerobe verbranding is daarom in een erytrocyt geen uitzondering maar regel. Als gevolg van deze anaerobe verbranding is er in een erytrocyt altijd een hoge concentratie melkzuur. Bij aandoeningen waarbij de erytrocyten beschadigd zijn (hemolyse) zal daardoor de concentratie melkzuur (lactaat) in het bloedplasma stijgen. Normaal wordt het melkzuur in de erytrocyt gebruikt voor het genoemde reductasesysteem. Het transport van zuurstof door hemoglobine staat verder beschreven in paragraaf 4.4.1.

2

Circulatie

Intermezzo 2.8 Hemoglobinederivaten Er zijn vele hemoglobinederivaten bekend, zoals carboxyhemoglobine (HbCO), het reeds genoemde methemoglobine (metHb), sulfHb en HbS. Door kool(stof )monoxidevergiftiging (‘kolendampvergiftiging’) wordt het zuurstoftransport sterk gereduceerd doordat het gas CO (koolstofmonoxide) een ongeveer tweehonderd keer sterkere affiniteit heeft voor hemoglobine dan O2. Wanneer de ingeademde lucht slechts 0,5% CO bevat, wordt al 90% van het hemoglobine geblokkeerd. De gevormde verbinding HbCO (carboxyhemoglobine) heeft een oranjerode kleur. Door de patie¨nt te beademen met pure zuurstof kan het aanwezige HbCO weer omgezet worden in HbO2. Onder normale omstandigheden is maximaal 5% van Hb aanwezig in de vorm van HbCO. Auto-uitlaatgassen vormen een belangrijke bron. Bij rokers kan het percentage verdubbeld zijn. Er zijn ook geneesmiddelen die Hb kunnen omzetten in sulfHb, een verbinding van Hb met zwavel (S) bevattende stoffen. SulfHb kan evenmin zuurstof binden. Het kan niet meer tot Hb worden omgezet en zal als zodanig gedurende de gehele levensduur van de erytrocyt (120 dagen) aanwezig blijven. HbS komt voor wanneer er sprake is van sikkelcelanemie (zie intermezzo 2.1).

Koolstofdioxidetransport Het koolstofdioxide, dat bij de verbranding in de mitochondrie¨n (zie hoofdstuk 1) is gevormd, diffundeert achtereenvolgens over het membraan van de mitochondrie¨n, het celmembraan, het interstitium en het membraan van het capillair, naar het bloedplasma. Een klein deel van dit CO2 (8%) lost in het bloedplasma op en wordt in die vorm naar de longen vervoerd. De rest diffundeert naar de erytrocyt. Hier bindt zich een deel (22%) aan de aminogroepen van eiwitten, waardoor carbaminoverbindingen ontstaan. Het koolstofdioxidetransport wordt verder besproken in paragraaf 4.4.2. 2.2

Tractus circulatorius

De tractus circulatorius (bloedvatstelsel) bestaat uit het hart (de pomp) en de bloedvaten (afb. 2.12). De bloedvaten worden onderverdeeld in arterie¨n (slagaders), arteriolen (kleine slagaders), capillairen (haarvaten), venulen (kleine aders) en venen. De arterie¨n en arteriolen voeren het bloed van het hart af en kloppen daardoor, vandaar de naam slagader. De venulen en venen voeren het bloed terug naar het hart. De capillairen vormen de overgang tussen het arterie¨le en veneuze deel van het vaatstelsel. Alleen van capillairen is de wand doorlaatbaar. Daarom vindt alleen daar afgifte plaats van zuurstof en voedingsstoffen aan het weefsel en opname van koolstofdioxide vanuit het weefsel. In de longcapillairen

95

96

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 2.12 Tractus circulatorius (rood = zuurstofrijk bloed; blauw = zuurstofarm bloed).

verlopen deze processen omgekeerd. Het meeste bloed bevindt zich in de venen, die daarmee dienen als opslagvaten van het bloed (afb. 2.13). Afbeelding 2.13 Schematische verdeling van het bloedvolume over bloedvaten en organen.

2.2.1 het hart Het hart (cor, cardia) beslaat het grootste deel van het mediastinum, de ruimte in de thoraxholte tussen de longen. Het heeft de grootte van een vuist en ligt pal achter het sternum (borstbeen) op de peesplaat van het diafragma (middenrif ). Ligging en bouw van het hart Het bovenste deel van het hart wordt de basis genoemd. Op deze plaats zijn de grote vaten aan het hart bevestigd. Ze vormen samen de vaatsteel (afb. 2.14 en afb. 2.15).

2

97

Circulatie

Afbeelding 2.14 Het hart met aan- en afvoerende bloedvaten; ventrale zijde, overlangse doorsnede.

Afbeelding 2.15 Hart: dorsale zijde.

De stompe apex (hartpunt) ligt aan de linkerzijde tussen de vijfde en de zesde rib, ongeveer 8 cm vanaf het midden van het sternum. Aan de rechterzijde ligt het hart ruim 2 cm naast het sternum. Het hart is omgeven door het pericard (hartzakje). Het septum cordis (harttussenschot) verdeelt het hart in een linker- en rechterhelft. Iedere harthelft bestaat uit een atrium (boezem), het

98

Fysiologie en anatomie niveau 5

bovenste deel en het onderste deel dat ventrikel (kamer) wordt genoemd. De anulus fibrosus (een fibreuze ring) vormt de scheiding tussen de atria en de ventrikels. In deze ring bevinden zich de twee soorten kleppen: de atrioventriculaire kleppen (AV-kleppen) en de arterie¨le kleppen (zie kleppen). Aan de beide atria zitten uitstulpingen, de zogenaamde auriculae (hartoortjes). De atria zijn de plaatsen waar de venen in het hart uitmonden. In het linkeratrium monden de vier venae pulmonales (longaders) uit (enkelvoud: vena pulmonalis). Het rechteratrium is de mondingsplaats voor de vena cava superior (bovenste holle ader) en de vena cava inferior (onderste holle ader) en (aan de achterzijde van het hart) de sinus coronarius, het verzamelvat van de venae coronariae (enkelvoud: vena coronaria), de kransaders. Vanuit de beide ventrikels voeren twee grote arterie¨n het bloed van het hart af. Vanuit de linkerventrikel door de aorta (de grote lichaamsslagader). Vanuit de rechterventrikel vindt de bloedafvoer plaats door de truncus pulmonalis (truncus = stam) die zich meteen vertakt in de linker en rechter arteria pulmonalis (longslagader). Bouw van de hartwand De hartwand is van binnen naar buiten opgebouwd uit de volgende lagen (afb. 2.16): – endocard; dit is een laag endotheel met daaronder een laagje bindweefsel. Het endocard doet dienst als een gladde binnenbekleding van de hartwand. De atrioventriculaire kleppen zijn te beschouwen als plooien van het endocard; – myocard; dit is veruit de dikste laag van de hartwand en bestaat uit dwarsgestreept (maar onwillekeurig!) spierweefsel. In tegenstelling tot het dwarsgestreepte spierweefsel van een skeletspier bestaan er in het myocard vele dwarsverbindingen tussen de spiervezels onderling. Dit hangt samen met het verschil in functie: een skeletspier contraheert langs een rechte lijn, de hartspier contraheert driedimensionaal. Anders gezegd: een skeletspier wordt bij een contractie alleen maar korter, bij een hartspier moet het volume afnemen. Het myocard van de linkerventrikel is het dikst met het oog op de kracht die ontwikkeld moet worden om het bloed van hieruit in de aorta en daarmee het hele lichaam in te persen. Dit komt tot uitdrukking in het verschil in druk in linker- en rechterventrikel; – epicard; het is een dun elastisch laagje, dat met het hart is vergroeid. Het vormt het viscerale (binnenste) blad van het hartzakje; – pericard; dit is het parie¨tale (buitenste) blad van het hartzakje. Ter hoogte van de hartbasis gaat het pericard over in het epicard. Het pericard is niet elastisch en dikker dan het epicard. Tussen de beide bladen bevindt zich een smalle ruimte, de pericardholte, gevuld met vocht. Dit vochtlaagje doet dienst als glijspleet zodat het hart, vrijwel zonder wrijving, kan verschuiven. Dit tweebladige systeem is te vergelijken met de pleurabladen rondom de longen. In de praktijk is de term pericard synoniem met het hartzakje.

2

99

Circulatie

Afbeelding 2.16 Bouw van de hartwand.

Kleppen In en bij het hart bevinden zich kleppen die dezelfde functie hebben: het voorkomen dat het bloed terugstroomt, zodat het eenrichtingsverkeer van het bloed is gewaarborgd. De kleppen zijn bevestigd aan de al genoemde anulus fibrosus, waarin zich vier grote openingen bevinden: de twee openingen op de grens van atrium en ventrikel (links en rechts) en de twee openingen aan het begin van de beide arterie¨n, de truncus pulmonalis en de aorta. Op grond hiervan worden twee soorten kleppen onderscheiden (afb. 2.17): – atrioventriculaire kleppen; deze kleppen, kortweg aangeduid als AVkleppen, bevinden zich op de grens van atrium en ventrikel. Tussen linkeratrium en linkerventrikel bevindt zich de bicuspidalisklep (tweeslippige klep), gewoonlijk aangeduid als mitralisklep (mitra = mijter). Op de grens van rechteratrium en rechterventrikel bevindt zich de tricuspidalisklep (drieslippige klep). De AV-kleppen zijn plooien van het endocard, die met dunne chordae tendineae (peeskoordjes) vastzitten aan de papillairspieren (uitstulpingen van het myocard aan de binnenzijde van de ventrikels). Door de chordae tendineae wordt voorkomen dat bij contractie van de ventrikels de kleppen doorslaan waardoor bloed vanuit de ventrikels zou terugstromen naar de atria; – arterie¨le kleppen; deze kleppen zitten eveneens vast aan de fibreuze ring en wel bij het begin van de aorta en de truncus pulmonalis: een aortaklep en een pulmonalisklep. Omdat de arterie¨le kleppen ieder zijn opgebouwd uit drie halvemaanvormige (semilunaire) zakjes worden ze semilunairkleppen genoemd. Bloedvoorziening van het hart De hartspier zelf wordt van bloed voorzien door de linker arteria coronaria (arteria coronaria sinistra) en rechter arteria coronaria (arteria coronaria dextra), de coronairarterie¨n of kransslagaders. Het zijn eindarterie¨n (zie bij bijzondere vaatsystemen in par. 2.2.2). Het zijn de eerste zijtakken van de aorta waarvan het begin ligt pal achter de

100

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 2.17 Hart: AVkleppen en arterie¨le kleppen (bovenaanzicht).

aortaklep. Wanneer het bloed uit de ventrikel stroomt worden deze openingen door de aortaklep gedeeltelijk afgesloten. Hiermee wordt voorkomen dat er een te grote druk op de coronairarterie¨n komt te staan. Aan de dorsale zijde van het hart verenigen de coronairvenen (venae coronariae, kransvenen) zich tot de sinus coronarius die, evenals de beide venae cavae, uitmondt in het rechteratrium. Prikkel- en geleidingssysteem Om de contractie ritmisch te laten verlopen beschikt het hart over een bepaald soort weefsel, het nodale weefsel, dat zelfstanding impulsen kan genereren. Nodaal weefsel (nodus = knoop) bevindt zich in de sinusknoop of SA-knoop (sinu-atriale knoop, afb. 2.18). De SA-knoop ligt in de wand van het rechteratrium op de plaats waar de vena cava superior en de vena cava inferior uitmonden. De sinusknoop fungeert als primaire pacemaker van het hart. Daarom wordt de hartslagfrequentie ook vaak sinusfrequentie genoemd. Een tweede concentratie van nodaal weefsel ligt in het atriumseptum, boven de anulus fibrosus, en wordt de atrioventriculaire knoop of AVknoop genoemd. Vanuit de AV-knoop brengt het geleidingssysteem van de bundel van His de impuls over het ventrikelseptum naar de apex van het hart. Hier gaan de beide bundeltakken over in de vezels van Purkinje en het eigenlijke ventrikelmyocard. Impulsvorming en impulsgeleiding De membraanpotentiaal en impulsvorming is beschreven bij het zenuwstelsel (par. 6.2.1). Om de werking van de hartspier te begrijpen, wordt hier kort de impulsvorming samengevat waarbij de Na+- en K+ionen extra aandacht krijgen omdat deze in hartspiercellen een belangrijke rol spelen. Over het membraan van iedere levende cel heerst een spanningsverschil, de rustpotentiaal genoemd. De binnenzijde van de cel is dan negatief geladen ten opzichte van de buitenzijde. Deze potentiaal wordt voornamelijk in stand gehouden door een verschil in concentratie van ionen binnen en buiten de cel. Van de positief geladen

2

101

Circulatie

Afbeelding 2.18 Prikkel- en geleidingssysteem van het hart.

deeltjes zijn K+-ionen de belangrijkste binnen in de cel. Buiten de cel, in interstitium en bloedplasma, zijn dat de Na+-ionen. Hoewel het celmembraan slecht doorlaatbaar is voor natrium- en kaliumionen, lekken er langzaam natriumionen naar binnen en kaliumionen naar buiten. Om het concentratieverschil in stand te houden bevinden zich in het celmembraan Na/K-pompen. Dit zijn eiwitmoleculen, die aan de buitenzijde van de cel kaliumionen binden en aan de binnenzijde natriumionen. Ten koste van energie in de vorm van ATP worden deze ionen tegen de concentratie in weer naar binnen (K+) en naar buiten (Na+) getransporteerd (afb. 6.1). De Na/Kpomp is hiermee essentieel voor het in stand houden van de rustpotentiaal. Wanneer een cel geprikkeld wordt treden er veranderingen op in de doorlaatbaarheid van het membraan. Dat is bijvoorbeeld het geval wanneer er licht op het netvlies valt of wanneer een zenuw een spier activeert. Wanneer de cel wordt geprikkeld is de eerste verandering die optreedt het openen van kanalen voor Na+-ionen in het celmembraan. Omdat de natriumconcentratie buiten de cel groter is dan daarbinnen, stromen nu Na+-ionen de cel in. Het aantal Na+-ionen dat binnenstroomt is heel klein; ook in een geprikkelde cel is de concentratie Na+ binnen nog steeds veel kleiner dan die buiten de cel. Het gevolg van de instroom van Na+-ionen (positieve deeltjes!) is, dat de binnenkant positief wordt. Dit wordt depolarisatie genoemd. Als gevolg van de depolarisatie sluiten de natriumkanalen zich en stopt de instroom van Na+-ionen. Tegelijkertijd gaan er kanalen voor K+-ionen open en komt er een uitstroom van (een klein aantal) K+-ionen (positieve deeltjes!) op gang. De buitenkant van de cel wordt daardoor weer positief, de cel ‘repolariseert’. Ten slotte stopt ook weer de uitstroom van K+. De Na/ K-pomp brengt alle ionen weer op hun plaats en de rustpotentiaal is hersteld. De hierboven beschreven opeenvolging van gebeurtenissen wordt een actiepotentiaal genoemd. Ee´n actiepotentiaal is e´e´n impuls. Actiepotentialen kunnen zich verplaatsen over zenuwcellen, spiercel-

102

Fysiologie en anatomie niveau 5

len en kliercellen. Op dit verschijnsel wordt in hoofdstuk 6 verder ingegaan. Bijzondere eigenschappen van het nodale weefsel De cellen in de verschillende delen van het hart (het nodale weefsel, zie boven) hebben de bijzondere eigenschap dat zij spontaan depolariseren, zonder invloed van prikkels van buiten. Een hart gaat, mits voorzien van zuurstof en voedingsstoffen, ook buiten het lichaam nog uren door met kloppen. De snelheid van spontane depolarisatie is het hoogst in de sinusknoop (100 keer per minuut, de intrinsieke sinusfrequentie). Ook de AV-knoop en het ventrikelmyocard kunnen spontaan depolariseren maar met een lagere snelheid. Voor de AV-knoop is de eigen frequentie ongeveer 50 keer per minuut, voor het ventrikelmyocard is deze nog lager. Een tweede bijzondere eigenschap van hartspiervezels is de aanwezigheid van ionenkanalen tussen de cellen onderling (nexusverbindingen). Wanneer e´e´n cel in het hart om wat voor reden dan ook depolariseert, kunnen de ingestroomde Na+-ionen via deze nexusverbindingen rechtstreeks naar de buurcellen stromen, waardoor deze op hun beurt ook weer depolariseren. Spontane depolarisatie van e´e´n cel (normaal gesproken in de sinusknoop) leidt tot depolarisatie van alle aangrenzende cellen. Wat zijn de praktische consequenties van deze bijzondere eigenschappen van het hart? In rust depolariseert de sinusknoop ongeveer 70 maal per minuut. Het verschil met de intrinsieke sinusfrequentie van 100 per minuut wordt veroorzaakt door het effect van het parasympathische zenuwstelsel. De depolarisatie van de sinusknoop activeert de naburige cellen van het atriummyocard. De impuls verspreidt zich over het atriummyocard zoals een golf in een vijver. Als gevolg van deze depolarisatie contraheert het atriummyocard. Deze fase wordt de atriumsystole genoemd. De depolarisatiegolf stopt bij de anulus fibrosus, die elektrisch isolerend is. Omdat de AV-knoop deel uitmaakt van het atriummyocard neemt ook dit orgaan de impuls van de sinusknoop over. Het is hierbij van belang, dat de AV-knoop een lagere eigen frequentie heeft. Voordat de AV-knoop zelfstandig aan depolarisatie is toegekomen heeft dit orgaan al een opdracht vanuit de sinusknoop ontvangen. De impuls wordt in de AV-knoop ongeveer 0,1 seconde vastgehouden. Inmiddels repolariseert de atriumwand en ontspant de atriumspier zich: de atriumsystole is ten einde. Vanuit de AV-knoop wordt de depolarisatie vervolgens langs het geleidingssysteem van de bundel van His door de anulus fibrosus geleid en via de bundeltakken naar de apex van het hart. Hier gaat het geleidingssysteem via de purkinjevezels over in het eigenlijke myocard zodat nu ook de ventrikelwand begint te depolariseren en te contraheren. De impuls loopt ten slotte langs de buitenwanden van ventrikels terug naar de anulus fibrosus. Vanaf dit moment is de hele ventrikelwand gedepolariseerd en daarmee gecontraheerd. Deze fase

2

Circulatie

komt zo overeen met de ventrikelsystole. Als laatste repolariseert de ventrikelwand weer en de hartrustfase begint. Sinusritme Een normaal sinusritme ligt in rust tussen de 50 en 100 per minuut. Dit ritme staat onder neuronale en hormonale invloeden. De sinusknoop wordt geı¨nnerveerd door de nervi accelerantes, die deel uitmaken van het sympathische systeem. Deze versnellen de sinusknoop bij bijvoorbeeld inspanning en onder invloed van emoties (tachycardie). Andere takken van het sympathische stelsel lopen naar de ventrikelspier en vergroten de slagkracht en daarmee het slagvolume. De nervi vagi (nervus vagus = zwervende zenuw, de tiende hersenzenuw) zijn de belangrijkste parasympathische vezels. De linkertak vertraagt de sinusknoop (bradycardie), de rechtertak vertraagt de AV-geleiding. Hormonaal wordt de sinusknoop vooral beı¨nvloed door adrenaline uit de bijnierschors met tachycardie (vergroting van de hartslagfrequentie) als gevolg. Adrenaline heeft ook een stimulerend effect op de slagkracht. De sinusknoop wordt ten slotte nog beı¨nvloed door de ademhaling. Inademing geeft een lichte tachycardie, uitademing doet de sinusfrequentie juist dalen. Deze variaties in de hartslagfrequentie bij in- en uitademing zijn goed te zien op een ecg en staan bekend onder de naam respiratoire aritmie. De daling van de thoraxdruk, die bij inademing optreedt, heeft ook invloed op het slagvolume. Door rek van de atriumwand kan het hart zich beter vullen, waardoor bij inademing niet alleen de frequentie maar ook het slagvolume stijgt. Escaperitmes Wanneer om bepaalde redenen de sinusknoop stopt met het afgeven van impulsen of wanneer deze impulsen de AV-knoop niet kunnen bereiken, neemt de AV-knoop de aansturing van ventrikels over. De hartslagfrequentie daalt dan tot de intrinsieke AV-frequentie van 40 tot 50 per minuut. In het geval van sinusuitval ontbreekt dan vanzelfsprekend de atriumsystole. In geval van een AV-blok contraheren atria en ventrikels met verschillende ritmes. Wanneer de sinusknoop en AV-knoop beide uitvallen kan het hart nog overgaan op een nog lager ventrikel escaperitme. In sommige gevallen bestaat er naast de verbinding via de AV-knoop nog een tweede elektrische verbinding tussen atria en ventrikels. Sommige van deze verbindingen kunnen de impuls in twee richtingen doorgeven, andere slechts in e´e´n richting. Wanneer de impuls normaal via de AV-knoop naar de ventrikels loopt en vervolgens via de accessoire baan terug naar het atrium, kan de AV-knoop opnieuw worden geactiveerd. Dit is een voorbeeld van een re-entry verschijnsel (cirkelgeleiding) en kan in dit geval tot tachycardiee¨n leiden. Cirkelgeleidingen kunnen ook in de ventrikelwand optreden, bijvoorbeeld na beschadiging van een deel van de ventrikelspier na een hartinfarct.

103

104

Fysiologie en anatomie niveau 5

Intermezzo 2.9 Elektrocardiogram (ecg) Met behulp van elektroden op het lichaamsoppervlak is het verloop van de depolarisatie en repolarisatie van de hartspier zichtbaar te maken. De grafische weergave van deze potentiaal tegen de tijd eordt een elektrocardiogram (ecg) genoemd (afb. 2.19). De vorm van pieken en dalen in een ecg is afhankelijk van: – de hoeveelheid weefsel dat op een bepaald moment depolariseert of repolariseert; de ventrikelspier bevat veel meer weefsel dan de atriumspier. Daarom is de piek, die de depolarisatie van de ventrikels weergeeft (QRS-complex) veel groter dan de piek die de depolarisatie van het atrium weergeeft (P-top); – de geleidingssnelheid; het atrium geleidt de depolarisatie langzamer dan de ventrikel. Daarom is de P-top breder dan het QRS-complex; – de plaatsing van de elektroden op het lichaam; bij het opnemen van een ecg kunnen de elektroden op verschillende plaatsen op de borstwand worden geplakt. Bij iedere positie heeft het ecg een andere vorm. De verschillende delen van het ecg geven de volgende processen weer: – de P-top vertegenwoordigt de depolarisatie van de atria; – het QRS-complex hoort bij de depolarisatie van de ventrikels; – de T-top representeert de repolarisatie van de ventrikels (de repolarisatie van de atria is in een normaal ecg niet te zien omdat deze wegvalt onder het QRS-complex); – tijdens het PQ-segment passeert de impuls het geleidingssysteem tussen atrium en ventrikel; de lengte van dit segment is daarom onafhankelijk van de hartslagfrequentie; – tijdens het ST-segment zijn alle ventrikelcellen gedepolariseerd en gecontraheerd; – tijdens het TP-segment verkeert het hart in rust. In afbeelding 2.20 zijn enkele afwijkende ecg’s afgebeeld.

Hartcyclus Bij een frequentie van 60 slagen per minuut duurt een volledige hartcyclus precies e´e´n seconde. Deze cyclus is opgebouwd uit de volgende fasen (afb. 2.21): – hartrustfase (0,7 seconde); gedurende deze fase zijn alle myocardcellen in rust, het hart is ontspannen. Omdat de hartspier fysiologisch sterk lijkt op een skeletspier moet het hart tussen twee achtereenvolgende slagen de tijd hebben om te herstellen. Gedurende de hartrustfase staan de AV-kleppen open. Het veneuze bloed vult atria en ventrikels. De arterie¨le kleppen zijn gesloten; – atriumsystole (0,1 seconde); de atria trekken samen en stuwen wat extra bloed in de ventrikels. De AV-kleppen zijn nog steeds geopend. De bijdrage die de atriumsystole levert als aanvulling van de

2

Circulatie

105

Afbeelding 2.19 Verloop van een standaard ecg.

Afbeelding 2.20 Een normaal ecg en voorbeelden van afwijkende ecg’s.

106

Fysiologie en anatomie niveau 5

ventrikels wordt bepaald door de pompkracht van het atrium en de stijfheid van ventrikelwand. Voor jonge mensen zorgt de atriumsystole voor zo’n 10% extra vulling. Omdat bij oudere mensen de ventrikelwand stijver is moeten de ventrikels in dit geval meer actief gevuld worden. De atriumsystole draagt bij oudere mensen tot 30% bij van de vulling van de ventrikels, waardoor dit meer energie kost; – ventrikelsystole (het atrium is dan weer in diastole, 0,2 seconde); onmiddellijk nadat de ventrikelspier begint te contraheren wordt de druk in de ventrikel groter dan die in het atrium. Dit drukverschil is er verantwoordelijk voor dat de AV-kleppen sluiten (eerste harttoon). Het doorslaan van de AV-kleppen richting atrium wordt voorkomen door de chordae tendineae, die verbonden zijn met de papillairspieren. Op dit moment is de ventrikeldruk nog wel kleiner dan de druk in de uitstroomvaten (aorta en truncus pulmonalis). Pas wanneer ook deze druk overwonnen wordt is het bloed in staat de aorta- en pulmonalisklep te openen en kan het bloed uitstromen (ejectiefase). De ventrikelsystole begint zo met een fase waarin alle kleppen gesloten zijn en de druk in de ventrikels oploopt. Deze fase wordt de isovolumetrische contractiefase genoemd. Afbeelding 2.21 Hartcyclus.

Na de ventrikelsystole volgt weer de hartrustfase: de ventrikelspier ontspant waardoor aortaklep en pulmonalisklep direct sluiten (tweede harttoon). De AV-kleppen gaan pas open als de druk in de ventrikels gelijk is geworden aan die in de atria. Ook nu is er een fase waarbij alle kleppen gesloten zijn en de ventrikels zich ontspannen (isovolumetrische relaxatie). Op het moment dat de AV-kleppen open gaan stroomt het bloed, dat zich in de atria heeft opgehoopt, met kracht in de ventrikels. Om die reden wordt het eerste gedeelte van de hartrustfase ook wel snelle vullingsfase of rapid filling phase genoemd. Deze fase gaat gepaard met een ruisend geluid: de derde harttoon, die vooral bij jongeren te horen is. Het resterende deel van de hartrustfase wordt passieve vullingsfase genoemd.

2

Circulatie

Hartminuutvolume (cardiac output) Onder het hartminuutvolume (hmv) wordt verstaan de hoeveelheid bloed, die per ventrikel per minuut wordt uitgepompt. Deze kan eenvoudig worden berekend uit de hartslagfrequentie en het slagvolume per ventrikel. Bij een hartslagfrequentie van 70 per minuut en een slagvolume van 70 ml per ventrikel is het hartminuutvolume dan 70 maal 70 = 4 900 ml/minuut. Bij inspanning gaan zowel slagfrequentie als slagvolume omhoog als gevolg van de activiteit van het sympathische zenuwstelsel. Bij maximale inspanning kan het hartminuutvolume wel stijgen tot 25 l per minuut: een verhoging met een factor vijf! Het slagvolume wordt bepaald door twee factoren: – vulling van de ventrikel, vlak voor de contractie (einddiastolische vulling = EDV); deze vulling is sterk afhankelijk van de hoeveelheid bloed, die uit de venen in het hart terugkeert, gecombineerd met het effect van de atriumsystole. De einddiastolische vulling wordt ook wel de preload van het hart genoemd; – contractiekracht van de ventrikelspier; in rust worden de ventrikels niet geheel leeggepompt. Wanneer de ventrikelspier krachtiger contraheert kan er een groter gedeelte van de ventrikelinhoud uitgepompt worden, waardoor het slagvolume stijgt. Een gezond hart is gecompenseerd, dat wil zeggen: de hoeveelheid bloed die uitgepompt wordt is iedere hartslag precies gelijk aan de hoeveelheid die via de venen binnenstroomt. Bij veel hartpatie¨nten is de hartspier verzwakt zodat hij niet in staat zal zijn al het bloed weg te pompen. Daardoor zal er zich bloed ophopen in de longvenen of de grote venen, afhankelijk van de zijde van het hart die is aangedaan (decompensatio cordis). Vermogen van de hartspier De zuurstofbehoefte van de hartspier is direct gerelateerd aan de arbeid die het hart per seconde moet leveren (het vermogen). Dit vermogen is afhankelijk van twee factoren: – slagvolume; deze wordt bepaald door de vulling van de ventrikel (preload); – bloeddruk waar het hart tegenin moet pompen; dat is de bloeddruk op het moment, dat de aortaklep of pulmonaalklep opengaat: de diastolische arterie¨le bloeddruk. Dit wordt de afterload van het hart genoemd. Wanneer een hart in zuurstofnood dreigt te geraken kan het vermogen van het hart, en daarmee de zuurstofbehoefte, op twee manieren worden teruggebracht, waarmee vaak een crisis kan worden voorkomen. Medicijnen die de venen dilateren (verwijden) verminderen de vulling van de ventrikels en daarmee de preload. Medicijnen die arterie¨n dilateren verminderen de arterie¨le bloeddruk en daarmee de afterload.

107

108

Fysiologie en anatomie niveau 5

2.2.2 bloedvaten In afbeelding 2.12 is een schema weergegeven van de bloedsomloop, waarbij onderscheid gemaakt wordt tussen de grote bloedsomloop (lichaamscirculatie) en de kleine bloedsomloop (longcirculatie). De grote circulatie begint in de linkerventrikel. Via de aorta met de vele vertakkingen komt het bloed uiteindelijk in de weefsels waar in de capillairen de uitwisseling plaatsvindt van voedingsstoffen en gassen. De capillairen verenigen zich uiteindelijk tot venen die het bloed via de vena cava inferior en de vena cava superior terugvoeren naar het hart. Het bloed van de grote circulatie mondt zo uit in het rechteratrium. De kleine circulatie vervoert het bloed vervolgens vanuit rechterventrikel via de longen naar het linkeratrium. De kleine circulatie zorgt zo voor de opname van zuurstof en de afgifte van CO2. Arterie¨n In afbeelding 2.22 en afbeelding 2.23 zijn de belangrijkste vertakkingen weergegeven van de aorta. Afbeelding 2.22 Schema van de belangrijkste arterie¨n.

De aorta in het thoracale gebied wordt als volgt ingedeeld: – aorta ascendens (opstijgend deel). Aan het begin van dit deel ontspringen (pal ter hoogte van de aortakleppen) de reeds genoemde linker en rechter arteria coronaria (kransslagaders); – arcus aortae (aortaboog). Op de arcus aortae ontspringen drie bloedvaten: truncus brachiocephalicus, linker arteria carotis communis en linker arteria subclavia.

2

109

Circulatie

Afbeelding 2.23 Aorta met de belangrijkste vertakkingen.

De truncus brachiocephalicus (arm-hoofdslagader) is een gemeenschappelijke stam (truncus), die zich opsplitst in de rechter arteria carotis communis (gemeenschappelijke halsslagader) en de rechter arteria subclavia (ondersleutelbeenslagader), die de bloedvoorziening van de rechterarm verzorgt. De beide arteria carotis communis vertakken zich in de arteria carotis interna en externa (inwendige en uitwendige halsslagader). Bij deze splitsing is de arteria carotis communis enigszins verwijd. Dit wordt de sinus caroticus genoemd. De arteria carotis externa zorgt voor de bloedvoorziening van het aangezicht, schedelbeenderen en hersenvliezen, terwijl de arteria carotis interna via een opening in de schedelbasis de hersenen van bloed voorziet (zie hoofdstuk 6). De linker arteria subclavia zorgt voor de bloedvoorziening van de linkerarm. Ter hoogte van de oksel (axilla) en bovenarm (brachium) heet dit vat respectievelijk arteria axillaris en arteria brachialis.

110

Fysiologie en anatomie niveau 5

De arteria brachialis vertakt zich bij de elleboog in de arteria radialis (spaakbeenslagader) en de arteria ulnaris (ellepijpslagader). De rechter arteria carotis communis en de rechter arteria subclavia vertakken zich op dezelfde wijze als de bloedvaten links op de aortaboog; – aorta desendens (dalende deel). In dit gedeelte geeft de aorta zijtakken af aan de rompwand (de intercostaalarterie¨n (tussenribslagaders)) en aan de nabijgelegen organen. Bekende orgaanarterie¨n zijn de rami oesophageales (arterie¨le takken naar de oesofagus, slokdamarterie¨n) en de bronchiaalarterie¨n, die onder andere ook zorgen voor de voeding van het longweefsel. De belangrijkste zijtaken van de aorta abdominalis (buikaorta) zijn: – truncus coeliacus (ingewandsslagader). Dit is de gemeenschappelijke stam van de arteria gastrica (voor de maag), de arteria lienalis (miltslagader) en de arteria hepatica (leverslagader) die, behalve pancreas en duodenum, vooral de lever van bloed voorziet; – arteria renalis (2x) (nierslagader); – arteria mesenterica superior (bovenste darmslagader) die de dunne darm en de eerste helft van de dikke darm van bloed voorziet; – arteria mesenterica inferior (onderste darmslagader), die de rest van de dikke darm van bloed voorziet; – arteriae lumbales (lumbaalarterie¨n) die het lumbale gebied (lendenstreek) van bloed voorzien. Ter hoogte van L3-L4 (derde en vierde lendenwervel) splitst de aorta abdominalis zich (bifurcatie aortae) in de linker en rechter arteria iliaca communis (gemeenschappelijke bekkenslagader), die zich ieder vertakken in een arteria iliaca interna en externa: inwendige (achterste) en uitwendige (voorste) bekkenslagader. De arteria iliaca interna voorziet het kleine bekken van bloed, terwijl de arteria iliaca externa de bloedvoorziening van de onderste extremiteit verzorgt. Vanaf het ligamentum inguinale (liesband) zet de arteria iliaca interna zich voort als arteria femoralis (dijbeenslagader), die zich ter hoogte van de knie vertakt in de arteria tibialis (scheenbeenslagader) en de arteria fibularis (kuitbeenslagader). Kenmerken en functies van de arterie¨n en arteriolen De arterie¨n voeren het bloed van het hart af. De kleinere arterie¨n worden arteriolen genoemd. Met het oog op de functie bezitten de arterie¨n een betrekkelijk dikke wand. Ze ‘kloppen’: de contracties van de ventrikels zijn nog goed merkbaar. In arterie¨n komen geen kleppen voor, behalve bij het begin de aorta en de truncus pulmonalis. De wanden van de arterie¨n en de venen zijn in principe op dezelfde wijze gebouwd en bestaan uit de volgende drie lagen (afb. 2.24): – tunica intima: de binnenste laag; deze bestaat uit endotheel en een laagje elastisch bindweefsel;

2

Circulatie

111

– tunica media: de middelste laag, opgebouwd uit elastisch bindweefsel en glad spierweefsel; – tunica adventitia: deze aan de buitenzijde gelegen laag, die hoofdzakelijk bestaat uit losmazig bindweefsel met bloed- en lymfevaatjes, wordt uitsluitend aangetroffen bij de grotere vaten. Het grote verschil tussen de arterie¨n en de venen wordt bepaald door het verschil in bouw van de tunica media. Bij de arterie¨n is het elastisch bindweefsel erg compact en gegroepeerd tot lamellen, bij de venen heeft het elastisch bindweefsel een veel lossere structuur. Afbeelding 2.24 A. De belangrijkste componenten van de wand van een elastische arterie (links) en een grote vene (rechts). B. Schematische voorstelling van de microscopische bouw van de vaatwand van een middelgrote arterie.

Bij de arterie¨n kan nog een onderscheid gemaakt worden tussen elastische arterie¨n en musculeuze arterie¨n. De elastische arterie¨n zijn de grootste arterie¨n, waarbij in de tunica media (kortweg media genoemd) zeer veel elastisch bindweefsel voorkomt. Deze arterie¨n hebben een duidelijke transportfunctie. De wand van deze arterie¨n rekt uit tijdens de ejectiefase van het hart, waardoor de systolische bloeddruk (bovendruk) niet al te hoog oploopt. Door de elasticiteit veert de wand tijdens de diastole weer terug. Omdat het bloed vanwege de semilunairkleppen niet terug kan stromen naar het hart, zorgt dit terugveren ook voor een druk in de arterie¨n: de diastolische bloeddruk of onderdruk (zie par. 2.2.3). De musculeuze arterie¨n omvatten de kleine arterie¨n en arteriolen, die de overgang vormen naar de capillairen. In de media van deze arterie¨n heeft glad spierweefsel de overhand. Door vasodilatatie en vasoconstrictie zijn de arteriolen in staat de hoeveelheid bloed, die naar een

112

Fysiologie en anatomie niveau 5

bepaald orgaan stroomt, te regelen. Arteriolen hebben hiermee een duidelijke distributiefunctie. De contractietoestand van de arteriolen is maatgevend voor de perifere weerstand die het bloed ondervindt. De perifere weerstand heeft een grote invloed op de bloeddrukregeling. Vooral de diastolische bloeddruk blijkt sterk afhankelijk te zijn van de perifere weerstand (zie par. 2.2.3). Capillairen en weefselvocht De capillairen vormen de overgang van arterie naar vene, beter gezegd de overgang van de arteriolen naar de venulae. Ze bezitten een dunne wand die bestaat uit e´e´n laag endotheelcellen. Deze wand is voor alle stoffen doorlaatbaar, alleen (grote) eiwitmoleculen worden slecht doorgelaten. Daardoor is de samenstelling van weefselvocht gelijk aan die van plasma, met uitzondering van de eiwitconcentratie. De stroomsnelheid van het bloed in de capillairen is zeer klein zodat er voldoende tijd is voor de uitwisseling van stoffen. De voor de cellen noodzakelijke stoffen (voedingsstoffen, zuurstof, hormonen) gaan vanuit het bloedplasma via het weefselvocht naar de cellen. De afvalproducten van de cellen (o.a. CO2) gaan vanuit de cellen naar het bloed of de lymfevaten (afb. 2.25). Afbeelding 2.25 Overgang van een arterie naar een vene. De zwarte pijlen geven de richting van de bloedsomloop aan.

Voor het ontstaan van weefselvocht zijn twee tegengestelde krachten verantwoordelijk, namelijk de bloeddruk en de colloı¨d-osmotische druk (COD). Door de bloeddruk wordt het bloedplasma (zonder de plasma-eiwitten) naar het interstitium geperst. De colloı¨d-osmotische druk is de aanzuigkracht die wordt uitgeoefend door de opgeloste plasma-eiwitten (colloı¨den). In paragraaf 2.2.5 wordt de uitwisseling tussen de capillairen en het interstitium verder besproken. Venen en venulen De capillairen verenigen zich tot venulae (kleine venen) die overgaan in venen. Ze voeren het bloed naar het hart terug. Ze bezitten een dunne slappe wand, ze kloppen niet. De kleinere venen beneden het hart bezitten kleppen om terugstromen van het bloed te voorkomen.

2

Circulatie

De venen hebben in het algemeen een grotere diameter dan de overeenkomstige arterie¨n. De wand is veel dunner en daardoor ook rekbaarder dan die van de overeenkomstige arterie¨n. Door vasoconstrictie en vasodilatatie kan de inhoud van de venen wel e´e´n liter veranderen. Vanwege deze opslagfunctie worden de grote venen ook wel de capaciteitsvaten genoemd. De venen verenigen zich uiteindelijk tot de vena cava inferior en de vena cava superior, die beide uitmonden in het rechteratrium. De vena cava inferior verzamelt al het bloed van onder het diafragma. Dit vat doorboort het diafragma in het centrum tendineum (de centrale peesplaat). De vena cava superior is een samenvloeiing van de linker en rechter vena brachiocephalica (arm-hoofdader). Iedere vena brachiocephalica is een vereniging van een vena subclavia (ondersleutelbeenader) met een vena jugularis (halsader) (afb. 2.26). Bij de beenvenen worden twee systemen onderscheiden: een diep systeem en een oppervlakkig systeem. De diepliggende venen spelen een belangrijke rol bij het omhoog stuwen van het bloed. Minstens 90% van het totale bloed wordt door het diepliggende systeem naar het hart teruggevoerd, vooral door de krachtige beenspieren rondom deze venen die als een spierpomp werken. De oppervlakkige venen worden niet door skeletspieren omgeven en het bloed stroomt erin ook minder snel dan in de dieper liggende venen. De oppervlakkige aders zijn daarom verbonden met het dieper liggende systeem via vele korte verbindingsaders, de zogeheten venae perforantes. De kleppen in deze venae perforantes verhinderen dat het bloed vanuit de dieper liggende venen kan terugstromen naar de oppervlakkig gelegen venen. Wanneer de kleppen in de venae perforantes niet meer voldoende functioneren wordt het bloed in de oppervlakkige venen gestuwd. Dit is zichtbaar als varices (‘spataderen’). Wanneer de kleppen in de diepgelegen venen niet meer voldoende functioneren is de afvoer van het veneuze bloed uit dit systeem naar het hart verminderd, waardoor oedemen en diepveneuze trombose kunnen ontstaan. Bijzondere vaatsystemen Naast het normale patroon arterie-arteriole-capillair-venuale-vene komen er ook andere vaatsystemen voor (afb. 2.27): – arterie¨le capillairen (arterieel wondernet); hierbij bevindt zich het capillairnet tussen twee arterie¨n. Een bekend voorbeeld hiervan vormen de arterie¨le capillairen die als glomerulus (vaatkluwen) aangetroffen worden binnen het kapsel van Bowman in de nefronen in de nier; – veneuze capillairen (veneus wondernet); hierbij bevindt het capillairnet zich tussen twee venen. Het poortadersysteem is hiervan een bekend voorbeeld. De vena portae (poortader) ontvangt veneus bloed van het onderste deel van de oesofagus (slokdarm) tot en met het bovenste deel van het rectum, plus pancreas en milt. De vena portae vertakt zich in de lever opnieuw tot een capillairsysteem om vervolgens als vena hepatica (leverader) de lever te verlaten. Dit verschijnsel van veneuze capillairen wordt ook wel als portale cir-

113

114

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 2.26 Bloedvaten en zenuwen van de hals en de bovenste thoraxopening; de hoek tussen de vena jugularis interna en de vena subclavia wordt de veneuze hoek (angulus venosus) genoemd.

culatie (poortadersysteem) aangeduid. Een ander voorbeeld van veneuze capillairen betreft het poortadersysteem van de hypothalamus naar de adenohypofye (hypofysevoorkwab) (zie afb. 7.6). Hier dient het poortadersysteem om bepaalde stoffen (releasing hormones) vanuit de hypothalamus naar de hypofyse te transporteren (zie par. 7.2.2); – collaterale circulaties; dit betreft circulaties met lateraal verlopende vaten (‘parallelwegen’). Het zijn alternatieve wegen die het bloed kan volgen. Ze vormen een extra garantie voor een goede doorbloeding wanneer de ‘hoofdwegen’ minder bloed kunnen verwerken, om welke reden dan ook. Vooral in het veneuze systeem zijn veel collateralen te vinden. Een bekend voorbeeld is de vena azygos

2

Circulatie

gelegen rechts van de wervelkolom. Dit vat verloopt vanaf een lumbaalvene naar de vena cava superior, ter hoogte van de C4, de vierde cervicale wervel: de vena azygos is een collateraal van de vena cava inferior. Collateralen komen ook voor in de beenvenen die bijvoorbeeld door het zogenaamd ‘strippen’ weggehaald kunnen worden (ter verwijdering van varices) of voor een bypass benut kunnen worden; – anastomosen en eindarterie¨n; anastomosen zijn te beschouwen als dwarsverbindingen tussen overeenkomstige vaten, bijvoorbeeld tussen twee arterie¨n. Ze worden onder andere veel aangetroffen in de vaatvoorzieningen van het mesenterium, de ophangband van de darmen. Bij de eindarterie¨n ontbreken de anastomosen. Ze voorzien als enige een bepaald gebied van zuurstof en voedsel. Bij afsluiting dreigt er dan ook gemakkelijk een infarct. Eindarterie¨n bevinden zich o.a. in het myocard, de nieren, de milt en bij de kleinere vaten in de hersenen. Ook worden ze aangetroffen bij het os scafoideum (zie hoofdstuk 11) en de cirkel van Willis (zie hoofdstuk 6); – arterioveneuze anastomosen; hierbij is sprake van een directe verbinding (‘kortsluiting’) tussen een arterie en een vene met een lage weerstand. Arterioveneuze anastomosen (dikwijls aangeduid met de afkorting AVA’s) staan in dienst van de warmteregulatie en zijn meestal gesloten. Bij oplopende lichaamstemperatuur vormen ze een snelle uitlaatklep voor de overtollige warmte. De anastomosen bevinden zich dan ook met name in de huid (afb. 2.28). In het geval van een sepsis (aanwezigheid en vermeerdering van bacterie¨n in de bloedbaan) worden de arterioveneuze anastomosen geopend. Hierdoor stroomt het bloed niet meer door het capillairnetwerk, maar rechtstreeks van arteriole naar venule. De huid voelt dan warm aan. Het voordeel van het openen van de arterioveneuze anastomosen bij sepsis is, dat de bacterie, die de sepsis veroorzaakt niet in het achterliggende weefsel kan doordringen. Het nadeel is, dat door de verlaging van de weerstand de bloeddruk sterk kan dalen en de patie¨nt in een shock kan raken (septische shock). Omdat de capillairen niet meer worden doorbloed ontvangt het achterliggende weefsel ook geen voedingsstoffen meer. Dit gebeurt ook in de huid (die is dan rood) maar ook in organen, zoals het hart. Daardoor loopt de hartfunctie snel achteruit en wordt de situatie irreversibel. De patie¨nt kan hierdoor al binnen enkele uren overlijden. 2.2.3 bloeddruk Het bloed in de bloedvaten oefent een kracht uit op de wand van die vaten: de bloeddruk. In afbeelding 2.29 is het verloop van de bloeddruk weergegeven, waarbij een onderscheid wordt gemaakt in arterie¨le, capillaire en veneuze bloeddruk. In de venen is deze druk klein en vrij constant (ongeveer 1 kPa = 5 mm Hg). In de arterie¨n is de bloeddruk veel groter en niet constant. Tijdens de ejectiefase pompt het hart zo’n 70 ml extra bloed in de arterie¨n. Omdat deze vloeistof niet snel kan wegstromen stijgt op dit moment de arterie¨le bloeddruk naar

115

116

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 2.27 Bijzondere vaatsystemen.

Afbeelding 2.28 Schematische voorstelling van de vascularisatie van de huid.

2

117

Circulatie

een maximum: de systolische druk of bovendruk. Deze is voor een jong volwassene 16 kPa (120 mm Hg). Gedurende de ventrikeldiastole stroomt het bloed via de capillairen naar de venen, waardoor de arterie¨le bloeddruk geleidelijk daalt naar een minimum van 10 kPa (80 mm Hg): de diastolische bloeddruk of onderdruk. De gemiddelde arterie¨le bloeddruk (MAP, mean arterial pressure) is een maat voor de hoeveelheid bloed, die per seconde door het lichaam stroomt. Omdat diastole en systole niet even lang duren is de MAP niet het gemiddelde van onderdruk en bovendruk. De MAP wordt berekend als 2 maal de diastole plus 1 maal de systole gedeeld door 3. Voor een jongvolwassene is de MAP dan (2 6 10 kPa (80 mm Hg) + 1 6 16 kPa (120 mm Hg)) / 3 = 12 kPa (93 mm Hg). Afbeelding 2.29 Bloeddrukverloop.

Zowel de veneuze als de arterie¨le bloeddruk worden door een aantal factoren beı¨nvloed: – vulling van het vaatstelsel: hoe meer vloeistof zich in het vaatstelsel bevindt hoe groter de druk. Los van allerlei compensatiemechanismen zullen bij een patie¨nt die veel bloed verloren heeft alle drukken (veneus en arterieel) dalen. Omgekeerd zal door het inlopen van een infuus de bloeddruk stijgen. Omdat het infuus wordt ingebracht in een vene zal dit in eerste instantie gelden voor de veneuze druk. – hartminuutvolume (hmv): dit heeft vooral effect op de systolische arterie¨le druk. Hoe meer bloed er door het hart in de arterie¨n wordt gepompt, hoe groter de systolische bloeddruk (bovendruk); – diameter van de bloedvaten (de perifere weerstand): deze is afhankelijk van: actieve vernauwing van de vaten (vasoconstrictie); dit geeft een stijging van de bloeddruk in arterie¨n of venen. Vasoconstrictie vindt plaats door aanspannen van gladde kringspiertjes rond de .

118

Fysiologie en anatomie niveau 5

.

.

.

bloedvaten. Deze spiertjes zijn altijd in meer of mindere mate aangespannen (de vaattonus). Met de term vasodilatatie wordt aangegeven dat de kringspiertjes zich ontspannen. Vasodilatatie heeft zo een bloeddrukverlagend effect; compliantie van de bloedvaten; met compliantie wordt rekbaarheid bedoeld. Vaten met een grote compliantie zullen bij een drukverhoging meer uitzetten, waardoor de drukverhoging deels tenietgedaan wordt. Omdat vooral in de arterie¨n grote drukverschillen voorkomen speelt vooral hier de compliantie een rol. Een grote compliantie van arterie¨n heeft zo een verlagend effect op de systolische bloeddruk. Wanneer de mate van vasoconstrictie toeneemt wordt de wand van een bloedvat stijver en neemt de compliantie af, waardoor de bloeddruk stijgt; elasticiteit van de vaten; elastische vaten keren, na uitzetten als gevolg van een drukstijging, weer terug tot de begindiameter. Deze elastische krachten oefenen op hun beurt een kracht uit op het bloed, waardoor de bloeddruk minder snel daalt. Hoe groter de elasticiteit van een arterie hoe hoger de diastolische bloeddruk. Compliantie en elasticiteit zijn min of meer tegengestelde begrippen: compliantie is het gemak waarmee een vat uitrekt, elasticiteit is het gemak waarmee een uitgerekt vat terugkeert tot de begindiameter. Compliantie wordt bepaald door de structuur van de bloedvatwand (passieve component) en de mate van vasocontrictie (actieve component). De elasticiteit is alleen afhankelijk van de structuur van de wand; aanwezigheid van eventuele afzettingen aan de binnenkant, zoals bij atherosclerose; afzettingen aan de binnenzijde van arteriewanden (plaques) hebben een stijging van zowel systolische als diastolische bloeddruk tot gevolg.

Medicijnen, die bloeddrukverlagend werken grijpen aan op een van bovengenoemde factoren: – diuretica (‘plaspillen’) verminderen de vulling van het vaatstelsel; – calciumantagonisten en RAAS-remmers (zie verder) verminderen de vasoconstrictie; – b-blokkers verminderen de hartslagfrequentie en het slagvolume; – middelen die de cholesterolconcentratie in het bloed verlagen gaan de vorming van afzettingen tegen; deze laatste hebben pas op de lange termijn effect. Veranderingen in de arterie¨le bloeddruk bij veroudering Bij veroudering verandert de weefselsamenstelling van de wand van grote arterie¨n. De wand wordt dikker en de bijdrage van collagene vezels hierin wordt groter, ten koste van de elastinevezels. Hierdoor wordt de wand stijver en kan minder mee bewegen met de systole en diastole. Daardoor zal vooral de systolische bloeddruk toenemen. Tegelijkertijd wordt de perifere weerstand verhoogd door afzettingen aan de vaatwand. Dit heeft een verhogend effect op zowel systolische als diastolische druk. De som van de twee beschreven effecten, die bij

2

Circulatie

veroudering optreden leiden ertoe, dat de bovendruk meer stijgt dan onderdruk, waardoor het verschil (de polsdruk) toeneemt. Boven een leeftijd van vijftig jaar treedt zelfs een lichte daling van de diastolische bloeddruk op, terwijl de systolische druk ook dan blijft stijgen.

Intermezzo 2.10 Meting van de arterie¨le bloeddruk De meest gangbare methode is de niet-invasieve methode van die van Riva-Rocci (R.R., in het Engels NIBP: noninvasive arterial blood pressure), waarbij een manchet wordt aangelegd, meestal om de bovenarm (afb. 2.30). Deze wordt opgeblazen tot een druk boven de verwachte bovendruk. Dan is de arteria brachialis volledig dichtgedrukt en verdwijnen de harttonen (waarneembaar met een stethoscoop op de binnenzijde van de elleboog). Wanneer de druk in de manchet langzaam wordt verminderd is het bloed op een gegeven moment in staat de arteria brachialis te passeren wanneer de bloeddruk maximaal is. Dit is in de stethoscoop te horen als een kortdurend schurend geluid van passerende erytrocyten (korotkovtoon). Op dat moment wordt de systolische druk afgelezen. Bij verdere verlaging van de manchetdruk komt het vat op een moment volledig vrij te liggen (de schurende geluiden houden op). Op dit moment wordt de diastolische druk afgelezen. Bloeddrukverhogende momenten zijn: inspanning, roken, praten, koffie, kou, pijn, volle blaas en angst. Tijdens de slaap daalt de bloeddruk. De lichaamstemperatuur is van belang. De gemeten bloeddruk kan liggend iets hoger zijn dan die in zittende of staande houding. Bij het meten van de bloeddruk is een ontspannen houding zonder gekruiste benen met ondersteuning van de arm (let op dat men geen vuist maakt!) belangrijk. Wanneer de arm zonder steun gestrekt wordt gehouden kan de diastolische druk wel 10% stijgen. De eerste keer wordt de bloeddruk aan beide armen gemeten om eventueel aanwezige grote verschillen (door occlusie van de arteria subclavia) op het spoor te komen. Normaal is de bloeddruk in de rechterarm iets hoger dan links. De bloeddruk mag niet gemeten worden aan de arm waar aan dezelfde kant een patie¨nt een mastectomie heeft ondergaan, bij lymfoedeem of bij trombose aan die arm. Bij een te kleine bloeddrukmanchet wordt de bloeddruk overschat. Wanneer de oppervlakte van de manchet te groot is wordt de bloeddruk onderschat. In de intensive care wordt de arterie¨le bloeddruk vaak op een invasieve manier gecontroleerd. In dat geval wordt er een katheter (‘arterie¨le lijn’) met een druksensor in de arteria radialis of arteria femoralis geschoven.

119

120

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 2.30 Indirecte meting van de arterie¨le bloeddruk met behulp van een opblaasbare manchet.

Intermezzo 2.11 Het opnemen van de pols De polsslag kan worden opgenomen op alle plaatsen waar arterie¨n aan de oppervlakte liggen. Dit kan zijn aan de slaap (arteria temporalis), aan de bovenarm (arteria brachialis), aan de duimzijde van de pols (arteria radialis), aan de lies (arteria femoralis), de knieholte (arteria poplitea), de binnen-achterzijde van de enkel (arteria tibialis posterior) en de voetrug (arteria dorsalis pedis). Waarneembare aspecten van de pols zijn: – frequentie; de polsfrequentie is gelijk aan de hartslagfrequentie en van veel factoren afhankelijk. Er is sprake van tachycardie als de polsfrequentie hoger is dan 100 slagen per minuut. Dit kan een groot aantal oorzaken hebben, zoals inspanning, emotie, koorts, shock, zuurstoftekort, anemie. Een te lage polsfrequentie (minder dan 50 slagen per minuut) heet een bradycardie. Oorzaken hiervoor zijn (o.a.) een sporthart, onderkoeling, hartblok en verhoogde hersendruk; – regelmaat (regulariteit); zijn alle pauzes tussen opeenvolgende slagen gelijk, dan wordt gesproken van een regelmatige pols. Een irregulaire pols kan duiden op hartritmestoornissen; – gelijkmatigheid (equaliteit); bij een gelijkmatige pols (equale pols) wordt er bij iedere hartslag evenveel bloed in de slagader gepompt. Bij een inequale pols zijn dit steeds wisselende hoeveelheden. Dit wil zeggen, dat het slagvolume van het

2

Circulatie

hart varieert. Dit kan bijvoorbeeld optreden bij atriumfibrilleren; – vullingsgraad van de arterie (sterke, zwakke pols); bij het opnemen van de pols wordt geen druk gevoeld; men voelt alleen het uitzetten van een arterie. Deze uitzetting wordt veroorzaakt door het verschil tussen systolische en diastolische bloeddruk: de polsdruk. Voor een jong volwassene is deze dus 16 – 10 kPa = 6 kPa (120 – 80 = 40 mm Hg). Bij een grote, sterke of sterk gevulde pols is de polsdruk groot. Dit kan bijvoorbeeld optreden bij koorts. Een kleine of zwakke pols kan bijvoorbeeld optreden bij een shock door ernstig bloedverlies.

Veneuze druk In tegenstelling tot de arterie¨le druk kent de druk in de venen geen bovendruk en onderdruk. Achter de capillairen is de stuwende kracht van het hart niet meer waar te nemen. De veneuze druk is daarom ook altijd veel lager dan de arterie¨le druk, in de grote circulatie tussen 0,3 en 0,7 kPa (2 en 5 mm Hg). De ‘perifeer veneuze druk’ is de druk in de venen, die grenzen aan de capillairen. Deze is onder andere sterk afhankelijk van de lichaamshouding. Met de centraalveneuze druk (CVD) wordt de druk in de grote venen of eigenlijk de druk in het rechteratrium bedoeld. De volgende factoren dragen bij aan de vulling van het rechteratrium en daarmee aan de CVD: – eindcapillaire druk; dit is het restant van de arterie¨le bloeddruk op het einde van de capillairen; – spierpomp; grote venen in de extremiteiten lopen tussen het bot en de skeletspieren. Afwisselend aanspannen en ontspannen van de skeletspieren tijdens beweging masseert deze venen en stuwt het bloed (afb. 2.31). De aanwezigheid van kleppen zorgt ervoor dat dit maar in e´e´n richting kan: naar het hart; – arterie¨le pomp; dit mechanisme is vergelijkbaar met het vorige. Omdat arterie¨n en venen vaak in een fascie van bindweefsel lopen, zorgt uitzetting van de arterie¨n tijdens de systole voor het masseren van de bijbehorende venen. Ook dit heeft alleen effect dankzij de aanwezigheid van kleppen in de venen; – adempomp; bij inademing neemt de druk in de thorax af en die in de buikholte neemt toe. Hierdoor wordt het bloed in de vena cava in de richting van het hart gestuwd; – hartpomp; tijdens de ejectiefase wordt de anulus fibrosus naar beneden getrokken, waardoor het atrium bloed aanzuigt. Al de bovengenoemde krachten zijn op zich zwak. Samen zijn zij voldoende om onder normale omstandigheden de vulling van het rechteratrium te garanderen. Onder bijzondere omstandigheden lukt dat niet meer. In staande houding moet het bloed uit de onderste extremiteiten tegen de zwaartekracht in worden gepompt. Als een

121

122

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 2.31 De betekenis van de spierpomp voor de veneuze terugstroom. A. Veneuze druk in liggende en staande houding. B. Werkingswijze van de spierpomp op de veneuze terugstroom.

persoon enkele uren doodstil staat (zoals een schildwacht) heeft de spierpomp geen functie. Daar is immers afwisselend contractie en ontspanning voor nodig. In dat geval loopt de veneuze druk in de voeten hoog op. De persoon krijgt dikke voeten. De veneuze druk in de vena cava inferior daalt echter en daarmee ook de vulling van het atrium. Het gevolg is een daling van het slagvolume van het hart.

2

Circulatie

Hierdoor daalt de arterie¨le bloeddruk en ontstaat er zuurstoftekort in de hersenen. De schildwacht kan flauwvallen. Bij ouderen is degeneratie van de veneuze kleppen een veelvoorkomend probleem. De spierpomp en arterie¨le pomp zullen (gedeeltelijk) uitvallen en de veneuze druk in de voeten zal stijgen, vooral in een zittende of staande houding. De persoon krijgt dikke enkels. Wanneer de voeten op een stoel worden gelegd wordt dit probleem grotendeels verholpen. In acute situaties, zoals een shock door ernstig bloedverlies, kan de toevoer van het veneuze bloed vanuit de benen naar het hart worden bevorderd door de patie¨nt met de benen omhoog te leggen (trendelenburgligging). Dit bevordert de vulling van het atrium en kan daarom de lage arterie¨le bloeddruk enigszins corrigeren. Dit effect is overigens gering. Een verhoging van de veneuze druk in het rechteratrium (de CVD) is vaak het gevolg van een verminderde pompwerking van de rechterventrikel, bijvoorbeeld na een hartinfarct (rechter decompensatio cordis). Daardoor daalt de slagkracht en als gevolg daarvan ook het slagvolume. Het bloed hoopt zich op in de venen (veneuze stuwing). Dit is te constateren aan het opzetten van de halsvenen. Een linker decompensatio cordis zal leiden tot stuwing in de longvenen. Dit is natuurlijk niet met het oog waarneembaar, de gevolgen wel: vochtophoping in de longen. De veneuze druk kan eigenlijk alleen betrouwbaar worden gemeten met behulp van een druksensor in een veneuze lijn. Het observeren van de halsvenen is een kwalitatief hulpmiddel voor het bewaken van de CVD. Bloeddrukregulatie op de korte termijn Het belangrijkste orgaan in de regulatie van de bloeddruk is gelegen in het verlengde merg, een deel van de hersenstam. Dit zenuwcentrum staat bekend onder de naam vasomotorisch centrum. De input van dit centrum is afkomstig van twee typen receptoren: – baroreceptoren gelegen in de beide arteriae carotides (carotiden) en in de arcus aortae (aortaboog); deze reageren op rek van de arteriewand en daarmee op variaties in de arterie¨le bloeddruk; – lagere druksensoren gelegen in de wand van het rechteratrium; deze registreren de centraalveneuze druk (CVD). Bij een daling van de arterie¨le druk wordt via het vasomotorisch centrum het sympathische systeem geactiveerd en gaan hartslagfrequentie en slagvolume omhoog. Ook vindt op diverse plaatsen vasoconstrictie plaats: de huid wordt bleek. Al deze effecten hebben een stijging van de arterie¨le bloeddruk tot gevolg. Het vasomotorisch centrum stimuleert ook het bijniermerg tot de afgifte van het hormoon adrenaline. Dit hormoon werkt eveneens bloedvatvernauwend en daarmee drukverhogend. Hierbij dient opgemerkt te worden dat adrenaline de bloedvaten in de actieve skeletspieren en in het myocard juist verwijdt. Als ook de veneuze druk daalt wordt de vasoconstrictie nog versterkt en neemt de urineproductie af. Dit is bijvoorbeeld het geval bij een

123

124

Fysiologie en anatomie niveau 5

shock als gevolg van bloedverlies. De patie¨nt ziet bleek en produceert geen urine meer. Bloeddrukregulatie op de lange termijn De regulatie van de bloeddruk op de lange termijn vindt plaats via de nieren waarbij een groot aantal hormonen is betrokken: – ADH (antidiuretisch hormoon, vasopressine); dit hormoon wordt geproduceerd in de hypothalamus. De prikkel voor de productie van ADH is een verhoging van de kristalloı¨d-osmotische waarde van het bloed. Het effect is een verhoging van de terugresorptie van water in de nieren, waardoor de osmotische waarde van het bloed wordt gecorrigeerd. Door de verhoogde terugresorptie van water zal de bloeddruk ook stijgen. In acute situaties (zoals bij een shock, zie hierboven) worden er grote hoeveelheden ADH aan het bloed afgegeven. In dat geval heeft ADH ook een vernauwend effect op arteriolen en venen, waardoor de bloeddruk nog meer stijgt; – aldosteron; de prikkels voor dit bijnierschorshormoon zijn: daling van de plasmaconcentratie van natrium (bijvoorbeeld na excessief transpireren); stijging van de plasmaconcentratie van angiotensine II (zie bij renine). Aldosteron stimuleert in de nieren de terugresorptie van natrium: natriumretentie. Doordat natriumionen een grote mantel van watermoleculen om zich heen binden, betekent dit dat er veel water wordt vastgehouden, wat de bloeddruk verhoogt; – renine, een weefselhormoon dat geproduceerd wordt in de nieren; de prikkel voor de vorming van renine is een bloeddrukdaling in de aanvoerende arteriolen in de nier. Renine zorgt voor de omzetting van het plasma-eiwit angiotensinogeen in angiotensine I. Deze stof heeft een licht vaatvernauwend effect. Angiotensine I wordt door een enzym (ACE: angiotensineconverterend enzym), dat zich in het endotheel van de longvaten bevindt, omgezet in angiotensine II. Deze stof heeft een tweeledige werking: enerzijds werkt het sterk bloedvatvernauwend, anderzijds verhoogt het de productie van het hormoon aldosteron. Zoals vermeld stimuleert aldosteron de resorptie van natrium. Het renine-angiotensine-aldosteronsysteem (RAA-systeem = RAAS, afb. 2.32) werkt zo op twee manieren bloeddrukverhogend. Tegenwoordig berust de werking van zeer veel antihypertensiva op de remming van dit systeem (ACE-remmers); .

.

Afbeelding 2.32 Schema van het RAAS: renine-angiotensinealdosteronsysteem.

2

Circulatie

– ANF (atriale natriuretische factor) wordt geproduceerd in de wand van het rechteratrium. De prikkel is verhoging van de centraalveneuze druk (CVD). Het effect is remming van de natriumresorptie uit de urine en daarmee daling van de bloeddruk; – BNP (brain natriuretisch peptide) wordt in de hersenventrikels gemaakt als reactie op rek en een verhoogde druk in de ventrikels. Het wordt gebruikt als diagnosticum bij hartfalen; – VIP (vasoactief intestinaal polypeptide) wordt in de wand van het maag-darmkanaal geproduceerd tijdens de spijsvertering. Dit weefselhormoon geeft vasodilatatie en daarmee bloeddrukdaling. Het is (mede) verantwoordelijk voor het dumping syndrome. Dit syndroom doet zich vooral voor bij mensen bij wie de maag is verwijderd. Bij deze mensen komt het voedsel na een maaltijd direct in het duodenum (twaalfvingerige darm). Door de optredende stijging van de osmotische waarde in het duodenum wordt water onttrokken aan de bloedbaan. Dit veroorzaakt de vroege fase van het dumpingsyndroom. De door de darmwand afgegeven hormonen, waaronder het vasoactief intestinaal polypeptide, zijn verantwoordelijk voor de late fase van het syndroom. De sterke bloeddrukdaling na een maaltijd kan dan leiden tot duizelingen en zelfs flauwvallen; – histamine kan in principe door iedere cel worden afgegeven na een beschadiging. Vooral mestcellen (een bepaald type cel uit het afweersysteem, zie hoofdstuk 3) kunnen bij een allergische reactie grote hoeveelheden histamine vrijmaken. De effecten van histamine zijn talrijk, onder andere lokale vasodilatatie. In de slijmvliezen van de luchtwegen kan dit leiden tot zwelling en als gevolg daarvan benauwdheid, niezen en tranende ogen (symptomen van allergie). Massale vasodilatatie door histamine kan de bloeddruk zo sterk doen dalen, dat de patie¨nt in een shock raakt (anafylactische shock). In de maag speelt histamine een rol in de secretie van maagsap. 2.2.4 foetale circulatie De foetale circulatie (afb. 2.33) vertoont grote verschillen met die van na de geboorte. De foetus staat door middel van de navelstreng met de placenta in verbinding. De placenta zorgt voor de aanvoer van zuurstof en voedingsstoffen vanuit het moederlijke bloed en voor de afvoer van afvalstoffen. De navelstreng bevat drie bloedvaten: – twee arteriae umbilicales (enkelvoud: arteria umbilicalis, navelstrengslagader) die het bloed van de foetus naar de placenta vervoeren. Het zijn zijtakken van de arteria iliaca interna. In de placenta wordt het bloed hiervan geoxygeneerd, onder andere doordat het foetale hemoglobine (HbF) een grotere affiniteit heeft voor zuurstof dan HbA. Het komt er op neer dat de zuurstof van de maternale erytrocyten door de placenta heen wordt overgedragen op de foetale erytrocyten. Het maternale en het foetale bloed zijn in de placenta echter wel van elkaar gescheiden;

125

126

Fysiologie en anatomie niveau 5

– e´e´n vena umbilicalis (navelstrengader) die het bloed vervoert van placenta naar foetus. Door de opname van zuurstof in de placenta is dit bloedvat relatief zuurstofrijk, en natuurlijk ook voedselrijk. Afbeelding 2.33 Schematisch overzicht van de foetale bloedsomloop.

De vena umbilicalis (het is een vene omdat dit vat het bloed terugvoert naar het foetale hart) voert relatief zuurstofrijk bloed naar de lever. Een gedeelte van het bloed echter passeert de lever buitenom door de ductus venosus. Dit vat kan gezien worden als een kortsluiting tussen de vena umbilicalis en de vena cava inferior, die zuurstofarm is. Vanaf de plaats waar de ductus venosus uitmondt in de vena cava inferior is er sprake van gemengd bloed (in afb. 2.33 aangegeven door een paarse kleur). In het hart aangekomen gaat een groot gedeelte van het bloed rechtstreeks van rechteratrium naar linkeratrium door het foramen ovale (ovale venster). Dit is een opening met een klep in het septum tussen de beide atria, die slechts in e´e´n richting doorlaatbaar is. Het bloed

2

Circulatie

dat door de truncus pulmonalis vanuit de rechterharthelft wordt afgevoerd gaat als gevolg van de grote vaatweerstand in de longcirculatie slechts voor een klein gedeelte door naar de longen. Dit komt omdat er een kortsluiting is tussen de linker arteria pulmonalis en de aorta, aangeduid als de ductus arteriosus (ductus Botalli). Door voornoemde systemen zal er voor de geboorte dan ook weinig bloed door de longen stromen, doordat de longcirculatie als het ware kortgesloten is. Na de geboorte ontstaat er een totaal andere situatie. Doordat de navelstreng wordt afgebonden zal het CO2-gehalte in het bloed snel toenemen. Een hoog CO2-gehalte is de voornaamste ademprikkel zodat de longen onmiddellijk voluit gaan functioneren. Ze oefenen daarmee tevens een aanzuigende werking uit zodat de druk in rechterventrikel van het hart afneemt. Doordat nu voor het eerst veel bloed vanuit de longen in het linkeratrium stroomt zal de druk ter plaatse toenemen. Het gevolg hiervan is dat het foramen ovale vrij snel wordt dichtgedrukt. Na ongeveer een jaar is deze opening daadwerkelijk dichtgegroeid. Daarna blijft de plaats van het foramen ovale zichtbaar als een dunne plek in het atriumseptum. Bij naar schatting 25% van de volwassenen is deze vergroeiing niet volledig. Vanwege het drukverschil tussen linker- en rechteratrium heeft dit weinig gevolgen. De situatie wordt echter anders wanneer bijvoorbeeld ook nog de truncus pulmonalis is vernauwd. In dat geval is de druk in het rechteratrium vergroot, waardoor er bloed door het foramen ovale van rechteratrium naar linkeratrium kan stromen. In dat geval zal de zuurstofconcentratie in de grote circulatie verlaagd zijn. Door de omkering van de stroomrichting van het bloed in de ductus arteriosus na de geboorte sluit deze zich snel en ondergaat vervolgens geleidelijk een verbindweefseling tot een strengetje (ligamentum arteriosum, bij een volwassen hart zichtbaar tussen de truncus pulmonalis en de aorta). Bij prematuren en soms bij zuigelingen met ademhalingsproblemen kan de verbinding open blijven: open ductus Botalli (ductus arteriosus persistens). Ook de ductus venosus verbindweefselt na de geboorte en wordt geleidelijk het zogenaamde ligamentum venosum. 2.2.5

uitwisseling tussen capillairen en interstitium In de grote circulatie vindt er voortdurend uitwisseling van plasma plaats tussen het capillair en zijn omgeving. Verantwoordelijk voor deze vloeistofstroom is de nettofiltratiedruk. Deze wordt voornamelijk bepaald door het verschil tussen de vloeistofdruk in het capillair (de plaatselijke bloeddruk) en de colloı¨d-osmotische druk (COD) (afb. 2.34). In het begin van een capillair is de bloeddruk groter dan de COD (ongeveer 4,7 kPa (35 mm Hg)) tegenover 3,3 kPa (25 mm Hg). De nettofiltratiedruk is dan positief, dat wil zeggen naar buiten gericht. Hierdoor wordt plasma met de daarin opgeloste voedingsstoffen het interstitium in geperst. De plasma-eiwitten zijn echter te groot om

127

128

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 2.34 Schematische voorstelling van het ontstaan van weefselvocht en lymfe. a bloeddruk: ca. 35 mm Hg = ca. 4,7 kPa a’ bloeddruk: ca. 15 mm Hg = ca. 2,0 kPa b colloı¨d-osmotische druk: ca. 25 mm Hg = ca 3,3 kPa b’ colloı¨d-osmotische druk: ca. 25 mm Hg = ca. 3,3 kPa

uitgefiltreerd te worden. Door het uittreden van plasma zal enerzijds de bloeddruk in het capillair geleidelijk dalen en zal anderzijds de eiwitconcentratie en daarmee de COD stijgen. Vanaf een bepaald punt zal de COD groter zijn dan de bloeddruk en wordt de nettofiltratiedruk negatief. Water met de daarin opgeloste afvalstoffen wordt weer opgenomen in het capillair en afgevoerd door de venen. Ongeveer 10% van het water dat is uitgefiltreerd keert niet terug in het capillair. De lymfe komt uiteindelijk via talrijke lymfevaten bij de vena subclavia in het bloed (zie par. 2.2.6). De lymfe bevat meer eiwitten dan het weefselvocht. De lymfecapillairen bezitten namelijk grote porie¨n waardoor hoogmoleculaire stoffen kunnen worden opgenomen. Het betreft bijvoorbeeld eiwitten die uit de haarvaten zijn gelekt of door de lichaamscellen zijn geproduceerd en niet door de bloedvaten kunnen worden opgenomen. Het weefselvocht heeft door de aanwezigheid van leukocyten (fagocyten) een afweerfunctie tegen binnengedrongen stoffen en/of bacterie¨n (zie hoofdstuk 3). Oedeem is het verschijnsel waarbij vloeistof zich ophoopt in de interstitie¨le ruimte. Op grond van bovenstaande valt te begrijpen dat oedeem het gevolg kan zijn van: – een verlaging van de veneuze afvoer, bijvoorbeeld door klepdefecten. Daardoor is de bloeddruk in het capillair groter dan normaal en de nettofiltratiedruk over een groter deel van het capillair positief; – een verlaging van de eiwitconcentratie in het plasma, bijvoorbeeld door eiwitondervoeding of eiwitverlies met de urine. Hierdoor is de COD kleiner dan normaal; – een lymfeblokkade, bijvoorbeeld na het wegnemen van lymfeknopen in de oksel bij een borstamputatie of bij infecties van het lymfevatstelsel.

2

Circulatie

In de kleine circulatie is de arterie¨le bloeddruk veel lager is dan in de grote circulatie, namelijk ongeveer 4,0 kPa (30 mm Hg) systolisch en 1,3 (10 mm Hg) diastolisch. De nettofiltratiedruk is in de longcapillairen daarom altijd negatief. Filtratie van bloedplasma vindt daarom niet plaats. Dit wordt anders wanneer de membranen van de longcapillairen beschadigd zijn, bijvoorbeeld na het inademen van schadelijke stoffen. Ook bij linkszijdig hartfalen kan stuwing in de longvenen de capillaire druk zo sterk verhogen, dat filtratie van bloedplasma kan optreden. De uitgefiltreerde vloeistof komt in eerste instantie in het interstitium van de longen, maar ook al snel in de alveolaire ruimte en verhindert zo een adequate uitwisseling van ademgassen (longoedeem). 2.2.6 lymfatisch systeem Het lymfatische systeem bestaat uit het lymfevatstelsel en een groot aantal lymfatische organen, een verzamelnaam voor alle organen waarin lymfatisch weefsel voorkomt (afb. 2.35).

Afbeelding 2.35 Lymfevatstelsel met lymfeknopen (links); lymfoı¨de weefsels (rechts).

Lymfatisch weefsel wordt vooral gekenmerkt door ophopingen van lymfocyten, gelegen in de mazen van een fijnvezelig, sponsachtig, reticulair bindweefsel. Het lymfatische systeem is te beschouwen als een afweersysteem door middel van fagocytose en door de humorale immuniteit (vorming van antilichamen) door de talrijke lymfocyten, die ook zorgen voor de cellulaire immuniteit. Hierdoor is het systeem ook verantwoordelijk voor de afstotingsreacties die optreden bij orgaantransplantaties. Het lymfevatstelsel zorgt bovendien voor het transport van lipiden vanaf de dunne darm naar het bloed via de ductus thoracicus (borstbuis).

129

130

Fysiologie en anatomie niveau 5

Lymfevatstelsel Het lymfevatstelsel zorgt voor de afvoer van de lymfe vanuit de weefsels naar de bloedbaan. De lymfecapillairen zijn blind beginnende endotheelbuisjes met vrij grote porie¨n. Hierdoor zijn ze in staat om de, overigens geringe, hoeveelheid eiwitten uit het weefselvocht op te nemen en af te voeren. De wand van de grote lymfevaten bevat onder andere glad spierweefsel. Op regelmatige afstanden bevinden zich kleppen om het terugstromen van de lymfe te voorkomen. Ook hier spelen dezelfde krachten (pompsystemen) zoals genoemd bij de veneuze terugstroom (adempomp, spierpomp, arterie¨le pomp) een belangrijke rol. De lymfevaten verenigen zich ten slotte tot twee grote verzamelvaten: – ductus thoracicus (borstbuis); deze ligt grotendeels dorsaal van de aorta achterin het mediastinum. De wand bevat een duidelijke spierlaag. Kleppen voorkomen dat de lymfe kan terugstromen. De ductus thoracicus mondt uit in de linker vena subclavia en zorgt voor de afvoer van de lymfe uit het gehele lichaam met uitzondering van het kwadrant rechtsboven van het lichaam. Het transporteert zo ook lipiden (vetachtige stoffen) die vanuit de dunne darm in de daar aanwezige lymfevaten, de chylvaten, zijn opgenomen. Het transport van de lymfe (een eigen pompsysteem ontbreekt) vindt onder andere plaats door de ‘spierpomp’: door de spieren van het bewegingsapparaat worden de wanden van de lymfevaten samengedrukt. Door de aanwezigheid van vele kleppen kan de lymfe dan uitsluitend richting hart gestuwd worden. Ook de spieren in de wand van de lymfevaten leveren een aandeel in het transport. Bovendien vervult ook de zuigkracht van de thorax een niet onbelangrijke rol. – ductus lymphaticus (rechterlymfebuis); deze mondt uit in de rechter vena subclavia en verzamelt de lymfe uit het kwadrant rechtsboven van het lichaam. De samenstelling van de lymfe is vrijwel gelijk aan die van het weefselvocht, met dien verstande dat het eiwitgehalte hoger is, zoals al is beschreven. De lymfe bevat bovendien veel lymfocyten, afkomstig uit de lymfeknopen. De lymfevaten uit de dunne darm bevatten na een vetrijke maaltijd veel vet, waardoor de desbetreffende lymfe dan een melkachtige, troebele vloeistof is. Lymfatische organen Lymfatische organen worden gevormd door de vele lymfeknopen in het lymfevatstelsel, de milt en de thymus (zwezerik). Bovendien komt er verspreid lymfatisch weefsel voor onder andere rond de farynx (keelholte). Deze lymfeknopen worden samen de ring van Waldyer genoemd. Deze bestaat uit de keel- en neusamandelen (tonsillen en adenoı¨d), het lymfatische weefsel achter op de tong en rond de buis van Eustachius. In de wand van de dunne darm liggen de plaques van Peyer.

2

Circulatie

131

Lymfeknopen De lymfeknopen, ten onrechte ook wel lymfeklieren genoemd (het zijn geen klieren, omdat zij geen afscheidingsproduct produceren), zijn in het lymfevatstelsel ingeschakeld als boonvormige, speldenknop- tot erwtgrote orgaantjes (afb. 2.36). Afbeelding 2.36 Schema van een lymfeknoop.

Iedere lymfeknoop is omgeven door een bindweefselkapsel van waaruit trabekels (schotten) naar binnen gaan, zodat een soort doolhof ontstaat. Hierdoor wordt bereikt, dat de lymfevloeistof alle delen van de lymfeknoop doorspoelt, voordat het de knoop verlaat. De lymfe wordt aan de bolle zijde van de lymfeknoop aangevoerd. Aan de hiluszijde (holle zijde) bevindt zich meestal slechts e´e´n afvoerend groter lymfevat. Het basisweefsel van een lymfeknoop wordt gevormd door een netwerk (reticulum) van reticulair bindweefsel. Dit bestaat uit fagocyterende cellen en fijne reticulinevezels. In de mazen van dit netwerk liggen talrijke lymfocyten. In de cortex (schors) van een lymfeknoop bevinden zich vele lymfefollikels: bolvormige ophopingen van lymfocyten. In het centrum van de follikels (de zogenaamde kiemcentra) vindt de vermeerdering van lymfocyten plaats en hun differentiatie tot antilichaamproducerende cellen (plasmacellen) na contact met een antigeen (bijv. virus, bacterie of toxine). De lymfeknopen zijn regionaal aangelegd, dat wil zeggen dat ieder deel van het lichaam zijn eigen (regionale) lymfeknopen heeft. Ze liggen op strategische plaatsen, namelijk op zowel anatomische drempelplaatsen (bijv. in de liesstreek, de halsstreek) als op fysiologische drempelplaatsen, bijvoorbeeld in het mesenterium, de ophangband van de darmen. Er kunnen drie groepen regionale lymfeknopen worden onderscheiden: – in de hals, oksels en liesstreek; – in de longhili en het mediastinum; – in het mesenterium en para-aortaal (langs de aorta). De lymfeknopen fungeren als filterstations voor de lymfe die uit de verschillende delen van het lichaam wordt aangevoerd. In ieder deel van de lymfeknoop bevinden zich lymfocyten tegen verschillende

132

Fysiologie en anatomie niveau 5

antigenen. Zo worden bijvoorbeeld bacterie¨n en andere ziektekiemen door de macrofagen gefagocyteerd, waardoor wordt voorkomen dat ze het bloed binnendringen. De lymfocyten zorgen, zoals eerder genoemd, voor de humorale en cellulaire immuniteit (zie par. 3.4). Metastases (uitzaaiingen) van tumoren kunnen via lymfevaten en lymfeknopen in het lichaam verspreid worden. Om die reden worden deze soms tegelijk met een tumor verwijderd. Zo kan bijvoorbeeld bij een mamma-amputatie een okseltoilet uitgevoerd worden, waarbij de lymfeknopen in de okselstreek worden verwijderd. Milt De milt is een vuistgroot, paarsgekleurd orgaan (ongeveer 11 cm lang, 3-4 cm breed), gelegen links onder het diafragma en zijdelings achter de maag (afb. 2.37). Het gewicht bedraagt ongeveer 150-200 g. De bolle zijde is naar het diafragma gekeerd, de milt ligt intraperitoneaal.

Afbeelding 2.37 De milt, macroscopisch (links), microscopisch (rechts).

Dit grootste lymfatische orgaan is duidelijk ingeschakeld in de circulatie. Aan de hiluszijde voert de arteria lienalis het bloed aan vanuit de truncus coeliacus. De vena lienalis voert het bloed af naar de vena portae. Onder de peritoneumbekleding heeft de milt een stevig kapsel dat samenhangt met de vanaf de hilus uitstralende trabekels (bindweefselschotten). Tussen de trabekels bevindt zich het miltreticulum dat bestaat uit reticulair bindweefsel. Door de trabekels verlopen kleinere takken van de arteria lienalis, verlaten de trabekels en worden dan omgeven door een schede van lymfatisch weefsel. Deze scheden bestaan hoofdzakelijk uit lymfocyten. Ze vertonen vele bolvormige verdikkingen, die lymfefollikels worden genoemd. De scheden en de follikels vormen samen de zogenaamde witte miltpulpa. Na passage door de scheden en follikels stroomt het bloed via kleine arteriolen het reticulum binnen en komt vervolgens in de sinusoı¨den (bloedruimten) terecht. Vanuit de sinusoı¨den gaat het bloed naar de trabekelvenen, vanwaar het bloed via de vena lienalis naar de vena portae gaat. Door de genoemde structuren heeft de milt op doorsnede een

2

Circulatie

133

kenmerkend aspect. Behalve de reeds genoemde witte pulpa bestaat de milt voor bijna 80% uit rode pulpa, eveneens bestaande uit reticulair bindweefsel en talrijke sinusoı¨den. Deze zijn echter met bloed gevuld. De milt heeft een aantal functies die alle betrekking hebben op de samenstelling van het bloed. De milt is echter niet onmisbaar. Na splenectomie (miltverwijdering) kunnen er echter wel bloedbeeldafwijkingen ontstaan (toename leukocyten en trombocyten). Ook is de kans op infectiegevaar dan vergroot, bijvoorbeeld een pneumokokken- en meningokokkensepsis. De functies van de milt kunnen in het kort als volgt worden samengevat: – fagocytose van bacterie¨n en lichaamsvreemde stoffen; – vorming van lymfocyten, differentiatie ervan tot plasmacellen en vorming van antilichamen; – afbraak van oude erytrocyten; hierbij ontstaan ijzer en bilirubine. Het ijzer wordt als depotijzer in de miltcellen opgeslagen en kan vandaar later naar het beenmerg worden vervoerd om opnieuw voor de vorming van Hb te worden gebruikt. Bilirubine, de gele galkleurstof, wordt met de gal afgevoerd naar de galblaas; zie schema bij de leverfuncties (hoofdstuk 10); – dienst kunnen doen als bloedreservoir; bij lichamelijke inspanning kan de milt zich als een spons samenknijpen waardoor extra bloed in omloop gebracht wordt (pijn in de zij bij hardlopen). Aan deze functie moet overigens niet al te veel belang worden gehecht; – foetaal zorgt de milt voor de productie van erytrocyten. Thymus De thymus of zwezerik is gelegen in het mediastinum achter het sternum, schuin boven het hart. Bij de mens is het orgaan het grootst op kinderleeftijd. Na de puberteit neemt het orgaan in omvang af, hetgeen involutie wordt genoemd (afb. 2.38). Afbeelding 2.38 De thymus (zwezerik) bij een kind (a) en een volwassene (b).

134

Fysiologie en anatomie niveau 5

De thymus bestaat uit een tweetal kwabben, die ieder zijn opgebouwd uit talrijke lobjes met een diameter van 0,5-2 mm. Elk lobje bestaat uit een cortex (schors) en medulla (merg). In de cortex komen hoofdzakelijk kleine lymfocyten voor: T-lymfocyten (thymuslymfocyten, thymocyten), die zich ter plaatse heel sterk delen. Lymfefollikels, zoals die te vinden zijn in andere lymfatische organen, ontbreken. De thymus neemt een centrale plaats in bij de ontwikkeling van een normale immunologische afweer door de productie van T-lymfocyten (zie 3.4.1). De thymus is te beschouwen als de ‘centrale’ van het immuunapparaat omdat het bepaalt of een stof lichaamseigen of lichaamsvreemd is. De genoemde T-lymfocyten zijn met name verantwoordelijk voor de cellulaire immuniteit. Wanneer bij de geboorte de thymus niet of slechts gedeeltelijk is aangelegd, ontstaan er zogenaamde aangeboren stoornissen in de cellulaire immuniteit: immunodeficie¨ntieziekten. Wanneer er antilichamen worden geproduceerd tegen lichaamseigen stoffen is er sprake van auto-immuniteit (hoofdstuk 3). Verspreid lymfatisch weefsel Een belangrijk deel van het verspreide lymfatische weefsel wordt gevormd door de tonsillen (amandelen), waarmee meestal de keeltonsillen (tonsillae palatinae) worden bedoeld (afb. 2.39). Het zijn twee eivormige, 1 tot 2 cm lange organen, gelegen tussen de gehemeltebogen op de grens van de mondholte en de farynx (keelholte). Bij zwelling (bijvoorbeeld bij verkoudheid) of braakbewegingen komen ze uit de boogplooien tevoorschijn.

Afbeelding 2.39 Tonsillen; ligging van de keelamandelen (links), lengtedoorsnede (rechts).

De structuur van de tonsillen komt in grote lijnen overeen met die van de lymfeknopen, met dien verstande dat ze niet ingeschakeld zijn in het lymfevatstelsel. De keeltonsillen vormen het belangrijkste onderdeel van de zogenaamde ring van Waldeyer, die tot taak heeft het organisme te ver-

2

Circulatie

dedigen tegen binnendringende ziektekiemen. De andere delen van deze ring zijn: – tonsilla pharyngealis (tonsilla adenoidea), kortweg adenoı¨d (neusamandel), ook wel derde amandel genoemd; – tonsillae linguales, lymfatisch weefsel achter op de tong (‘tongamandel’); – tonsillae tubariae, lymfatisch weefsel bij de openingen van de buis van Eustachius.

135

Afweer

3

Ons lichaam staat bloot aan allerlei schadelijke invloeden. De huid komt in contact met gevaarlijke stoffen en wordt gekoloniseerd door stafylokokkenstammen (Staphylococcus epidermidis). Ook mond- en keelholte, urinewegen en slijmvliezen van de genitalie¨n hebben ieder een eigen microflora. In het colon leven vele miljarden anaerobe bacterie¨n (colibacterie¨n) die nuttig werk voor ons verrichten en voor het lichaam onmisbare vitaminen produceren, zoals vitamine K en een B-vitamine. Dankzij de aanwezigheid van afweersystemen bestaat er in het lichaam een delicaat evenwicht in de microflora, zodat andere – vaak pathogene – bacterie¨n en schimmels geen kans krijgen. 3.1

Afweer

Bij de afweer van de mens tegen binnengedrongen ziekteverwekkers (bacterie¨n, schimmels, protozoe¨n) en gevaarlijke stoffen worden twee typen onderscheiden: de aspecifieke afweer en de specifieke afweer. Aspecifieke afweermechanismen zijn afweermechanismen die onafhankelijk zijn van de belager. Deze afweer is altijd aanwezig en bestaat onder andere uit de grenslagen die het milieu interieur afsluiten van het milieu exterieur, zoals de huid en slijmvliezen. Verder hoort een groot aantal leukocyten tot dit afweermechanisme. Bij de aspecifieke afweer kan een onderscheid worden gemaakt in een exogene (uitwendige) afweer en endogene (inwendige) afweer. De specifieke afweer wordt vaak immuniteit genoemd. Deze afweer past zich aan de belagers aan, zowel door de productie van bacteriedodende stoffen als door de productie van zeer specifieke antilichamen. Het gevolg is een zeer specifieke weerstand tegen een bepaalde ziekte of vreemde stof, die niet werkzaam is tegen andere belagers. De immuniteit richt zich meestal op een specifiek molecuul op het oppervlak van het micro-organisme. Ook op het oppervlak van menselijke cellen bevinden zich specifieke markers waardoor deze cellen voor ieder andere mens als lichaamsvreemd worden beschouwd. Bij erytrocyten bepalen deze markers de bloedgroep. Andere cellen bevatten een groot aantal weefselantigenen (HLA’s). In dit hoofdstuk wordt ook aandacht besteed aan de weefselantigenen. De bloedgroepen zijn besproken in hoofdstuk 2 (par. 2.1.8).

C.A. Bastiaanssen et al., Fysiologie en anatomie, DOI 10.1007/978-90-313-8098-5_3, © Bohn Stafleu van Loghum, 2007

3

Afweer

Intermezzo 3.1 Verstoord evenwicht in de microflora Wanneer het evenwicht in de microflora verstoord is kan dit ernstige gevolgen hebben. Bij bijvoorbeeld bepaalde antibioticumkuren worden de colibacterie¨n gedood en kunnen pathogenen de macht overnemen. Bij patie¨nten met een normale afweer leidt dit in de regel tot niet meer dan een dunne ontlasting. Bij patie¨nten bij wie de afweer verstoord is kan dit tot ernstige infecties en zelfs tot sepsis aanleiding geven. Andere antibiotica kunnen de natuurlijke micro-organismen (bacterie¨n van Do¨derlein) in de vagina doden, waardoor hier het biologisch evenwicht wordt verstoord en de schimmel Candida albicans vrij spel krijgt. In de zorginstellingen worden 5 tot 10% van alle opgenomen patie¨nten geconfronteerd met zogenaamde ziekenhuisinfecties, verantwoordelijk voor naar schatting ongeveer 3 000 doden per jaar. Als gevolg van resistenties, vaak door het onnodig voorschrijven van antibiotica, zijn deze steeds moeilijker te bestrijden. Tegen de ziekenhuisinfectie MRSA (meticillineresistente Staphylococcus aureus) zijn nog maar een of twee antibiotica werkzaam. In Japan zijn al stammen ontdekt, die ook tegen deze laatste antibiotica resistentie hebben ontwikkeld. Gelukkig wordt er ook her en der veel winst geboekt. Was aids tot voor enkele jaren een dodelijke ziekte op korte termijn, nu kan aids, althans in onze westerse maatschappij, gerekend worden tot de categorie van de chronische ziekten door de adequate behandeling met een cocktail van antiretrovirale geneesmiddelen (zie hoofdstuk 13). Niet alleen het gebruik van medicijnen kan het menselijk afweermechanisme op binnendringende micro-organismen verstoren. Andere oorzaken zijn: – immunodeficie¨ntieziekten; de immuunrespons is dan onvoldoende. Deze ziekten zijn soms aangeboren en soms verworven. SCID (severe combined immunodeficiency) is een voorbeeld van een ernstige aangeboren immunodeficie¨ntie. Aids is een voorbeeld van een verworven immunodeficie¨ntieziekte; – auto-immuniteit; de immuunrespons ontwikkelt zich tegen lichaamseigen stoffen. Voorbeelden van auto-immuunziekten (zie intermezzo 3.3) zijn reuma, multipele sclerose en een vorm van diabetes mellitus; – allergie; lichaamsvreemde stoffen roepen een zodanige hevige reactie op dat er sprake is van een allergie.

3.2

Exogene aspecifieke afweer

Exogene aspecifieke afweer is een vorm van algemene weerstand. Hierbij wordt onderscheid gemaakt worden in twee soorten barrie`res: mechanische en fysiologische barrie`res.

137

138

Fysiologie en anatomie niveau 5

3.2.1 mechanische barrie` res De belangrijkste mechanische barrie`re is natuurlijk de huid. De huid vormt door het afsluitende dekweefsel en de hoornlaag een vrijwel onneembare barrie`re voor micro-organismen en stoffen. Daar waar de huid als het ware naar binnen gaat en er contact blijft met de buitenwereld, bevinden zich de slijmvliezen, zoals in de luchtwegen, in het spijsverteringskanaal vanaf mond tot rectum en in de vagina. Op die plaatsen wordt de weerstand dikwijls nog versterkt door een fysiologische barrie`re, zoals een zuur milieu. Sommige micro-organismen zijn toch in staat de intacte huid te passeren. Een voorbeeld zijn de spirillen (spiraalvormige bacterie¨n), die de ziekte van Weil veroorzaken. Ook door intact slijmvlies kunnen sommige micro-organismen binnendringen. Ook van bepaalde stoffen is bekend, dat zij door de onbeschadigde huid gaan. Dit is bijvoorbeeld het geval voor lood- en kwikzouten. Sommige geneesmiddelen worden ook transdermaal (door de huid heen) toegediend, bijvoorbeeld nitroglycerine ter voorkoming van angina pectoris (pijn op de borst). 3.2.2 fysiologische barrie` res De fysiologische barrie`res zijn: – huid; micro-organismen kunnen moeilijk op de huid in leven blijven, doordat de vochtigheidsgraad en de temperatuur vaak niet optimaal zijn om zich te kunnen handhaven. Wanneer de omstandigheden veranderen (warm en vochtig weer) neemt de kans op infecties (met bijvoorbeeld schimmels) toe. De lage pH van talg en de bacteriedodende enzymen daarin spelen een belangrijke rol bij de fysiologische afweer van de huid. Door (te) vaak wassen met agressieve zeep wordt dit beschermende effect tenietgedaan. De vele commensale bacterie¨n op de huid verhinderen eveneens de groei van pathogene bacterie¨n; – luchtwegen; het aanwezige trilhaarepitheel is in staat om ingeademde micro-organismen en andere vreemde partikels terug te voeren naar de farynx. Bij rokers zijn de trilharen (cilie¨n) vrijwil stil komen te liggen waardoor de slijmlaag niet of nauwelijks in beweging is. Ongeveer 8 uur na de laatste sigaret komen zij weer in beweging. Dit verklaart de rokershoest in de ochtend; – mondholte; het speeksel bevat het enzym lysozym, dat bepaalde bacterie¨n onschadelijk maakt zodat de normale mondflora gehandhaafd blijft en dus ook hier de groei van pathogene bacterie¨n wordt verhinderd. Ook in traanvocht wordt dit enzym aangetroffen; – keelholte; in de keelwand en achter in de mondholte bevinden zich talrijke lymfeknopen die samen een afweerring, de ring van Waldeyer, vormen (zie par. 2.2.6); – maag; door het maagsap (lage pH) worden vele micro-organismen gedood met uitzondering van de zuurbestendige (zuurvaste) tuberkelbacterie. Ook van andere soorten kunnen soms enkele virulente bacterie¨n de maag ongehinderd passeren. Ze kunnen in dat geval aanleiding geven tot ingewandsstoornissen (Salmonella- en Shigella-infecties);

3

Afweer

– darmwand; de ontwikkeling van pathogenen in de darmwand wordt verhinderd door het aanwezige lymfatisch weefsel (plaques van Peyer; zie par. 2.2.6) en door de altijd aanwezige kolonisatie van commensale darmbacterie¨n. De motiliteit van de darmwand draagt hier ook toe bij; – vagina; de in de vagina aanwezige lactobacillen (bacillen van Do¨derlein) produceren melkzuur waardoor er in de vagina een lage pH heerst. Dit voorkomt zogenaamde ‘opstijgende’ infecties naar uterus en eileiders. Dat spermatozoa deze zure barrie`re kunnen passeren komt door de alkalische spermavloeistof, die het zuur in de vagina kan neutraliseren (zie hoofdstuk 12). 3.3

Endogene aspecifieke afweer

Naast de voornoemde mechanische en de fysiologische barrie`res beschikt het lichaam nog over niet-specifieke (algemene) afweer waarbij cellen en stoffen (complementsysteem, cytokinen) zijn betrokken. Bij deze afweer speelt het bloed een belangrijke rol en wel met name door de afweer door middel van bepaalde leukocyten, macrofagen en de zogenaamde naturalkillercellen (NK-cellen, een bepaalde groep lymfocyten). Verder wordt de algemene afweer geboden door het complementsysteem (par. 3.5.3) en de cytokinen (par. 3.3.3). 3.3.1 ontstekingsproces Een ontsteking is een reactie van het weefsel op een schadelijke prikkel, let wel: op iedere weefselbeschadiging. In het dagelijks spraakgebruik wordt het woord alleen gebruikt voor ontstekingen, waarbij de bijbehorende verschijnselen duidelijk zichtbaar (en hardnekkig) zijn. In werkelijkheid is een ontsteking een volkomen natuurlijke en nuttige reactie op weefselbeschadiging. Het treedt bijvoorbeeld op na snijden, stoten, verbranden, contact met irriterende chemicalie¨n en infectie met virussen, schimmels en bacterie¨n. Het ontstekingsproces verhindert het verspreiden van schadelijke stoffen naar het naastgelegen weefsel, voert celresten en pathogenen af en maakt een begin met het weefselherstel. De vier stadia van het acute of kortdurende ontstekingsproces zijn: rubor (roodheid), calor (warmte), tumor (zwelling) en dolor (pijn). Als het ontstoken weefsel deel uitmaakt van een gewricht belemmeren zwelling en pijn de beweging (hetgeen de genezing bevordert). Daarom wordt vaak als vijfde symptoom van een ontsteking ook nog functieverlies (functio laesa) genoemd. Hoe zijn de verschijnselen van het ontstekingsproces nu te verklaren en in verband te brengen met de functie van de ontsteking? Het ontstekingsproces begint met een chemisch alarm door de productie (o.a. door beschadigde cellen en fagocyten) van een groot aantal stoffen, die samen de ontstekingsmediatoren worden genoemd. De belangrijkste zijn: histamine, kininen (onder andere bradykinine), prostaglandinen en lymfokinen. Ee´n van de effecten van deze stoffen is vaso-

139

140

Fysiologie en anatomie niveau 5

dilatatie van de kleine bloedvaten in het aangedane gebied dat leidt tot bloedophoping. Dit verklaart de roodheid en de warmteontwikkeling. Bovengenoemde stoffen hebben als tweede effect dat zij de permeabiliteit van de vaatwand van de lokale capillairen vergroten. Als gevolg hiervan treedt exsudaat uit de bloedstroom naar de intercellulaire ruimtes. Exsudaat bevat veel eiwit (zoals stollingsfactoren en antilichamen). Het gevolg hiervan is lokale zwelling. De toegenomen druk op de zenuwuiteinden veroorzaakt pijn. Deze pijnsensatie wordt nog versterkt door de vrijgekomen chemicalie¨n (in het bijzonder de prostaglandinen en bradykinine), door bacterie¨le toxinen en door zuurstoftekort in de regio. 3.3.2 aspecifieke afweer door leukocyten Bij de aspecifieke afweer zijn verschillende leukocyten betrokken. Neutrofiele granulocyten De neutrofiele granulocyten komen in twee vormen voor: staafkernige granulocyten en segmentkernige granulocyten (afb. 3.1). De staafkernige granulocyten zijn te beschouwen als een ontwikkelingsstadium van rijpe neutrofielen en komen weinig in het bloed voor; in het beenmerg is de hoeveelheid groter. De segmentkernige neutrofielen zijn groter in aantal. In het bloed zijn het de meest voorkomende leukocyten (45-75%). Wanneer het relatieve aantal staafkernige neutrofielen groter is dan normaal wordt gesproken van ‘linksverschuiving’ (jongere vormen worden grafisch meer naar links afgebeeld). Dit is een indicatie voor een (recente) ontsteking. Afbeelding 3.1 Neutrofiele granulocyten: segmentkernig (links; zie ook afb. 3.2), staafkernig (rechts).

Neutrofiele granulocyten zijn in staat om bacterie¨n en andere partikels door fagocytose (phagein = eten) onschadelijk te maken. De fagocyten kunnen de binnengedrongen bacterie¨n onschadelijk maken. De bacterie¨n worden ten slotte door enzymen van de fagocyten verteerd. In pus (etter) bevinden zich vele fagocyten waarin zich dode, maar ook nog levende bacterie¨n bevinden in een dikke stroperige vloeistof (afkomstig van het exsudaat). Als deze vloeistof niet voldoende wordt afgevoerd raakt zij ingekapseld in bindweefsel en ontstaat er een abces. Dit abces moet vaak chirurgisch worden geopend voordat genezing kan optreden.

3

Afweer

Behalve micro-organismen kunnen ook andere partikels door fagocytose worden opgenomen. Het proces van de fagocytose omvat een aantal stappen (afb. 3.2): – chemotaxis; dit is het proces waarbij de leukocyten worden gemobiliseerd en zich verplaatsen naar de plaats van infectie. Het beschadigde weefsel geeft stoffen af, die de aanmaak van neutrofielen in het rode beenmerg stimuleren. Hierdoor kan het aantal neutrofielen in het bloed binnen enkele uren met een factor vijf toenemen (leukocytose). Deze grote aantallen witte bloedcellen vormen dan ook een karakteristiek fenomeen bij een ontstekingsproces. De bloedbezinkingstest (bse) is hierop gebaseerd (zie intermezzo 2.3). De neutrofielen worden door ter plaatse gevormde ontstekingsmediatoren, zoals bradykinine, naar de plaats des onheil getrokken. Door de enorme vasodilatatie aldaar vertraagt de bloedstroom en kunnen de leukocyten gemakkelijk uittreden, waarbij ook sprake is van diapedese: de fagocyten dringen door hun amoeboı¨de bewegingen tussen de endotheelcellen van de capillairen door op zoek naar de infectiebron. Deze beweging wordt vergemakkelijkt doordat de doorlaatbaarheid van een capillairwand bij een ontsteking is vergroot. Buiten de bloedbaan omhullen de fagocyten de bacterie¨n door middel van pseudopodie¨n (schijnvoetjes). Binnen een paar uur na het begin van het ontstekingsproces is er dan al sprake van uitgebreide fagocytose in het gebied; – adhesie; door middel van zogenaamde adhesiemoleculen, die zich op de membranen van de fagocyten bevinden, hechten ze zich aan beschadigde weefselcellen, aan de vaatwand en aan elkaar en ten slotte ook aan de bacterie¨n zelf; – insluiting en opsonisatie; op de infectieplaats kan de insluiting van de bacterie beginnen. Dit proces wordt versterkt door zogenaamde opsoninen: immunoglobulinen en complementfactoren, die het proces van de insluiting bespoedigen. De bacterie bevindt zich dan als een blaasje in het cytoplasma en wordt fagosoom genoemd. Dit blaasje fuseert met lysosomen waardoor de inhoud van deze organellen in het fagosoom terechtkomt. De talrijke granula (korrels) uit het cytoplasma vervloeien eveneens met het fagosoom waardoor de inhoud van de korrels (met name eiwitsplitsende enzymen) in het fagosoom komt en de bacterie zal doden en ten slotte verteren. Eosinofiele en basofiele granulocyten De eosinofiele granulocyten worden gekenmerkt door een, na kleuring, oranje tweelobbige kern. Ze komen in geringe aantallen in het bloed voor. Deze leukocyten hebben weinig fagocyterend vermogen, maar spelen een rol bij het onschadelijk maken van meercelligen, zoals infectieuze parasieten en wormen. Bij allergiee¨n kunnen ze in grotere aantallen voorkomen; er is dan sprake van eosinofilie. Bloedonderzoek hierop is meestal een eerste aanwijzing dat er van een allergie sprake is. Basofiele granulocyten vormen minder dan 2% van de leukocyten. Hun functie is niet altijd even duidelijk. Ze zijn ook bij allergische reacties betrokken. Er zou een relatie bestaan met de zogenaamde mestcellen

141

142

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 3.2 A. Schematische voorstelling van het optreden van diapedese van granulocyten door de capillairwand. B. Het verloop van fagocytose, weergegeven met de cijfers 1 t/m 5, van een bacterie door een granulocyt.

(mastocyten) die vooral worden aangetroffen in de slijmvliezen van neus, bronchi, darm en in de huid waar ze het equivalent vormen van de in het bloed voorkomende basofiele granulocyten. De naam mestcellen is ontleend aan de talrijke in het cytoplasma voorkomende korrels die microscopisch op mestkorreltjes lijken. Ze zijn met antilichamen (IgE; zie par. 3.5.2) beladen en kunnen bepaalde stoffen vrijmaken, zoals histamine en cytokinen (zie 3.3.3). Monocyten en macrofagen Monocyten zijn grote leukocyten in het bloed waarvan de diameter ongeveer tweemaal zo groot is als die van een erytrocyt. Ze zorgen voornamelijk voor het opruimen van celrestanten in het bloed. Na migratie vanuit het bloed naar het reticulaire bindweefsel in het rode beenmerg en in het lymfatisch weefsel (milt en lymfeknopen), kunnen ze zich differentie¨ren en worden dan nog groter (twee keer zo groot als een monocyt) en ontwikkelen zich uiteindelijk tot zogenaamde macrofagen (grote vreetcellen) of histiocyten. De macrofagen bevinden zich niet alleen in lymfoı¨de weefsels (zoals lymfeknopen en milt) maar ook in andere weefsels, bijvoorbeeld in het onderhuidse bindweefsel (langerhanscellen), in de leversinusoı¨den (kupffercellen), in de alveolen (alveolaire macrofagen), beenmerg en in de hersenen (microgliacellen). Samen met de monocyten uit het bloed vormen de macrofagen het weefselmacrofagensysteem (mononuclear phagocyte system).

3

Afweer

De macrofagen hebben ook een belangrijke functie bij de cellulaire immuniteit door T-cellen (zie par. 3.4.1) doordat ze als antigeenpresenterende cellen fungeren. Ook spelen zij een rol bij het opruimen van de grote antigeen-antilichaamcomplexen (zie par. 3.5.1). 3.3.3 cytokinen Cytokinen zijn te beschouwen als door cellen geproduceerde boodschappereiwitten binnen het afweersysteem. Ze hebben invloed op andere cellen door het stimuleren van een specifieke receptor. Voorbeelden zijn: interleukinen (IL), interferonen (IFN), tumornecrosefactor (TNF) en groeifactoren. Ze worden vooral geproduceerd door monocyten, macrofagen en lymfocyten. Cytokinen spelen ook een rol bij de immuniteit (zie par. 3.4.1). 3.4

Immuniteit: specifieke afweer

De specifieke weerstand is specifiek gericht tegen bepaalde cellen (met name bacterie¨n) en wordt immuniteit genoemd. In tegenstelling tot de aspecifieke afweer, die altijd gereed is, moet de specifieke afweer worden geactiveerd door een lichaamsvreemde substantie (delen van) een bacterie, virus, vreemde chemische stof, delen van planten etc.) voordat zij werkzaam wordt. Een dergelijke vreemde substantie wordt het antigeen genoemd. Bij vreemde cellen, zoals bacterie¨n, bestaat een antigeen altijd uit een groot molecuul (meestal een eiwit) op het membraan van de cel. De reactie van het immuunsysteem op een antigeen wordt immuunrespons genoemd. Eigenschappen van de immuunrespons zijn: – zij is antigeenspecifiek: voor ieder verschillend antigeen is de reactie verschillend; – de immuunrespons blijft niet beperkt tot de regio waar de infectie plaatsvindt, maar gaat door het hele systeem; – de immuunrespons heeft een geheugen; antigenen, die in het verleden reeds eenmaal in het lichaam zijn binnengedrongen worden herkend en de immuunrespons hierop is krachtiger (afb. 3.6). 3.4.1

cellen van het immuunsysteem

Lymfocyten Zoals beschreven in paragraaf 2.1.6 vormen de lymfocyten ongeveer 20-40% van het totaal aantal leukocyten. De vorming van lymfocyten (lymfopoe¨se) is weergegeven in afbeelding 3.3. Het zijn betrekkelijk kleine cellen met een bolvormige, relatief grote kern. Ze zijn zeer beweeglijk, maar nauwelijks in staat tot fagocytose. Van de totale hoeveelheid lymfocyten bevindt zich onder normale omstandigheden slechts 5% in het bloed; de rest is dus buiten de bloedbaan, dat wil zeggen in de lymfoı¨de organen, vooral in de milt (45%), lymfeknopen (35%) en in beenmerg (ongeveer 10%). De levensduur van lymfocyten is zeer variabel. Zoals alle bloedcellen ontstaan lymfocyten uit de stamcellen in de hemopoe¨tische weefsels in de lever en het rode beenmerg. Op het

143

144

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 3.3 Differentiatie van leukocyten (gewijzigd naar Hofman e.a. Hematologie).

moment dat de ongedifferentieerde lymfocyten uit het hemopoe¨tische weefsel komen, zijn zij nog allemaal gelijk. Een deel van de ongedifferentieerde lymfocyten uit het beenmerg komt via het bloed in de thymus (zwezerik) terecht en rijpt daar verder. Dit type lymfocyten worden de T-lymfocyten genoemd. Tijdens dit rijpingsproces wordt de lymfocyt immunocompetent: hij krijgt het vermogen om e´e´n antigeen te herkennen en daaraan te binden. Vanuit de thymus gaan de T-cellen naar de gespecialiseerde lymfatische weefsels (lymfeklieren, milt en vooral de darmmucosa). Tijdens het rijpingsproces ontstaan er ook lymfocyten tegen lichaamseigen cellen. Normaal gesproken worden al deze lymfocyten vernietigd, zodat alleen de lymfocyten tegen lichaamsvreemde antigenen overblijven. Het onderscheid tussen lichaamseigen en lichaamsvreemd wordt ondermeer gemaakt op basis van de aanwezigheid van MHC-moleculen

3

Afweer

(major histocompatibility complex-moleculen) op het celoppervlak. Ieder individu heeft een unieke set MHC-eiwitten op zijn lichaamscellen, waarmee lichaamseigen en lichaamsvreemde cellen van elkaar kunnen worden onderscheiden. Het lichaam bouwt op deze manier immuuntolerantie tegen lichaamseigen antigenen op. Het ligt voor de hand om te veronderstellen dat er bij auto-immuunziekten, zoals reumatoı¨de artritis, multipele sclerose en vormen van diabetes mellitus, iets misgaat in dit proces (zie intermezzo 3.3). T-cellen kunnen worden onderverdeeld in drie categoriee¨n: – cytotoxische T-cellen; zij kenmerken zich door het CD8-antigeen op hun oppervlak. Cytotoxische T-cellen maken direct contact met vreemde cellen of geı¨nfecteerde lichaamscellen en zijn verantwoordelijk voor de cellulaire immuunrespons (zie par. 3.6); – T-helpercellen; zij stimuleren de activering en werking van zowel cytotoxische T-cellen als B-cellen; – T-suppressorcellen; zij onderdrukken juist de cytotoxische T- en B-cellen. De laatste twee typen T-cellen kenmerken zich door het CD4-antigeen op hun oppervlak en spelen een belangrijke rol in de regulatie van het immuunsysteem. Zij worden daarom ook wel regulerende T-cellen genoemd. Het andere type lymfocyt wordt B-lymfocyt genoemd. De B-cellen ontlenen hun naam aan de zogenaamde bursa Fabricii, een bij vogels (niet bij de mens) voorkomend orgaan. Reeds lang geleden is ontdekt dat bij vogels de B-lymfocyten hierin worden gevormd, vandaar de naam bursacellen, kortweg B-cellen. B-cellen rijpen bij de mens in de hemopoe¨tische weefsels in lever en beenmerg vanuit lymfoı¨de stamcellen. Van daaruit migreren zij via het bloed naar de gespecialiseerde lymfoı¨de weefsels: lymfeknopen, milt en darmmucosa. De proliferatie- en differentiatieprocessen staan onder invloed van cytokinen. Door de continue roulatie van de B-lymfocyten zijn ze vrijwel direct beschikbaar voor een immuunrespons. In tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht worden lymfocyten immunocompetent voordat zij in aanraking komen met hun antigeen. Het binnendringen van het antigeen van e´e´n van de lymfocyten leidt er wel toe, dat die betreffende groep lymfocyten zich zeer snel gaat delen en zo een kloon van identieke bloedcellen gaat maken. Veel lymfocyten daarentegen worden nooit geactiveerd om de eenvoudige reden dat hun antigeen nooit in het lichaam komt. Zowel de gerijpte T-cellen als de gerijpte B-cellen worden opgeslagen in het lymfoı¨de weefsel (lymfeknopen, milt, plaques van Peyer, tonsillen, adenoı¨d etc.). Daar blijven ze wachten tot hun antigeen eventueel langskomt, waarna ze zich snel delen. Naast de hierboven beschreven cellen bestaat er nog een aparte groep lymfocyten, die de naturalkillercellen (NK-cellen) wordt genoemd. Zij vormen 8-20% van het totaal aantal lymfocyten. Ze kunnen geı¨nfecteerde cellen en ‘lichaamsvreemde’ cellen (bijvoorbeeld tumorcellen

145

146

Fysiologie en anatomie niveau 5

en weefseltransplantaat) doden door direct cel-celcontact. Ze herkennen antigenen op die vreemde cellen. Het verschil met normale B- en T-cellen is, dat NK-cellen niet op e´e´n specifiek antigeen op e´e´n bepaalde plaats op het celoppervlak reageren maar op een groot aantal verschillende antigenen op verschillende plaatsen op het celoppervlak. In zoverre werken zij dus aspecifiek. Lichaamseigen cellen, die met virussen zijn geı¨nfecteerd, en tumorcellen ondergaan membraanveranderingen, waarna zij een prooi vormen voor de NKcellen. Na de binding geeft de NK-cel toxinen af waardoor de aangevallen cel te gronde gaat. Dit proces staat bekend als cellulaire cytotoxie. Deze cellen kunnen worden gestimuleerd door gamma-interferon. Macrofagen Zoals eerder vermeld liggen macrofagen onder andere opgeslagen in het bindweefsel en de organen uit het lymfevatstelsel. Hoewel macrofagen zelf niet in staat zijn een antigeen te herkennen en daar een specifieke reactie op te laten volgen, spelen deze cellen wel een belangrijke rol bij de immuunrespons. Nadat een macrofaag namelijk een vreemd deeltje als bacterie heeft gefagocyteerd, wordt het oppervlakte-antigeen van deze bacterie losgemaakt en wordt dit antigeen gepresenteerd op het oppervlak van de macrofaag. Deze macrofaag doet dan dienst als antigeenpresenterende cel. 3.4.2 indeling van de immuniteit Immuniteit kan worden verdeeld in twee takken, die elkaar overlappen: de humorale en de cellulaire immuniteit (afb. 3.4). Afbeelding 3.4 Specifieke cellulaire en humorale immuniteit.

De humorale immuniteit verloopt via de vorming van antilichamen (immunoglobulinen) in lichaamsvloeistoffen (zoals bloed en lymfe). Hoewel deze antilichamen wel worden geproduceerd door e´e´n type witte bloedcellen (B-lymfocyten), circuleren zij vrij door het lichaam. De prooi voor de humorale immuunrespons bestaat voornamelijk uit vrije bacterie¨n en virussen. Deze worden door de antilichamen ge-

3

Afweer

bonden en geı¨nactiveerd, waarna zij door fagocyten kunnen worden vernietigd. Bij de cellulaire immuniteit blijft de immuunreactie hier steeds gebonden aan cellen (T-lymfocyten). De prooi bestaat ook uit cellen: geı¨nfecteerde lichaamscellen of tumorcellen. De cellulaire immuniteit verloopt via het afgeven van stoffen, die de geı¨nfecteerde cellen vernietigen of via stimulering van andere lymfocyten. 3.5

Humorale immuunrespons

De humorale immuunrespons verloopt via immunoglobulinen. Het kan ingedeeld worden in natuurlijke en kunstmatige en in passieve en actieve repons (par. 3.8). 3.5.1 werking humorale immuunrespons Op het moment dat een bepaalde B-lymfocyt in aanraking komt met zijn eigen antigeen, wordt dit antigeen stevig gebonden aan het oppervlak van de lymfocyt (afb. 3.5). Complementeiwit C1 (zie par. 3.5.3) speelt hierbij ook een belangrijke rol. Hierna volgt een snelle groei en een snelle serie delingen van deze lymfocyt. Dit leidt tot een kloon van identieke lymfocyten. De aanvankelijk kleine lymfocyten rijpen vervolgens tot redelijk grote cellen met opvallend veel cytoplasma, waarin zich veel endoplasmatisch reticulum bevindt met het oog op de te vormen talrijke eiwitten (antilichamen). Deze cellen worden plasmacellen genoemd. Zij komen normaal nauwelijks in het bloed voor en kunnen worden beschouwd als het eindstadium van het differentiatieproces. Plasmacellen kunnen per tijdseenheid een grote hoeveelheid specifiek immunoglobuline (antilichamen) produceren en uitscheiden. Zij gaan hier ongeveer vijf dagen mee door, waarna zij afsterven. Antilichamen hebben zelf geen antigeendodend effect. Zij omringen het antigeen en binden het aan eiwitten uit het immuunsysteem (complementeiwit). Zo ontstaat een groot complex van vele antigenen, onderling verbonden door antilichamen en complementeiwit. Dit antigeen-antilichaamcomplex of immuuncomplex wordt normaliter na complementactivering (zie par. 3.5.3) door het mononucleaire-fagocytensysteem uit het lichaam verwijderd. De in de circulatie aanwezige immuuncomplexen kunnen zowel vrij als aan erytrocyten gebonden voorkomen. Afzetting van de vrij circulerende immuuncomplexen in de vaatwand kan aanleiding geven tot het ontstaan van een ontstekingsreactie ter plaatse, zoals glomerulonefritis, pleuritis, artritis. Een deel van de B-lymfocyten differentieert niet tot plasmacellen, maar heeft de antigeenstimulus in het geheugen opgeslagen (geheugencellen, memory cells). Deze geheugencellen worden in het lymfoı¨de weefsel opgeslagen. Zij verschillen van de B-cellen doordat zij bij een tweede contact met het antigeen in een kortere tijd veel grotere hoeveelheden antilichamen kunnen produceren (afb. 3.6). De geheugencellen zijn verantwoordelijk voor de bescherming tegen ziekten na

147

148

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 3.5 Humorale immuunrespons.

een vaccinatie. B-cellen, geheugencellen, plasmacellen en antilichamen (in bloed en andere lichaamsvloeistoffen) zorgen samen voor de humorale immuunrespons. 3.5.2 immunoglobulinen Immunoglobulinen, afgekort Ig, hebben als basisstructuur vier aminozuurketens, die onderling zijn verbonden door disulfidebruggen (S-S-bruggen). Twee van de vier ketens zijn lichte ketens (L-ketens; L = light) en twee zijn zware ketens (H-ketens; H = heavy). Het geheel is Y-vormig (afb. 3.7). Ieder immunoglobuline bevat twee Fab-fragmenten en e´e´n Fc-fragment. Fab staat voor fragment antigeenbinding. De beide Fab-fragmenten zijn identiek en bestaan ieder uit de L-keten en een deel van de H-keten. Ze zijn in staat aan het antigeen te binden en bepalen daarmee de specificiteit van het immunoglobuline. Het Fc-fragment (‘fragment crystallizable’, het constante deel van de H-keten) bestaat uit twee stukken van de beide zware ketens en is bepalend voor de biologische eigenschappen van het molecuul, zoals complementbinding, binding met Fc-receptoren op monocyten en macrofagen. De Ig-moleculen worden ingedeeld in vijf klassen, die hier in alfabetische volgorde worden beschreven.

3

Afweer

149

Afbeelding 3.6 Vorming van antilichamen na primaire immunisatie (a) en na secundaire immunisatie (b).

IgA IgA zijn immunoglobulinen die een neutraliserende werking hebben op virussen, toxinen en bacterie¨n en die andere, aan deeltjes gebonden antigenen, doen agglutineren. IgA komt veel voor in secreten, zoals speeksel, traanvocht en in secreten van de luchtweg, darmen en urogenitale secreten. IgA is om deze reden een belangrijk immunoglobuline voor de immunologische afweer op het oppervlak van slijmvliezen. Het voorkomt namelijk dat bacterie¨n en virussen zich kunnen hechten op het oppervlak van de lichaamscellen. Dit immunoglobuline komt veel voor in moedermelk, maar kan de placenta niet passeren. In serum vormt IgA ongeveer 20% van het totaal aan immunoglobulinen. Een deficie¨nte van dit immunoglobuline is de meest voorkomende immunodeficie¨ntie. IgD IgD komt hoofdzakelijk voor als receptor op het oppervlak van het celmembraan van B-lymfocyten en is waarschijnlijk betrokken bij de differentiatie van deze lymfocyten tot plasmacellen. IgD wordt vooral aangetroffen bij multipele myeloom (ziekte van Kahler, intermezzo 3.2).

150

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 3.7 Schema van de structuur van een immunoglobulinemolecuul (Ig); a. basisstructuur; b. structuur van IgG (monomeer) en IgM (pentameer).

Intermezzo 3.2 Ziekte van Kahler Bij de ziekte van Kahler bestaat er een woekering van plasmacellen uitgaande van het beenmerg. De woekerende cellen bestaan uit een afwijkende cel (monoklonaal) en ze produceren een immunoglobuline, paraproteı¨ne. Door woekering van de plasmacellen in de botten ontstaan botpijnen en na een gering trauma kunnen pathologische fracturen ontstaan. Door de botafbraak ontstaat hypercalcie¨mie. Dit kan leiden tot misselijkheid, braken, verwardheid en coma. Door verdringing van het beenmerg kunnen anemie en leukopenie (tekort aan leukocyten) met verhoogde kans op infecties ontstaan. De trombocytenaggregatie kan door ’coating’ met het paraproteı¨ne verstoord zijn, zodat verhoogde bloedingsneiging optreedt. De viscositeit van het plasma is meestal door het paraproteı¨ne verhoogd, dat kan leiden tot stoornissen in vele organen.

3

Afweer

IgE IgE wordt normaal zeer weinig aangetroffen in het bloed. IgE speelt een belangrijke rol bij de immunologische afweer tegen parasieten, zoals worminfecties, bijvoorbeeld helminten (ingewandswormen). IgE komt verder vooral voor op het membraanoppervlak van basofiele granulocyten en de daarop lijkende mestcellen. Ze hechten zich daaraan met behulp van hun Fc-fragment (zie afb. 3.7). Na binding van de desbetreffende antigenen, allergenen genoemd, scheiden deze cellen zogenaamde ontstekingsmediatoren af, zoals histamine, serotonine, kallikreı¨nen en leukotrie¨nen. Deze stoffen leiden tot overgevoeligheidsreacties, die gepaard gaan met een sterke lokale vaatverwijding en een toegenomen filtratie. In de slijmvliezen leidt dit tot een sterke zwelling, in de luchtwegen gevolgd door benauwdheid, niezen en tranende ogen. Antihistaminica, zoals promethazine, remmen dit effect. Als de allergene reactie over een groter gebied verspreid is kan de vasodilatatie een sterke daling van de arterie¨le bloeddruk tot gevolg hebben, met als mogelijk gevolg een zogenaamde anafylactische shock. IgG IgG wordt ook wel als gammaglobuline aangeduid; IgG’s zijn in staat de fagocytose van bacterie¨n te bevorderen en de bacterie¨le toxinen te neutraliseren. Het is de enige soort immunoglobuline die de placenta kan passeren zodat de immuniteit van de moeder wordt overgedragen op de foetus, waardoor er postnataal bescherming is geboden. Het is het meest voorkomende immunoglobuline (75% van het totaal) in het bloed. Een gammaglobuline-injectie, voorafgaand aan een reis, bevat een mix van IgG’s, geı¨soleerd uit donorbloed. Dit geeft een korte tijd bescherming tegen een aantal infecties, zoals hepatitis A. Dit is een voorbeeld van passieve immunisatie (zie par. 3.8). IgM De term IgM is afgeleid van macroglobuline op grond van de omvang. Het is meestal een pentameer (vijfvoud) van IgG (zie afb. 3.7). Dit Ig komt dan ook hoofdzakelijk intravasculair voor. Het is de eerste klasse, die door plasmacellen wordt uitgescheiden. Dit is diagnostisch van belang, omdat zo via de concentratie van IgM in het bloed een recente infectie kan worden aangetoond. IgM’s zijn agglutinerende, complementbindende antilichamen. Ze hebben een neutraliserende werking op toxinen. Vanwege zijn omvang kan IgM de placenta niet passeren. 3.5.3 complementsysteem Wanneer er een antigeen-antilichaamreactie heeft plaatsgehad speelt het complementsysteem een belangrijke rol bij het afwikkelen van de immunologische reactie, met name de cytolyse: het uiteenvallen van de cel door het stukgaan van het celmembraan en door fagocytose. Het complementsysteem omvat een groot aantal plasma-eiwitten (totaal ongeveer dertig, gegroepeerd tot negen hoofdgroepen, genummerd C1 t/m C9). Zij maken hoofdzakelijk deel uit van de be`taglobuline-

151

152

Fysiologie en anatomie niveau 5

fractie van het bloedplasma. De eiwitten die erbij betrokken zijn worden complementfactoren genoemd. Deze zijn normaal als inactieve factoren in het bloedplasma aanwezig. In de eerste stap bindt een complementeiwit (C1) zich aan een antilichaam, dat zich heeft gebonden aan een antigeen, bijvoorbeeld de celwand van een bacterie. Dit gebonden C1-eiwit werkt vervolgens als een enzym voor een keten van reacties, vergelijkbaar met de stollingscascade. Het eindresultaat is de activering van het complementeiwit C3. Het product van deze activering bindt zich aan het oppervlak van het antigeen en stimuleert de volgende processen: – fagocytose; – ontstekingsproces; – vorming van een complex van andere complementeiwitten, die het celmembraan lyseren. De hoeveelheid C3 in het bloedplasma is afhankelijk van de productie in de lever en het verbruik in het bloed. Bij leverfunctiestoornissen zal het gehalte sterk dalen. C3 is een voorbeeld van de acutefase-eiwitten, waarvan de productie bij een infectie verhoogd kan zijn. 3.6

Cellulaire immuunrespons

In tegenstelling tot B-cellen zijn T-cellen niet zelfstandig in staat te reageren op antigenen. Zij werken alleen op fragmenten van antigenen, die na fagocytose door de macrofaag een structurele verandering hebben ondergaan en op het oppervlak van lichaamseigen cellen worden gepresenteerd. Activering van een T-cel gaat op een vergelijkbare wijze als bij de B-cellen. Een T-cel bindt zich aan een lichaamscel (bijv. een ‘geı¨nfecteerde’ macrofaag of een tumorcel), die ‘zijn’ antigeen draagt (afb. 3.8). Hiertoe kruipen zij als het ware over de lichaamscellen om ze te onderzoeken op antigenen. Een cel, die door een T-cel wordt aangevallen, moet aan twee voorwaarden voldoen: – de cel moet worden herkend als lichaamseigen (aan de hand van de unieke combinatie van MHC-moleculen op het celmembraan); – de cel moet een lichaamsvreemd deel bevatten (het antigeen, dat op het membraan van de aan te vallen cel wordt gepresenteerd). Na herkenning bindt de bijbehorende cytotoxische T-cel (Tc-cel of killer T-cel genoemd) zich aan de lichaamscel. Hierna wordt de aangevallen cel uitgeschakeld doordat het membraan wordt vernietigd, er toxinen worden afgegeven en de kern opdracht krijgt de cel te doden. Vergelijkbaar met de humorale immuniteit ontstaan bij dit proces ook weer geheugen-Tc-cellen. Deze zorgen ervoor, dat de cellulaire immuunreactie bij een tweede infectie met hetzelfde micro-organisme veel sneller gaat dan de twee dagen, die voor de eerste reactie nodig zijn. Voordat een geactiveerde T-cel zich gaat delen (afb. 3.9) en tot de aanval over kan gaan moeten er vaak nog aanvullende prikkels worden gegeven. Zo produceert de macrofaag allerlei T-cel-stimulerende stoffen (monokinen) en stimuleren verschillende T-cellen elkaar via zogenaamde lymfokinen. Al deze T-cel-stimulerende stoffen worden samen vaak aangeduid met de naam interleukinen.

3

Afweer

Afbeelding 3.8 Vernietiging thymuscel tegen lichaamseigen antigeen.

Een aparte rol is weggelegd voor T-helpercellen (CD4-cellen). Ook deze lymfocyten zijn antigeenspecifiek. Nadat een T-helpercel in contact is gekomen met een macrofaag die zijn specifieke antigeen presenteert, stuurt de T-helpercel een aantal processen aan. Hieronder valt: stimulering van de macrofaag, activering van zowel B-cellen als Tc-cellen en stimulering van de deling van beide typen lymfocyten. Daarmee is de T-helpercel een sleutelcel in zowel de humorale als de cellulaire immuunrespons. Het is dit type cel, dat wordt geı¨nfecteerd door het hiv waarmee de achilleshiel van het immuunsysteem wordt uitgeschakeld en zowel de humorale als de cellulaire immuniteit worden geblokkeerd. Infectieziekten, die bij gezonde personen nauwelijks voorkomen kunnen daarom bij aidspatie¨nten een dodelijk verloop hebben (opportunistische infecties). 3.7

Regulatie van de afweer

Uit het bovenstaande mag blijken, dat de menselijke afweer tegen micro-organismen een complex georganiseerd geheel is. Ook blijkt, dat er allerlei dwarsverbindingen bestaan, zowel tussen de aspecifieke en specifieke afweer (bijv. belichaamd in de macrofagen) als tussen de verschillende takken van de specifieke afweer (bijv. via de T-helpercellen) en de interleukinen. Daarnaast staan de aspecifieke afweer en immuniteit ook nog onder controle van zowel zenuwstelsel als hormoonstelsel. Iemand die zich lekker voelt, is vaak eerder van zijn ziekte genezen dan iemand die niet goed in zijn vel zit.

153

154

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 3.9 Cellulaire immuniteit.

Cortisol Een van de hormonen die een belangrijke rol spelen bij de regulatie van de afweer is het hormoon cortisol. Cortisol wordt geproduceerd in de bijnierschors en wordt, samen met adrenaline, dat in het merg van de bijnier wordt gevormd, het stresshormoon genoemd.

3

Afweer

155

De productie van cortisol staat onder invloed van de biologische klok en vertoont een dag-nachtritme. ’s Morgens is de productie maximaal, aan het eind van de dag is deze minimaal. Naast deze dagnachtvariatie zijn allerlei factoren (hard geluid, schel licht, lichamelijke inspanning, geestelijke (in)spanning etc.) in staat de concentratie van cortisol omhoog te jagen. Genoemde factoren worden daarom ook vaak de stressfactoren genoemd. De effecten die cortisol op het lichaam heeft zijn talrijk (zie par. 7.6.1). Ee´n daarvan is het onderdrukken van de aanmaak en activiteit van de leukocyten, en dus het onderdrukken van de afweer (vooral de immuniteit) en het ontstekingsproces. ’s Morgens, wanneer de concentratie cortisol het hoogst is, is de afweer het meest onderdrukt en is de koorts het laagst. ’s Avonds stijgt deze weer. Ook wanneer de stress is verminderd, bijvoorbeeld tijdens een vakantie, is het afweeronderdrukkende effect van cortisol lager dan normaal. De afweer krijgt onder die omstandigheden dan de kans om micro-organismen, die soms al enige tijd in het lichaam verbleven, onschadelijk te maken. Hoewel men zich op dat moment ziek voelt, zijn de symptomen juist die van een genezing. 3.8

Natuurlijke en kunstmatige immuniteit

Bij immuniteit met antilichamen, humorale immuniteit, kan onderscheid gemaakt worden in natuurlijke en kunstmatige immuniteit. Van ieder is weer een actieve vorm (antilichamen worden gevormd) en een passieve vorm (antilichamen zijn al aanwezig) te onderscheiden (afb. 3.10). Afbeelding 3.10 Overzicht van de actieve en passieve immuniteit met enkele voor- en nadelen ervan.

Een natuurlijke actieve immuniteit ontstaat na het, soms onopgemerkt, doormaken van een infectieziekte. Hierdoor zijn er geheugencellen tegen het antigeen gevormd. Deze zorgen voor een snelle en adequate

156

Fysiologie en anatomie niveau 5

bescherming. Besmettelijke ziekten, zoals waterpokken, geven dikwijls levenslange immuniteit. Natuurlijke passieve immuniteit is aanwezig bij zuigelingen, die de eerste maanden na de geboorte nog antilichamen (IgG’s) bezitten die ze van de moeder hebben meegekregen (transplacentaire overdracht). Doordat de moederlijke antilichamen vrij snel worden afgebroken is deze vorm van immuniteit binnen enkele maanden na de geboorte reeds verdwenen. Zes maanden na de geboorte heeft 50% van de zuigelingen nog antilichamen van de moeder tegen bof, mazelen en rodehond (BMR). Bij twaalf maanden komt dit nog maar sporadisch voor. Moedermelk bevat IgA’s. Deze antilichamen zijn maagzuurresistent. De zuigeling krijgt op deze manier bescherming tegen infecties in het maag-darmkanaal. Uit de darm opgenomen IgA’s beschermen de zuigeling ook tegen infecties, die langs parenterale weg het lichaam binnenkomen. Ook dit is een vorm van een natuurlijke passieve immuniteit. Bij kunstmatige actieve immuniteit worden de antigenen kunstmatig ingebracht door middel van een vaccin, waarin het lichaam zelf de overeenkomstige antilichamen gaat vormen. Het rijksvaccinatieprogramma omvat vaccins tegen bacterie¨le en virale infecties. Bij sommige vaccinaties wordt gevaccineerd met een gedood micro-organisme of antigeen. Dit gebeurt bijvoorbeeld bij difterie (D), kinkhoest (K), tetanus (T), Haemophilus influenzae type B (Hib), hepatitis A en B, meningokokken, pneumokokken en influenza. Het kinkhoestvaccin (K) is nu vervangen door aK (acellulair kinkhoestvaccin), dat minder complicaties geeft. Bij levende vaccins, bijvoorbeeld BMR (bof, mazelen, rodehond) en tuberculose (BCG, Bacille Calmette Gue´rin) wordt gebruikgemaakt van levende, verzwakte micro-organismen. De opbouw van de immuniteit wordt verkregen door het doormaken van de infectie (vaccinitis). Omdat deze vaccins niet altijd aanslaan, wordt in sommige schema’s de vaccinatie herhaald om alsnog bij degenen bij wie de eerste vaccinatie niet is aangeslagen (2-5% van de gevaccineerden) immuniteit te bewerkstelligen. Soms gebruikt men bij de vaccinatie ontgifte toxinen. Dit is onder andere het geval bij tetanus en difterie. De duur van de bescherming verschilt per vaccinatie. Tetanus-, difterie- en BCG-vaccinaties geven een bescherming van tien tot vijftien jaar. Door opnieuw te vaccineren is de beschermingsduur te verlengen. Zeer lang, misschien wel levenslange bescherming, wordt verkregen met polio-, mazelen-, bof-, rubella- (rodehond), en Hib-vaccinatie. Bij dode vaccins is meestal een serie vaccinaties noodzakelijk om de gewenste immuniteit te bereiken. Bij levende vaccins is e´e´n vaccinatie meestal voldoende. De leeftijd, waarop de eerste vaccinatie wordt uitgevoerd, verschilt ook per vaccin. Het DKTP-vaccinatieprogramma begint bij twee maanden, terwijl kinderen pas vanaf veertien maanden

3

Afweer

kinderen tegen BMR worden gevaccineerd. Deze vaccins hebben niet eerder de kans om aan te slaan omdat ze door circulerende antilichamen van de moeder geremd kunnen worden. Kunstmatige passieve immuniteit ontstaat door injectie van een antiserum, vaak een ‘gammaglobuline’-injectie genoemd. Dit antiserum bevat antilichamen, die zijn geı¨soleerd uit donorbloed. Soms is er sprake van een gecombineerde vaccinatie, dus zowel passief als actief. Een bekend voorbeeld hiervan is de behandeling na een (mogelijke) tetanusinfectie. Bij mensen die niet tegen tetanus zijn gevaccineerd of bij personen bij wie deze vaccinatie langer dan vijftien jaar geleden heeft plaatsgevonden, wordt in Nederland bij een verwonding anti-tetanusimmunoglobulinen (MATIG) gegeven. Omdat de passieve bescherming enkele weken duurt, wordt daarom tegelijkertijd een begin gemaakt met een volledige vaccinatie: twee tetanusvaccinaties met een maand ertussen, gevolgd door een tetanusvaccinatie zes maanden later.

Intermezzo 3.3 Auto-immuniteit Er wordt gesproken van auto-immuniteit als het lichaam een lichaamseigen stof als lichaamsvreemd gaat interpreteren. Er worden dan antilichamen gemaakt tegen lichaamseigen antigenen met soms fatale gevolgen. Het komt er simpelweg op neer dat het herkenningsmechanisme niet meer functioneert zoals het hoort. De ziekten die daardoor ontstaan worden auto-immuunziekten genoemd. Het blijkt dat auto-immuunziekten veel vaker bij vrouwen voorkomen dan bij mannen. In de Verenigde Staten is de verhouding 4:1. Bekende voorbeelden van auto-immuunziekten zijn SLE (systemische lupus erythematodes) en reuma. SLE is een ontstekingsachtige ziekte van de huid die zich kan uitbreiden naar gewrichten, nieren en hart. In het bloed van deze patie¨nten worden auto-antilichamen aangetroffen tegen verschillende celkernbestanddelen. Bij reumapatie¨nten worden antilichamen aangetroffen, die aangeduid worden met de term reumafactoren. In genoemde voorbeelden betreft het antilichamen die zijn gericht tegen antigenen, die in verschillende weefsels voorkomen, zoals celkernstructuren en membraanstructuren. Er zijn ook vele auto-immuunziekten waarbij de antilichamen zich specifiek richten tegen e´e´n bepaald weefsel of orgaan. Hiertoe behoren een bepaalde vorm van diabetes mellitus type 1 (antilichamen tegen de eilandjes van Langerhans), multipele sclerose (antilichaam tegen eiwitten in de myelineschede van zenuwcellen), de ziekte van Graves (antilichamen tegen de receptor voor TSH, zie hoofdstuk 7), enzovoort.

157

158

Fysiologie en anatomie niveau 5

Intermezzo 3.4 Immunotherapie Toediening van cytokinen is zinvol gebleken bij een groot aantal ziekten. Voorbeelden zijn het gebruik van interferon-be`ta bij multipele sclerose en van interleukine-2 (IL-2) bij niercelcarcinoom en melanoom. Op het ogenblik wordt onderzoek verricht naar het effect van cytokineremmers bij onder andere de ziekte van Kahler. Soms wordt er bij de behandeling van immunologische en oncologische aandoeningen gebruikgemaakt van monoklonale antilichamen. Dit zijn antilichamen afkomstig van e´e´n kloon B-lymfocyten.

3.9

HLA-antigenen en orgaantransplantaties

Een transplantaat van een genetisch niet identieke mens wordt meestal afgestoten. Dit komt omdat het immuunsysteem van de patie¨nt bepaalde moleculen op het transplantaat als lichaamsvreemd herkent. Deze moleculen worden transplantatie- of histocompatibiliteitsantigenen genoemd. De belangrijkste transplantatieantigenen worden gecodeerd door een groep genen die het major histocompatibility complex (MHC) vormen. Alle gewervelde dieren bezitten een dergelijk MHC. Bij de mens ligt dit op chromosoom 6 en wordt het HLA-complex (humaan leukocytenantigeencomplex) genoemd. 3.9.1 hla-antigenen HLA-antigenen worden op grond van het tijdstip van hun ontdekking verdeeld in drie groepen: klasse I, II en III. De klasse I en II worden door ten minste drie genen gecodeerd, klasse I door HLA-A, HLA-B en HLA-C en klasse II door HLA-DP, HLA-DQ en HLA-DR. Klasse-IIIgenen coderen voor onder andere complementfactoren. (Zie voor een uitleg van de begrippen hoofdstuk 13.) De HLA-genen kunnen in verschillende vormen voorkomen. Zo zijn er 28 HLA-A-allelen en 59 HLA-B-allelen. Het aantal mogelijke combinaties van HLA-allelen is dus bijzonder groot. Ook komen de klasse-I-genen en klasse-II-genen van beide chromosomen tot uiting. Er is zodoende een homozygote en heterozygote mogelijkheid. Het HLA-systeem speelt een belangrijke rol bij de normale immuunrespons. Sommige mensen reageren op een bepaald antigeen met een sterke immuunrespons, maar kunnen op een ander antigeen nauwelijks reageren. 3.9.2 orgaantransplantaties Er zijn verschillende typen orgaantransplantaties. Wanneer binnen dezelfde patie¨nt een orgaan (bijvoorbeeld de huid) van de ene naar de andere plaats wordt gebracht, wordt gesproken van autologe transplantatie. Wanneer een transplantaat van een genetisch verschillende donor wordt gebruikt, wordt dit allogene transplantatie genoemd. Bij exogene transplantatie is er sprake van transplantatie tussen dieren van verschillende soort.

3

Afweer

Om afstoting van een transplantaat te voorkomen moeten de antigenen van het transplantaat en de ontvanger met elkaar overeenkomen. Dit kan alleen volledig bij identieke tweelingen. Andere patie¨nten krijgen een transplantaat met zo goed mogelijke overeenkomsten. Er wordt gekeken naar de antigenen van de bloedgroepen en de HLAantigenen. Met name de antigenen van de endotheelcellen van de bloedvaten in het transplantaat bevatten zowel HLA-antigenen als bloedgroepantigenen. Ook wordt het weefsel onderzocht op hiv- en CMV-infectie. De ontvanger wordt met immunosuppressiva behandeld om afstoting te voorkomen (zie intermezzo 3.5). Er kunnen verschillende typen afstotingsreacties ontstaan. Hyperacute afstoting kan binnen enkele minuten tot drie dagen na de transplantatie ontstaan en is een gevolg van eerdere sensibilisatie van de gastheer. Hiertegen is geen behandeling mogelijk. Acute afstoting ontstaat meestal na twee tot drie weken, maar kan eerder. Deze vorm is medicamenteus te behandelen. Chronische afstoting ontstaat door vaatveranderingen en kan nog jaren na de transplantatie voorkomen. Met hoge dosis immunosuppressiva kan getracht worden dit te behandelen.

Intermezzo 3.5 Immunosuppressiva De immunosuppressiva (enkelvoud: immunosuppressivum) vormen een groep geneesmiddelen die een of meer reacties in het immuunsysteem geheel of gedeeltelijk onderdrukken. Het immuunapparaat is onder meer betrokken bij gewrichtsreuma, psoriasis, astma en de bij de ziekte van Crohn (zie hoofdstuk 10). Immunosuppressiva worden veel toegepast bij transplantaties, bijvoorbeeld van nier, lever en longen om te voorkomen dat het donororgaan wordt afgestoten. De meest gebruikte middelen op dit gebied zijn: prednison, ciclosporine, azathioprine en methotrexaat. Immunosuppressiva vinden ook dikwijls toepassing bij autoimmuunziekten (zie intermezzo 3.3) wanneer andere behandelingen geen effect hebben.

3.9.3

hla en transplantatie van allogeen beenmerg Voor transplantatie van beenmerg moet niet alleen de patie¨nt zelf goed voorbehandeld worden, maar er moet ook een compatibele donor aanwezig zijn. Familieleden met identieke HLA-antigenen komen het eerst in aanmerking. Er is 25% kans dat bij een zuster of broer alle HLA-antigenen bij elkaar passen. Komt een broer of zuster niet in aanmerking en evenmin een naast familielid, dan moet een geschikte donor in internationale databanken gezocht worden. Bloed uit de navelstreng kan ook worden gebruikt omdat het nog maar weinig rijpe T-lymfocyten bevat. De ontvanger van het beenmerg wordt eerst voorbehandeld met hooggedoseerde cytostatica en bestraling van het hele lichaam. Hierdoor wor-

159

160

Fysiologie en anatomie niveau 5

den de eventuele tumorcellen vernietigd en het immuunsysteem wordt voldoende onderdrukt om te voorkomen dat lichaamsvreemde beenmerg/stamcellen worden afgestoten. Een complicatie is het ontstaan van graft versus host disease (GVHD). Hierbij vallen de in het transplantaat aanwezige T-lymfocyten van de donor de verschillende weefsels van de ontvanger aan.

Intermezzo 3.6 Relatie tussen ziekten en het HLA-systeem Sommige auto-immuunziekten hebben een verband met een bepaalde HLA-structuur. De kans dat iemand de bepaalde autoimmuunziekte krijgt is groter bij een bepaald HLA-type dan bij mensen die dat type niet hebben. Coeliakie wordt veroorzaakt door een immuunreactie tegen een eiwit in gluten (dit bevindt zich in de korrels van de meeste graansoorten). Er is een verhoogde kans op het verkrijgen van coeliakie bij mensen met HLA-B8. Deze HLA-structuur komt ook voor bij mensen met de huidziekte dermatitis herpetiformis; combinatie van beide ziekten komt dan ook voor. Patie¨nten met diabetes mellitus type I zijn meestal HLA-DR3- of HLA-DR4-positief. Dit is ook zichtbaar bij patie¨nten met andere orgaanspecifieke auto-immuunziekten. Men veronderstelt dat bepaalde virale infecties (bof, mazelen) een lichte beschadiging van de b-cellen van de eilandjes van Langerhans veroorzaken. Bij mensen met een genetische predispositie (bijv. HLA-DR4) wordt vervolgens een auto-immuunreactie opgewekt tegen de genoemde insulaire b-cellen. De ziekte van Graves-Basedow is een auto-immuunziekte, die gekenmerkt wordt door hyperthyreoı¨die (verhoogde schildklierwerking), diffuus struma en exoftalmie (naar voren verplaatste oogbol). Patie¨nten hebben relatief vaak (56%) HLA-DR3; 60% van de patie¨nten met multipele sclerose heeft HLA-DR2. Bij de gehele Nederlandse bevolking is dit 25%. Van de patie¨nten met narcolepsie (slaapaanval) heeft 100% van de patie¨nten HLA-DR2; 90% van de patie¨nten met de ziekte van Bechterew (spondylitis ankylopoetica) en 80% van de patie¨nten met de ziekte van Reiter hebben HLA-B27. Bij patie¨nten met de ziekte van Crohn (een chronische darmontsteking) wordt vaak HLA-B27 gevonden, vooral als deze ziekte in combinatie voorkomt met de ziekte van Bechterew.

4

Ademhaling

Fysiologisch wordt onder ademhaling verstaan: alle processen die noodzakelijk zijn voor een adequate verbranding van voedingsstoffen in de lichaamscellen. Ademhaling kan worden onderverdeeld in een aantal deelprocessen: – longventilatie: het verversen van de lucht in de longen door in- en uitademen; – distributie: de verdeling van de lucht in de verschillende delen van de longen; – diffusie: de uitwisseling van zuurstof en koolstofdioxide tussen bloed en lucht in de longen; – transport: het vervoer van zuurstof en koolstofdioxide naar de weefsels door circulatie van het bloed en perfusie van de weefsels; – diffusie: de uitwisseling van zuurstof en koolstofdioxide tussen bloed en weefsels (bijvoorbeeld spieren); – celademhaling: het verbrandingsproces binnen een weefselcel waarbij tijdens de reactie van voedingsstoffen met zuurstof, water en koolstofdioxide worden gevormd. Om de werking van de tractus respiratorius (ademhalingsstelsel) te kunnen beschrijven, wordt eerst de bouw van de onderdelen van het ademhalingsstelsel besproken (par. 4.1). Bij de behandeling van de ademhalingsorganen zal blijken dat deze organen niet alleen de zuurstofvoorziening en koolstofdioxideafvoer verzorgen maar ook een belangrijke rol spelen bij andere processen, zoals het spreken en het zichzelf beschermen tegen schadelijke stoffen (ruiken). Door de ademhalingsbewegingen wordt de lucht in de longen ververst en in de diverse onderdelen van de longen verdeeld (par. 4.2). In de longen worden door diffusie gassen uitgewisseld tussen de longen en het bloed (par. 4.3). Het transport van de gassen wordt besproken in paragraaf 4.4. De uitwisseling van gassen in de weefsels (par. 1.6) en de verbrandingsprocessen in de cel (par. 1.5) zijn besproken in hoofdstuk 1. Ten slotte wordt het gehele ademhalingsstelsel aangestuurd door het zenuwstelsel (par. 4.5). 4.1

Tractus respiratorius

De tractus respiratorius bestaat uit neusholte (cavitas nasi) of mondholte (cavitas ori), farynx (keelholte), larynx (strottenhoofd) en de trachea (luchtpijp) die zich vertakt in twee (hoofd)bronchi (bronchus = luchtpijptak) (afb. 4.1). De bronchi (ten onrechte dikwijls bronchie¨n

C.A. Bastiaanssen et al., Fysiologie en anatomie, DOI 10.1007/978-90-313-8098-5_4, © Bohn Stafleu van Loghum, 2007

162

Fysiologie en anatomie niveau 5

genoemd) vertakken zich steeds verder tot kleinere bronchi (afb. 4.2). Deze vertakkingen zijn dichotoom: de deling is steeds in twee gelijkwaardige takken. De kleinste vertakkingen waarin de kraakbeenstukjes ontbreken, worden bronchioli genoemd. Deze eindigen ten slotte in longtrechtertjes die blaasvormige uitstulpingen bezitten, de alveoli of longblaasjes (afb. 4.3). De alveoli zijn door een netwerk van capillairen omgeven.

Afbeelding 4.1 Doorsnede van hoofd en hals; de drie pijlen duiden op chirurgische toegangswegen tot de trachea.

4.1.1 neusholte (cavitas nasi) De nares (voorste (uitwendige) neusopeningen) verbinden de neusholte met de buitenlucht; de choanen (achterste (inwendige) neusopeningen) verbinden de neusholte met de farynx (afb. 4.4, afb. 4.5). Het septum nasi (neustussenschot) scheidt de beide neusholten en bestaat uit de verticale plaat van het etmoı¨d (os ethmoidale, zeefbeen), de vomer (ploegschaarbeen) en het kraakbenig tussenschot (cartilago septi nasi). De zijwanden van de neusholte worden gevormd door de beweeglijke buitenwanden, de neusvleugels. In de neusholte bevinden zich drie paar conchae (neusschelpen). Dit zijn met slijmvlies beklede beenderen. De twee bovenste paren zijn delen van het etmoı¨d en het onderste paar is een deel van de maxilla (bovenkaak). Elke neushelft wordt door de neusschelpen in vier ruimten verdeeld, namelijk de drie neusgangen (de ruimten onder de neusschelpen) en

4

Ademhaling

163

Afbeelding 4.2 De vertakkingen van de bronchi en hun aantallen en afmetingen.

Afbeelding 4.3 Ligging van de longen en de luchtwegen. De vertakkingen van de bronchi zijn in de rechterlong (links op de afbeelding) blootgelegd.

164

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 4.4 Neusholte, gezien vanuit het midden. Afbeelding 4.5 Frontale doorsnede van de neusholten.

de ruimte boven in de neusholte, dus de ruimte boven de bovenste neusschelp, waar zich de reukzintuigcellen bevinden. In de onderste neusgang (de grootste) mondt de traanbuis uit, in de middelste neusgang de sinus frontalis (voorhoofdsholte), de sinus maxillaris

4

Ademhaling

(bovenkaakholte) en etmoı¨dcellen (kleine zeefbeenholten). De bovenste neusgang is de uitmondingsplaats voor etmoı¨dcellen en de sinus sphenoidalis (wiggenbeensholte). Het dak van de neusholte wordt voornamelijk gevormd door de lamina cribrosa (horizontale zeefplaat) van het etmoı¨d (par. 11.2.1). Dit bot maakt deel uit van de schedelbasis en is doorzeefd met gaatjes waarin de uiteinden van de reukzenuw gelegen zijn. Micro-organismen kunnen via deze openingen relatief makkelijk de schedelholte bereiken (porte d’entre´e). De bodem van de neusholte bestaat uit het palatum durum (harde gehemelte) en palatum molle (zachte gehemelte); deze bodem scheidt de neusholte van de mondholte. De gehele neusholte is bekleed met trilhaarepitheel met slijmcellen; boven in de neusholte bevindt zich het reukslijmvlies (par. 8.1.1). Door het neusslijmvlies, waaronder zich talrijke bloedvaatjes bevinden, wordt de ademlucht verwarmd en bevochtigd, waardoor de gaswisseling in de longen beter verloopt en de afweer tegen microorganismen met behulp van leukocyten beter kan functioneren. Bovendien blijven stofdeeltjes en micro-organismen (bacterie¨n en virussen) in het slijm hangen. Door de aanwezigheid van veel trilharen is het neusslijm voortdurend in beweging in de richting van de farynx en vanuit het voorste gedeelte van de neusholte in de richting van de voorste neusopeningen. Het reukslijmvlies zorgt ervoor dat men gewaarschuwd wordt voor eventuele giftige stoffen. Alleen de lucht, die bovenin door de neusholte stroomt, komt in contact met het reukzintuig. Omdat dit de langste weg is met de grootste weerstand, is dit maar een klein gedeelte. Daardoor is de reukzin bij de mens slecht ontwikkeld. De neusholte staat in verbinding met de vier paar neusbijholten (sinus paranasales). Deze holten in beenderen zijn: – sinus maxillares; – sinus frontales; – sinus sphenoidales; – sinus ethmoidales; omdat dit veel kleine holten betreft wordt ook wel van etmoı¨dcellen of zeefbeencellen gesproken. De neusbijholten zijn bekleed met hetzelfde soort slijmvlies als de neusholte. De neusbijholten vormen de klankruimte bij de stemvorming en zorgen mede voor de voorverwarming van de ademlucht. Het zal duidelijk zijn dat het wegens eerder genoemde redenen beter is om door de neus in te ademen dan door de mond. 4.1.2 farynx De farynx is gelegen achter de neusholte en mondholte met naar beneden toe twee openingen, namelijk naar de oesofagus (slokdarm) en naar de trachea. Behalve met de neusholte en mondholte staat de farynx ook nog in verbinding met de middenoorruimte via de beide buizen van Eustachius.

165

166

Fysiologie en anatomie niveau 5

Voor de bouw en functie van de farynx wordt verwezen naar paragraaf 10.11. 4.1.3 larynx De larynx is in de hals ventraal gelegen ten opzichte van de oesofagus. Het vormt de verbinding tussen farynx en trachea (afb. 4.6).

Afbeelding 4.6 De larynx en de trachea van voren gezien (a) en op frontale doorsnede (b). De stemspleet met een spiegel van boven gezien (dus spiegelbeeld) tijdens rustig ademhalen (c) en tijdens het spreken (d).

De larynx is opgebouwd uit kraakbeenstukken, verbonden door dwarsgestreepte spieren en ligamenten. Tussen het hyoı¨d (os hyoideum, tongbeen) en de trachea is het hoofdzakelijk bevestigd door ligamenten. Het hyoı¨d kan gerekend worden tot de schedel, waarmee het door spieren en banden is verbonden. Het hyoı¨d is door middel van drie paar spierteugels verbonden met de schedelbasis (basis

4

Ademhaling

cranii), de kin (mentum), het sternum (borstbeen) en de scapula (schouderblad). Het hyoı¨d speelt een belangrijke rol bij het ademen en het slikken. De larynx is opgebouwd uit het beweeglijke schildkraakbeen (cartilago thyroidea), waarvan de vooruitstekende punt adamsappel (prominentia laryngea) wordt genoemd, het onbeweeglijke cricoı¨d (cartilago cricoidea, ringkraakbeen), dat aan de achterzijde verbreed is (de zgn. zegelring) en de beide bekerkraakbeentjes (cartilagines arytenoideae), die met spiertjes bevestigd zijn op het zegel van het ringkraakbeen. De epiglottis (strotklepje) bestaat uit elastisch kraakbeen en het sluit tijdens het slikken de trachea af. Onder de ingang van de larynx bevinden zich twee paar plooien: de stembanden (ligamenta vocalia). Het bovenste paar (de valse stembanden, plicae vestibulares) bevat bindweefsel en veel klieren om het onderste paar (de ware stembanden, plicae vocales) vochtig te houden. De ware stembanden bevatten dwarsgestreepte spieren en ze bevinden zich tussen het schildkraakbeen en de bekerkraakbeentjes. De spleetvormige ruimte tussen de ware stembanden is de stemspleet (rima glottidis) die ook wel, ten onrechte, glottis wordt genoemd. De glottis is namelijk het stemvormend gedeelte van de larynx en omvat met name de ware stembanden en de stemspleet samen: het stemapparaat. De larynx is bekleed met meerlagig plaveiselepitheel tot aan de bovenzijde van de epiglottis. Vanaf de onderzijde van de epiglottis is de larynx bekleed met meerrijig trilhaarepitheel. Door werking van spiertjes, die een verbinding vormen van de bekerkraakbeentjes met het ringkraakbeen, kunnen de bekerkraakbeentjes allerlei bewegingen maken. Ze kunnen roteren (om hun lengteas draaien), heen en weer schuiven en kantelen. Hierdoor kunnen de stand en de spanning van de stembanden telkens veranderd worden. De stemspleet kan vernauwd en verwijd worden en de stembanden kunnen strakker of slapper worden. Door middel van de uitgeblazen lucht worden de ware stembanden in trilling gebracht, waardoor geluid ontstaat. Wanneer de stemspleet zo wijd mogelijk is, kan de uitgeademde lucht de stembanden niet in trilling brengen. Dit gebeurt bij een normale ademhaling; de lucht kan dan gemakkelijk de stemspleet passeren. Bij een vernauwing van de stemspleet kan de uitgeademde lucht de stembanden in trilling brengen. Deze trillingen worden op de uitstromende lucht overgebracht. De toonhoogte is afhankelijk van de lengte van de stembanden en van de mate waarin de stembanden zijn gespannen. Bij mannen zijn de stembanden in het algemeen langer en dikker dan bij vrouwen. Tussen het twaalfde en het twintigste jaar worden de stembanden, vooral bij jongens, onder de invloed van testosteron (zie hoofdstuk 7 en par. 12.2.1) sterk verlengd (‘baard in de keel’). Stemvorming is niet alleen afhankelijk van de stembanden maar onder andere ook van mondholte, tong, lippen en neusholte. De larynx beschikt over een aantal afsluitingsmechanismen in de vorm van reflexen (zie par. 4.5.3). De innervatie (zenuwvoorziening) van de larynx geschiedt aan weerszijden door een zijtak van de nervus vagus: de nervus (laryngeus) recurrens. Heesheid door beschadiging

167

168

Fysiologie en anatomie niveau 5

van deze zenuw kan onder andere ontstaan door een longcarcinoom, struma (schildkliervergroting) of bij schildklieroperatie. 4.1.4 trachea De trachea is gelegen in de hals en in het mediastinum van de thorax ventraal ten opzichte van de oesofagus. Ter hoogte van de vijfde thoracale wervel splitst de trachea zich in een linker- en rechterhoofdbronchus onder verschillende hoeken; de rechterhoofdbronchus loopt hierbij meer rechtdoor dan de linkerhoofdbronchus. Een dergelijke splitsing in tweee¨n wordt een bifurcatie genoemd. Bij verslikken zal voedsel dus eerder in de rechterhoofdbronchus terechtkomen dan in de linker. De wand van de trachea bestaat van binnen naar buiten uit de volgende onderdelen: – trilhaarepitheel met slijmcellen (afb. 4.7); dit is zeer gevoelig waardoor bij prikkeling de hoestreflex ontstaat; – bindweefsel met veel bloedvaten en zenuwen; – glad spierweefsel in de dorsale wand waardoor de openingen van de hoefijzervormige kraakbeenstukken worden afgesloten; contractie van dit spierweefsel beschermt de dieper gelegen gedeelten van de longen tegen het binnendringen van stof en corpora aliena (vreemde voorwerpen); – hoefijzervormige kraakbeenstukken (cartilagines tracheales; 16-20) die de luchtweg continu openhouden (afb. 4.8). Er is een nauwe relatie tussen de trachea en de oesofagus: tijdens de ontwikkeling van de embryo ontstaan beide uit dezelfde buis. De opbouw van de trachea lijkt ook veel op die van de oesofagus, alleen zijn daar geen kraakbeenstukken aanwezig maar juist meer spieren voor de peristaltiek (zie par. 10.12). 4.1.5 longen (pulmones) De bronchi vertakken zich boomvormig zodat er sprake is van de bronchiaalboom. De rechterhoofdbronchus vertakt zich tot drie kwabbronchi, de linkerhoofdbronchus vertakt zich tot twee kwabbronchi. De kleinste vertakkingen heten bronchioli (bronchiolen), die eindigen in longtrechters met alveoli (afb. 4.9). In principe is de wand van de bronchi en bronchioli net zo opgebouwd als die van de trachea. Er zijn echter een paar belangrijke verschillen: – naarmate de vertakkingen kleiner worden, bevatten de wanden van de bronchi en bronchioli meer elastische vezels en wordt het trilhaarepitheel dunner; – de wand van de grootste bronchi bevat kraakbeenstukjes (cartilagines bronchiales) die bij de kleinere vertakkingen overgaan in kraakbeenschilfers; bij bronchioli ontbreekt het kraakbeen. Bij uitademing vertonen de bronchioli een geringe vernauwing en bij inademing een geringe verwijding. De bronchioli eindigen in longtrechters die blaasvormige uitstulpingen bezitten, de alveoli. De wand van de alveoli bestaat uit een laagje plaveiselepitheel op een zeer

4

Ademhaling

169

Afbeelding 4.7 Microfoto van het trilhaarepitheel van de trachea (vergroting 5006; afbeelding boven) en een elektronenmicroscopische foto van cellen met trilharen (vergroting 13006; afbeelding onder). Ci = cilie¨n (trilharen).

dunne laag bindweefsel: het basaalmembraan. Direct hieraan grenst het endotheel van de longcapillairen. De inwendige bouw van de longen bestaat uit de bronchi, de bronchioli en de longtrechtertjes met de alveoli. Iedere long bevat ongeveer 150 miljoen alveoli. De longen worden begrensd door de thoraxwand, het diafragma (middenrif ) en het mediastinum (middenruimte), de ruimte in de borstholte tussen de beide longen. Naar boven toe worden de longen begrensd door het halsgebied, waarbij de longtop reikt tot boven de clavicula (sleutelbeen). De in- en uittredeplaats voor de bronchi, bloedvaten, lymfevaten en zenuwen wordt de longhilus genoemd (hilus = poort, navel). In dit gebied ligt een groot aantal lymfeknopen. De linkerlong bestaat uit twee longkwabben en de rechterlong uit drie longkwabben. Elke long bestaat uit tien longsegmenten; dit zijn functioneel gescheiden gebieden met ieder een eigen aansluiting op de longcirculatie en de luchtwegen. Als chirurgisch een longsegment

170

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 4.8 Larynx, trachea en bronchi van dorsaal.

Afbeelding 4.9 Twee longtrechtertjes met alveoli. Links is een longtrechtertje afgebeeld omgeven door capillairen. Rechts is een overlangs doorgesneden longtrechtertje afgebeeld.

wordt weggehaald kunnen de andere delen van die long daarom nog blijven functioneren. Beide longen zijn omgeven door een dubbel pleura(vlies) van mesotheel (afb. 1.28). Het binnenste blad, de pleura visceralis (= pleura

4

Ademhaling

pulmonalis, longvlies) is gelegen op het longoppervlak en is vergroeid met het longweefsel. Het buitenste blad, de pleura parietalis (borstvlies) is vergroeid met de binnenzijde van de thorax (zoals de binnenkant van de ribben en het diafragma), de oesofagus en het pericard (par. 1.10.2). Bij de longhilus gaat de pleura parietalis over in de pleura visceralis. Tussen de beide vliezen bevindt een zeer smalle luchtdicht afgesloten ruimte, de pleuraholte, bestaande uit een ongeveer 20 mm dik vloeistoflaagje, het pleuravocht. In de pleuraholte is de druk lager dan die in de buitenlucht. De twee pleurae worden op deze manier als het ware aan elkaar vastgezogen. Het pleuravocht wordt vooral gevormd in de bovenste mediastinale pleura: het bovenste deel van de pleura, dat de ruimte in de thorax tussen de beide longen bedekt. Resorptie vindt vooral plaats in de onderste mediastinale pleura en in het deel van de parie¨tale pleura dat tegen het diafragma ligt. Door het vochtlaagje is de pleura visceralis genoodzaakt de bewegingen van de pleura parietalis te volgen waarbij beide vliezen langs elkaar heen kunnen glijden (zuigeffect) en gedwongen worden alle bewegingen van thoraxwand en diafragma te volgen. Bij onder andere decompensatio cordis (hartfalen) en pleuritis kan pleura-effusie optreden: een abnormale ophoping van vocht in de pleuraholte met eventueel symptomen als kortademigheid en pijn op de borst.

Intermezzo 4.1 Luchtweginfecties Veel bacterie¨n kunnen slecht in lucht overleven. Door uitdroging sterven ze snel af. De meest voorkomende bacterie¨n die luchtweginfecties veroorzaken zijn streptokokken, in het bijzonder Streptococcus pyogenes en Streptococcus pneumoniae. Ze behoren beide tot de normale microflora van de bovenste luchtwegen. Hoewel hun aantallen laag zijn kunnen ze, als de afweer verzwakt is of als er een virulente stam aanwezig is, infecties veroorzaken. Faryngitis (keelontsteking) wordt meestal primair veroorzaakt door een virus (verkoudheid). Secundaire bacterie¨le infectie vindt vervolgens plaats in het door het virus beschadigde slijmvliesepitheel. Streptococcus pyogenes is de belangrijkste bacterie¨le verwekker van faryngitis. Faryngitis door streptokokken wordt gekenmerkt door een heftige ontsteking van het slijmvlies van de keel, koorts en een algeheel gevoel van malaise. De andere belangrijke pathogene streptokok, Streptococcus pneumoniae, veroorzaakt pneumonie (longontsteking). De longen zijn onder normale omstandigheden steriel. Stof en bacterie¨n uit de lucht worden opgevangen in het slijm van de bronchi. Het trilhaarepitheel ‘veegt’ dit met een snelheid van circa 2 cm per minuut naar boven. Het influenzavirus kan echter het trilhaarepitheel beschadigen, waardoor een porte d’entre´e ontstaat voor bacterie¨n, vooral Streptococcus pneumoniae. De cellen van Streptococcus pneumoniae zijn omgeven door een groot kapsel, dat hen beschermt tegen fagocytose door macrofagen. Streptococcus pneu-

171

172

Fysiologie en anatomie niveau 5

moniae dringt daardoor makkelijk binnen in het longweefsel en kan zich verspreiden over een of meer longkwabben. Het roept daar heftige ontstekingsreacties op, waarbij sterk hoesten, koude rillingen en hoge koorts kunnen optreden. Ophoping van ontstekingsvocht reduceert de longcapaciteit waardoor de patie¨nt kortademig wordt.

4.2

Longventilatie en distributie

Door in- en uitademing wordt de lucht in de longen ververst en verdeelt de lucht zich zoveel mogelijk over de longen. 4.2.1 inademing De belangrijkste spieren bij inademing zijn: – musculi intercostales externi (uitwendige tussenribspieren): zij trekken de ribben omhoog in de richting van de clavicula, waardoor ook het sternum omhoogkomt (afb. 4.10 en afb. 4.11). De pleura parietalis is vergroeid met de binnenzijde van ribben en sternum; deze beweegt dan ook mee. Daardoor neemt de onderdruk in de pleuraholte toe tot deze groot genoeg wordt om ook de pleura visceralis, en daarmee het longweefsel, naar buiten te trekken; – diafragmaspieren; door contractie van deze spieren wordt het koepelvormige diafragma afgeplat (afb. 4.12). De bovenzijde van het diafragma bestaat uit een peesplaat en de zijkant van het diafragma bestaat uit dwarsgestreepte spieren. De intra-abdominale druk zal hierdoor stijgen, wat zichtbaar is omdat de buikorganen naar buiten worden geduwd en er spanning op de buikwand komt. Aan het diafragma is de pleura parietalis vergroeid. Deze neemt de pleura visceralis mee, zodat ook nu de longen in volume toenemen. Door de werking van beide bovengenoemde inademingsspieren wordt het volume van de longen groter, waardoor onderdruk ontstaat in luchtwegen en alveoli. Deze onderdruk wordt opgeheven door het inademen van verse buitenlucht. In de praktijk is de inademing een samenspel van borstspieren en diafragma. Bij rustige ademhaling overheerst de bijdrage van het diafragma. Wanneer iemand het benauwd heeft zal er extra spierkracht worden gevraagd voor de inademing. In dat geval wordt gebruikgemaakt van de hulpinademingsspieren, onder andere de musculi sternocleidomastoideus (schuine halsspieren), de musculus serratus anterior en de musculus pectoralis major (grote borstspier). Dit zijn spieren van de borst, de hals en de schoudergordel (zie par. 11.7). De patie¨nt zal de schouders optrekken. Om de luchtweg vrij te houden zal de patie¨nt ook de neusvleugels opensperren. Dit zijn belangrijke observaties aan de hand waarvan men kan waarnemen dat iemand het benauwd heeft. Wanneer er door beschadiging van een van beide of beide pleurae lucht komt in de pleuraholte, is er sprake van een pneumothorax.

4

Ademhaling

173

Afbeelding 4.10 Schematische weergave van het samenspel tussen de ribben, de musculi intercostales externi en het sternum bij borstinademing. K: kracht, M: moment.

Afbeelding 4.11 De verschillende standen van de thorax tijdens inen uitademing. Tijdens het inademen gaan de ribben omhoog en opzij. a. thorax van voren gezien na diepe uitademing; b. thorax van opzij gezien na diepe uitademing; c. thorax van voren gezien na diepe inademing; d. thorax van opzij gezien na diepe inademing.

Hierdoor wordt de beweging van de thoraxwand en het diafragma niet meer gevolgd door een beweging van het longweefsel. Een in-

174

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 4.12 De grootte van de longen is afhankelijk van de stand van het diafragma. a. het diafragma staat bol, de longen zijn klein; b. het diafragma is afgeplat, de longen zijn groot.

ademingsbeweging leidt dan alleen tot het vergroten van de intrapleurale ruimte en niet meer tot het uitzetten van de longen en het inademen van lucht. 4.2.2 uitademing Onder normale omstandigheden vergt alleen de inademing arbeid; de uitademing is passief. Uitademen is eigenlijk niets anders dan stoppen met inademen. Omdat de spanning in de inademingsspieren wegvalt zorgen het gewicht van de thorax en de spanning in de buikwand ervoor dat de longen weer worden samengedrukt. De druk in de alveoli neemt toe en de lucht wordt naar buiten geduwd. De uitademing is een feit. In bijzondere omstandigheden (blazen, persen) is uitademing een actief proces. In dat geval worden de hulpuitademingsspieren gebruikt. Daartoe behoren de musculi intercostales interni (inwendige tussenribspieren) en de buikwandspieren. Tijdens actieve uitademing wordt de druk in borst- en buikholte extra vergroot. Daardoor stijgt ook de druk in de grote venen. Dit is duidelijk waar te nemen aan de halsvenen bij iemand, die perst, zoals bij een zwangere met persweee¨n. 4.2.3

ademfrequentie en longcapaciteit

Ademfrequentie Voor gezonde volwassenen ligt de ademfrequentie in rust tussen 12 en 15 per minuut. Een verhoging van de ademfrequentie bij inspanning wordt tachypneu genoemd; een verlaging wordt bradypneu genoemd. Longcapaciteit Het maximale longvolume (totale capaciteit: TC) van beide longen samen is bij volwassen mannen ongeveer 6 liter, bij volwassen vrouwen ongeveer 4,2 liter (afb. 4.13). Het volume is verder afhankelijk van lichaamsbouw, gewicht en training (tabel 4.1). Ten aanzien van de longcapaciteit worden de volgende begrippen gehanteerd: – ademvolume (AV): de hoeveelheid lucht (ongeveer 500 ml) die per ademhaling normaal wordt in- of uitgeademd. Het ademvolume wordt ook wel teugvolume of tochtvolume (tidal volume) genoemd;

4

175

Ademhaling

Afbeelding 4.13 Longvolume en vitale capaciteit. TC totale capaciteit VC vitale capaciteit R residulucht IR inspiratoire reserve AV ademvolume ER expiratoire reserve FRC functioneel residuale capaciteit

– inspiratoire reserve (IR): de hoeveelheid lucht die na een normale inademing extra ingeademd kan worden; – expiratoire reserve (ER): de hoeveelheid lucht die na een normale uitademing extra uitgeademd kan worden; – vitale capaciteit (VC): de hoeveelheid lucht die na een maximale uitademing maximaal kan worden ingeademd of na een maximale inademing maximaal kan worden uitgeademd. De vitale capaciteit is opgebouwd uit het ademvolume, de inspiratoire reserve en de expiratoire reserve. De vitale capaciteit hangt onder andere af van geslacht, leeftijd, lengte en training. De vitale capaciteit geeft informatie over de beweeglijkheid van de thorax en de elasticiteit van het longweefsel; – residulucht (R): de hoeveelheid lucht die in de longen achterblijft na een maximale uitademing; – functioneel residuale capaciteit (FRC): de hoeveelheid lucht, die na een normale uitademing nog in de longen aanwezig is; deze is opgebouwd uit het residu plus de expiratoire reserve; – totale capaciteit (TC): de totale longinhoud. Tabel 4.1

Longcapaciteit bij de gezonde rechtopstaande mens. *Het ademvolume bij een zwangere vrouw a` terme is gemiddeld toegenomen van 500 ml naar 600 ml. vrouw 20-30

zwangere vrouw (a` terme)*

man 20-30

man 50-60

IR

2 400 ml

2 050 ml

3 600 ml

2 600 ml

ER

800 ml

700 ml

1 200 ml

1 000 ml

VC

3 200 ml

3 200 ml

4 800 ml

3 600 ml

R

1 000 ml

800 ml

1 200 ml

2 400 ml

FRC

1 800 ml

1 350 ml

2 400 ml

3 400 ml

TC

4 200 ml

4 000 ml

6 000 ml

6 000 ml

Het ademminuutvolume (amv) is de hoeveelheid lucht, die per minuut in- en uitgeademd wordt. Deze is te berekenen als het product van de ademfrequentie en ademvolume. Bij een normale ademfrequentie van 14 per minuut en een ademvolume van 500 ml is het ademminuutvolume 14 maal 500 is 7 000 ml oftewel 7 liter per minuut.

176

Fysiologie en anatomie niveau 5

In rust ademt een volwassene ongeveer 500 ml lucht in en uit (ademvolume). Van deze 500 ml kan alleen de lucht, die de alveoli bereikt, worden gebruikt om O2 uit op te nemen en CO2 aan af te geven. Dit is per ademhaling ongeveer 350 ml. De rest (150 ml) bevindt zich in de luchtwegen bestaande uit trachea en bronchi. Deze ruimte wordt de anatomisch dode ruimte genoemd. Wanneer iemand door een snorkel ademt of wanneer een patie¨nt met de hulp van een slang wordt beademd, wordt deze dode ruimte groter. Het gevolg is dat een kleiner gedeelte van de inademingslucht de alveoli bereikt. Hierdoor stijgt de pCO2 in de alveoli en kan er minder CO2 uit het bloed diffunderen. Hierdoor dreigt de pCO2 in het bloed te stijgen. Naast de anatomisch dode ruimte bestaat ook het begrip fysiologisch dode ruimte. Deze bestaat uit de eerder genoemde anatomisch dode ruimte plus de alveoli met capillairen die niet doorbloed worden. Bij gezonde personen is deze extra component te verwaarlozen, waardoor geldt: anatomisch dode ruimte = fysiologisch dode ruimte. Als bij iemand de pompkracht van het hart afneemt kan het gevolg zijn dat het hart niet meer in staat is om de alveoli in de toppen van de longen van bloed te voorzien. Dat is vooral het geval wanneer die persoon zit of staat. Dan moet het hart immers tegen de zwaartekracht in pompen. De fysiologisch dode ruimte wordt daardoor groter en de effectiviteit van de ademhaling neemt af. Bij een inademing wordt de buitenlucht vermengd met de lucht die nog in de alveoli aanwezig is. Deze laatste wordt de functioneel residuale capaciteit (FRC) genoemd. De samenstelling van lucht in de alveoli wordt daarom bepaald door enerzijds het teugvolume en anderzijds de functioneel residuale capaciteit. De onderlinge verhouding van zuurstof, koolstofdioxide en stikstof zijn weergegeven in tabel 4.2. Tabel 4.2

Samenstelling van de ademlucht. inademingslucht

alveolaire lucht

uitademingslucht

stikstof N2

78,6 %

74,9 %

74,5 %

zuurstof O2

20,8 %

13,6 %

15,7 %

koolstofdioxide CO2

0,03 %

5,3 %

3,6 %

waterdamp H2O

0,5 %

6,2 %

6,2 %

Bij het stijgen van de leeftijd neemt de functionele residuale capaciteit toe. De inademingslucht wordt dus meer verdund met ‘oude lucht’ in de alveoli. Hierdoor daalt de pO2 en stijgt de pCO2 en neemt de kwaliteit van de ademhaling af. Bij zwangeren daarentegen is de functionele residuale capaciteit juist afgenomen door de hoge stand van het diafragma. De ademhaling bij een zwangere is daardoor juist efficie¨nter geworden.

4

Ademhaling

4.2.4 ademarbeid Bij een normale ademhaling is alleen de inademing actief; de uitademing is passief. De spierarbeid, die tijdens inademing wordt verricht, wordt door twee factoren bepaald: – luchtwegweerstand: voor een optimale gasuitwisseling in de longen is het van belang dat deze zo klein mogelijk is; – retractiekracht: weerstand van de longen tegen uitrekken. Luchtwegweerstand De luchtwegweerstand wordt beı¨nvloed door: – de lengte van de luchtwegen; die is voor e´e´n persoon natuurlijk constant; – de diameter van de luchtwegen; daarom is bij ademhaling de stemspleet maximaal geopend. Bij spreken wordt deze voor een deel gesloten. Daarom is het moeilijk spreken tijdens een lichamelijke inspanning. Bij ademhaling door de neus is de luchtwegweerstand groter dan bij ademhaling door de mond. Daarom wordt men bij lichamelijke inspanning gedwongen door de mond adem te halen. Bij veel ademhalingsstoornissen is de luchtwegweerstand vergroot doordat de diameter van de luchtwegen is verkleind. Zo komt dit bij bronchitis door ontstekingen in de luchtwegen. Bij asthma bronchiale zijn de spieren rond de luchtwegen voortdurend aangespannen, waardoor de luchtweerstand is vergroot. Bij aandoeningen waarbij de bovenste luchtwegen zijn vernauwd (zoals een vernauwing in de larynx), is vooral de inademing gehinderd omdat bij de onderdruk, die bij inademing in de longen heerst, de wanden van de luchtwegen nog verder naar elkaar toe trekken.

Intermezzo 4.2 Astma en COPD Onder astma (asthma bronchiale) wordt een toestand verstaan waarbij aanvallen optreden van hevige benauwdheid met bemoeilijkte uitademing als gevolg van bronchusobstructie. De spieren rond de luchtwegen zijn voortdurend aangespannen. Daardoor zal bij een astmapatie¨nt tijdens de uitademing de druk in de alveoli extra groot worden. Dit leidt weer tot dichtdrukken van de naastgelegen bronchioli. Vooral de uitademing bij astmapatie¨nten duurt daarom langer dan bij gezonde personen. Bij een acute astma-aanval kunnen door de grote luchtwegweerstand de ademhalingsspieren uitgeput raken, waardoor de situatie nog verergert. Longemfyseem is een toestand die wordt gekenmerkt door min of meer wijd uitgezette alveoli waarbij de bindweefselschotten tussen de alveoli verdwijnen. Hierdoor neemt de elasticiteit van de longen af en de rekbaarheid toe (emphysaeim = opblazen). De thorax staat bijna continu in inademingsstand en is tonvor-

177

178

Fysiologie en anatomie niveau 5

mig. Roken is de belangrijkste oorzaak voor het ontstaan van emfyseem. COPD is de afkorting van de Engelse term chronic obstructive pulmonary diseases. Dit is de verzamelnaam voor alle chronische irreversibele vernauwingen van de luchtwegen. Astma wordt hier niet toe gerekend omdat het hierbij om een wisselende reversibele bronchusobstructie gaat, waarbij allergie een duidelijke rol speelt. Bovendien manifesteert astma zich (plotseling) reeds op jonge leeftijd. Bij COPD ontstaan de klachten geleidelijk en openbaren ze zich pas op oudere leeftijd.

Ook het autonome zenuwstelsel heeft een effect op de diameter van de luchtwegen. Tijdens een vlucht- of vechtreactie heeft het sympathische deel van dit zenuwstelsel (zie par. 6.10.1) de overhand. De gladde spiercellen van de bronchi bevatten veel b2-adrenoreceptoren uit het sympathische deel van het autonome zenuwstelsel. Stimulering van deze receptoren door adrenaline leidt tot verslapping en bronchodilatatie. Er komen ook a-adrenoreceptoren voor in de gladde spieren. Deze zijn echter van ondergeschikt belang. Alleen bij bijvoorbeeld blokkering van de b2-receptor kan stimulering van de areceptor leiden tot contractie van de gladde spiercel met als gevolg bronchoconstrictie. Het parasympathische zenuwstelsel werkt vooral in periodes van rust of herstel (zie par. 6.10.2). De in het epitheel gelegen irritatiereceptoren (mechanosensoren en chemische sensoren) zijn gevoelig voor veranderingen in het lumen van de luchtwegen. Bij beschadiging van het bronchusepitheel is hun prikkeldrempel lager. Stimulering van deze cholinerge irritatiereceptoren leidt tot verhoging van de activiteit van de parasympathicus. Dit leidt tot bronchoconstrictie en toename van de slijmvorming. Stimulering van b1-adrenoreceptoren op de parasympathische ganglia door adrenaline heeft een remmende werking op de parasympathische activiteit. In tabel 4.3 is de bovenstaande werking van het autonome zenuwstelsel op de diameter van de luchtwegen samengevat. Veel luchtwegverwijders, die bij astma worden gebruikt grijpen aan op bovengenoemde receptoren. Zo binden de b2-sympathicomimetica (bijvoorbeeld salbutamol (Ventolin1)) zich aan de receptoren voor adrenaline. Parasympathicolytica (zoals ipratropium (Atrovent1)) remmen juist de parasympathische activiteit. In beide gevallen neemt de diameter van de luchtwegen toe en de luchtwegweerstand af. Retractiekracht De tweede weerstandsfactor is de retractiekracht. De longen zijn te beschouwen als een sterke veer, die bij inademing verder moet worden opgerekt. Het gemak waarmee de longen kunnen worden opgerekt wordt aangegeven door het begrip compliantie (Engels: compliance). Een hoge compliantie van de longen betekent dat de longen

4

179

Ademhaling

Tabel 4.3

Werking van het autonome zenuwstelsel op de diameter van de luchtwegen. neurotransmitter

receptor

effect

parasympathicus

acetylcholine

acetylcholine

constrictie

sympathicus

noradrenaline

b1-adrenoreceptor

dilatatie (zwak)

adrenaline

b2-adrenoreceptor

dilatatie

(nor)adrenaline

a-adrenoreceptor

constrictie

makkelijk oprekken en de retractiekracht klein is. Bij de retractiekracht spelen twee factoren een rol: – de samenstelling en hoeveelheid weefsel in de longen; bij longemfyseem is de hoeveelheid bindweefsel afgenomen, waardoor de inademing makkelijker gaat (hoge compliantie). De uitademing kost in dat geval juist veel energie. Bij longfibrose wordt juist de inademing bemoeilijkt (lage compliantie); – de oppervlaktespanning; de alveoli zijn aan de binnenzijde bekleed met een dun laagje water. Bij inademing moeten deze watermoleculen uit elkaar worden getrokken. Dit kost heel veel energie. Normaal produceren de cellen rond de alveoli surfactans (Engels: surfactant). De moleculen van dit surfactans gaan tussen watermoleculen in de alveoli zitten, waardoor de inademing wordt vergemakkelijkt. Bij prematuren, bij wie de alveoli nog niet ontplooid zijn, is dit surfactans nog niet aanwezig. Daardoor zijn zij niet in staat om zelfstandig adem te halen. De veerkracht van het longweefsel en de oppervlaktespanning van het water in de alveoli zijn krachten die de longen kleiner willen maken. Daardoor hoeft het lichaam voor de uitademing geen arbeid te verrichten. Bij geforceerd uitademen (bijvoorbeeld tijdens blazen en persen) spelen de uitademingsspieren wel een rol (zie par. 4.2.2).

Intermezzo 4.3 Longfunctieonderzoek Voor het opsporen van een obstructie in de luchtwegen kan, naast het ademvolume en de vitale capaciteit, ook worden gemeten hoeveel lucht men per seconde kan uitblazen. Met behulp van een piekstroommeter kan de maximale volumestroom bij geforceerde uitademing vanuit volledige inademing worden gemeten. Een spirometer kan ook de FEV1 (forced expiratory volume of expiratoire e´e´nsecondewaarde), het volume aan lucht dat men in e´e´n seconde uitademt bij een geforceerde uitademing, worden gemeten. Voor volwassenen kan de gemeten FEV1 vergeleken worden met referentiewaarden. Deze waarden zijn gebaseerd op statistisch onderzoek, waaruit voorspelde waarden voor de FEV1 zijn afgeleid op basis van leeftijd, geslacht, lengte en ras. Wanneer de FEV1 beneden 80% van de voorspelde waarde ligt, is dit een aanwijzing voor obstructie van de luchtwegen. Door de FEV1 opnieuw te bepalen na het inhaleren van een bronchusverwijder

180

Fysiologie en anatomie niveau 5

kan worden bepaald of obstructie reversibel is. Zo kan in de diagnostiek onderscheid worden gemaakt tussen astma (reversibel) en COPD (niet reversibel).

4.2.5 distributie in de longen De ingeademde lucht wordt verdeeld over de verschillende delen van de longen. Onder normale omstandigheden is die verdeling regelmatig: alle delen van de longen worden in meer of mindere mate geventileerd. Vanzelfsprekend is dit niet meer het geval wanneer een tak van de luchtwegen is afgesloten, bijvoorbeeld door een voorwerp (corpus alienum) of door een tumor. Om de zuurstofopname te optimaliseren wordt het bloed in de longcirculatie in dat geval herverdeeld, waarbij de bloedvaten naar de slechtst geventileerde delen van de longen worden vernauwd (hypoxische vasoconstrictie). Als dit voor grote delen van de longen moet gebeuren, heeft dat gevolgen voor de bloeddruk in de longcirculatie en uiteindelijk ook voor het hart (pulmonale hypertensie, decompensatio cordis rechts). 4.3

Gasuitwisseling

Voor een adequate ademhaling moeten de ademgassen verschillende onderdelen van het lichaam passeren; dit is schematisch weergegeven in afbeelding 4.14. Daarbij is ook het verloop van de daarin heersende gasspanningen te zien. Voor zuurstof daalt de druk stapsgewijs vanaf de buitenlucht via de verschillende onderdelen van het lichaam naar de interstitie¨le ruimte (ruimte tussen bloedbaan en weefsel). Voor koolstofdioxide gebeurt het omgekeerde: stapsgewijze daling vanaf de interstitie¨le ruimte naar de buitenlucht. In het schema van afbeelding 4.15 zijn de gemiddelde waarden van de partie¨le zuurstofspanning en koolstofdioxidespanning in de verschillende lichaamsdelen weergegeven. Partie¨le spanning is het gedeelte van de totale spanning dat door het betreffende gas wordt ingenomen. Bij gassen in contact met een vloeistof, zoals de lucht in de longen met het bloed in de bloedcapillairen, is bij het bereiken van een evenwicht tussen beide de partie¨le gasspanning in de vloeistof gelijk aan die in de gastoestand. 4.3.1 diffusie De snelheid waarmee de ademgassen over de membranen van de alveoli diffunderen wordt gegeven door de wet van Fick: dc 6 O Diffusiesnelheid = C6 ——— (C is de diffusieconstante). d De diffusiesnelheid wordt bepaald door het verschil in concentratie (dc), de totale oppervlakte van het membraan (O) en de afstand

4

Ademhaling

181

Afbeelding 4.14 Schematische weergave van het verloop van de zuurstof- en koolstofdioxidespanning van de longen naar de weefsels. A: alveolair, a: arterieel, V: gemengd veneus, I: inspiratoir, pO2: partie¨le zuurstofspanning, pCO2: partie¨le koolstofdioxidespanning.

waarover de gassen diffunderen (d). Hieronder zijn de consequenties van deze wet voor het ademhalingsstelsel uitgewerkt. Concentratieverschil De diffusiesnelheid neemt toe als het verschil in concentratie aan weerszijden van het membraan toeneemt. Voor een goede ademhaling is het daarom belangrijk dat het verschil in concentratie aan weerszijden van de wand van de alveoli zo groot mogelijk is. Een goede longventilatie zorgt ervoor dat de zuurstofconcentratie in de alveoli hoog blijft en de concentratie koolstofdioxide laag. De bloedstroom in de longcapillairen zorgt ervoor dat de naar het bloed gediffundeerde zuurstof direct wordt afgevoerd zodat er steeds opnieuw zuurstof kan diffunderen. Bij inspanning zal het verbruik van zuurstof in de spieren groter zijn dan in rust. Dit heeft tot gevolg dat de zuurstofconcentratie in de longcapillairen lager is en er meer zuurstof per seconde kan worden opgenomen. Omgekeerd zal er door de inspanning meer koolstofdioxide worden geproduceerd in het lichaam. Hierdoor zal de concentratie van koolstofdioxide in de longcapillairen hoger zijn dan in rust, zodat er per seconde ook meer koolstofdioxide naar buiten kan diffunderen. Dit

182

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 4.15 Blokschema van de partie¨le zuurstofspanning en koolstofdioxidespanning in buitenlucht, longen, bloedsomloop en interstitium. De waarden zijn in kPa met tussen haakjes de waarden in mm Hg.

alles heeft natuurlijk alleen maar zin als tegelijkertijd ook het ademminuutvolume en de stroomsnelheid van het bloed in de longcapillairen toenemen, bijvoorbeeld door een verhoging van de hartslagfrequentie. Dit wordt geregeld door het sympathische zenuwstelsel (zie paragraaf 6.10.1). Membraanoppervlakte De diffusiesnelheid neemt toe als het totale oppervlak van de alveolaire membranen toeneemt. Om de gaswisseling in voldoende mate te laten plaatsvinden moet het totale gasuitwisselingsoppervlak in de longen bijzonder groot zijn. Het totale uitwisselingsoppervlak van de alveoli bedraagt in rust ongeveer 90 m2. Bij de ziekte longemfyseem is dit oppervlak afgenomen, zodat er minder zuurstof en koolstofdioxide kan diffunderen. Bij inspanning wordt een groter gedeelte van de alveoli gebruikt dan in rust waardoor het ademoppervlak toeneemt. Membraandikte De diffusiesnelheid neemt af als de afstand waarover de gassen diffunderen toeneemt. De scheiding tussen de ruimte in de alveoli en de longcapillairen is zeer dun (ongeveer 0,5 mm dik). Bovendien zijn de celmembranen van de wand van de alveolus en het capillair vrij doorlaatbaar voor zuurstof en koolstofdioxide. Bij longoedeem is er weefselvocht in de alveoli gekomen. Hierdoor neemt de diffusieafstand toe en wordt de diffusiesnelheid kleiner.

4

Ademhaling

Ook bij IRDS (infant respiratory distress syndrome) is deze afstand vergroot. Diffusieconstante De diffusieconstante C hangt onder andere af van de doorlaatbaarheid van het membraan en van de temperatuur. Hoe hoger de temperatuur is, hoe sneller gassen diffunderen. Bij neusademhaling is de temperatuur van de lucht in de trachea onder alle omstandigheden gelijk aan de lichaamstemperatuur. Bij ademhaling door de mond is dat niet altijd het geval. Tijdens inspanning in een koude omgeving kan de temperatuur van de inademingslucht zover zijn gedaald dat er krampen in de trachea optreden.

Intermezzo 4.4 Hyperventilatie Onder hyperventilatiesyndroom wordt een versnelde (tachypneu) en verdiepte ademhaling (hyperpneu) verstaan. De oorzaak is meestal een psychische kwestie. De patie¨nt is angstig en heeft een sterk gevoel onvoldoende lucht binnen te krijgen. Door de hyperventilatie daalt de pCO2 in het bloed zeer snel. Deze toestand wordt hypocapnie genoemd. Door de daling van pCO2 stijgt de pH. Als reactie verwijden de bloedvaten met uitzondering van de bloedvaten naar de hersenen, die juist vernauwen. De bloeddruk zal daardoor dalen, vooral in de hersenen. De vaatverwijding leidt tot tintelende vingers en spierkrampen, de daling van de bloeddruk in de hersenen leidt tot duizeligheid en flauwvallen.

4.4

Transport van gassen

Het transport van gassen in het bloed is geı¨ntroduceerd in paragraaf 2.1.10. Hier wordt er meer gedetailleerd op ingegaan. 4.4.1 transport van zuurstof In 1 liter water van 37 8C lost maximaal 7 mg zuurstof op. De behoefte van het lichaam aan zuurstof is alleen al in rust 350 mg per minuut. Om in de zuurstofbehoefte van de weefsels te kunnen voorzien bevatten de erytrocyten het eiwit hemoglobine (Hb). De zuurstof die de longcapillairen binnenkomt, diffundeert direct over het membraan van de erytrocyten en wordt aan het hemoglobine gebonden. Zoals vermeld is hemoglobine een tetrameer (par. 2.1.5), dit wil zeggen dat ieder molecuul hemoglobine bestaat uit vier Hb-units, waardoor per molecuul Hb ook vier O2-moleculen kunnen worden gebonden: Hb4 + 4 O2 ? (HbO2)4 Het eerste O2-molecuul wordt door Hb relatief moeilijk gebonden. Wanneer het Hb eenmaal een zuurstofmolecuul heeft gebonden (dus omgezet is in HbO2) veranderen de overige drie monomeren van het

183

184

Fysiologie en anatomie niveau 5

hemoglobine zodanig, dat de verbinding van het tweede, derde en vierde zuurstofmolecuul steeds makkelijker gaat. Dit is de verklaring voor de S-vorm van de zuurstofbindingscurve van hemoglobine. Deze curve wordt ook wel aangeduid als zuurstofverzadigingscurve of zuurstofsaturatiecurve (afb. 4.16). Omgekeerd verklaart de vorm van de saturatiecurve dat de dissociatie van het laatste zuurstofmolecuul alleen bij extreem lage zuurstofconcentraties kan plaatsvinden. Om die redenen is de saturatie van veneus bloed zelfs onder extreme omstandigheden nooit lager dan 25%. Afbeelding 4.16 Zuurstofbindingscurve van hemoglobine en myoglobine.

Afbeelding 4.17 Zuurstofbindingscurve bij verschillende pCO2: bohr-effect. Curve I: lage pCO2, hoge pH; curve II: hoge pCO2, lage pH.

Ee´n hemoglobinemolecuul kan maximaal vier zuurstofmoleculen binden. In dat geval is het hemoglobine volledig verzadigd (de saturatie is 100%). In de weefsels (bijvoorbeeld in de spieren) is de lokale zuurstofconcentratie laag. Daarom wordt daar de zuurstof weer losgelaten van het hemoglobine. In rust is dat ongeveer e´e´n molecuul zuurstof per molecuul hemoglobine. Het bloed dat terugstroomt naar het hart bevat daarmee nog steeds drie moleculen zuurstof per mo-

4

Ademhaling

lecuul hemoglobine. In de longen wordt dit weer aangevuld tot vier moleculen zuurstof per hemoglobinemolecuul en het proces herhaalt zich. Het in de spiercellen voorkomende myoglobine is een monomeer en is daarom te vergelijken met e´e´n Hb-unit. De verzadigingscurve hiervan heeft de vorm van een hyperbool (zie afb. 4.16). Door de grote affiniteit van myoglobine voor zuurstof zal het myoglobine in de spier gemakkelijk in staat zijn om zuurstof van het hemoglobine uit het bloed over te nemen. Het myoglobine geeft de zuurstof pas af bij een zeer lage lokale zuurstofspanning. Op deze manier werkt het myoglobine als een zuurstofbuffer in de spier op tijden waarop de zuurstofvraag groot is. Bij inspanning is in de spieren het zuurstofverbruik hoger en daarmee de lokale zuurstofconcentratie lager dan in rust. Onder die omstandigheden kan het hemoglobine maximaal drie zuurstofmoleculen loslaten. Vooral bij zware inspanning (de lokale pO2 is dan ongeveer 2,7 kPa of 20 mm Hg) is er een extra dissociatie en daarmee extra zuurstofafgifte (afb. 4.17). Deze afgifte wordt bevorderd door drie lokale factoren: – stijging van de pCO2 als gevolg van de verbranding; – daling van de pH als gevolg van de stijging van de pCO2; dit verschijnsel staat bekend als het bohr-effect. Ook melkzuur, dat bij zware arbeid in de skeletspieren ontstaat, brengt op grond van pHdaling extra dissociatie teweeg; – stijging van de lokale temperatuur als gevolg van de toegenomen verbranding; door de hogere temperaturen in de weefsels (spieren, hersenen, lever) wordt het percentage oxyhemoglobine kleiner en daarmee de afgegeven hoeveelheid zuurstof groter. Dit speelt ook een rol bij koorts. Als de temperatuur in het hele lichaam is gestegen wordt er overal meer zuurstof afgegeven. Hierdoor is de verhoogde verbranding, nodig voor het handhaven van de koorts, mogelijk. Het bloed dat uit de longcapillairen stroomt, heeft een saturatie van 100% (4 O2 per Hb). Het bloed dat vanuit de weefsels terugstroomt naar het hart heeft een saturatie van 75% in rust en 25% bij maximale inspanning. De afgifte van zuurstof in weefsels per hemoglobinemolecuul bij maximale inspanning is dus drie keer groter dan in rust. Omdat het bloed bij inspanning veel sneller stroomt en de hemoglobinemoleculen zo korter over de afstand van het hart naar de spieren doen, kan het zuurstofverbruik bij maximale inspanning per minuut wel vijftien keer groter worden dan in rust. De zuurstofbindingscurve van foetaal hemoglobine (HbF) blijkt ten opzichte van het normale hemoglobine (HbA1) naar links verschoven te zijn. Het foetale Hb is opgebouwd uit twee alfa- en twee gammaketens. Dit geeft een grotere affiniteit voor zuurstof dan het hemoglobine van het moederlijke (maternale) bloed, dat is opgebouwd uit twee alfa- en twee be`taketens. Dit verschil in Hb-structuur is van

185

186

Fysiologie en anatomie niveau 5

essentieel belang voor de uitwisseling van zuurstof in de placenta. Na de geboorte wordt het HbF versneld afgebroken. 4.4.2 transport van koolstofdioxide De oplosbaarheid van koolstofdioxide in water is veel groter dan die van zuurstof. Toch is ook voor koolstofdioxide het transport in opgeloste vorm lang niet toereikend om al het geproduceerde CO2 af te voeren. Het koolstofdioxide, dat bij de verbranding in de mitochondrie¨n is gevormd (zie par. 1.5), diffundeert achtereenvolgens over het membraan van de mitochondrie¨n, het celmembraan, het interstitium en het membraan van het capillair, naar het bloedplasma. Een klein deel van dit CO2 (8%) lost in het bloedplasma op en wordt in die vorm naar de longen vervoerd. De rest diffundeert naar de erytrocyt. Hier bindt zich een deel (22%) aan de aminogroepen van eiwitten, waardoor carbaminoverbindingen ontstaan. Ongeveer 70% van de totale hoeveelheid CO2 wordt door het bloed getransporteerd in de vorm van bicarbonaationen (HCO3-). Bij de vorming hiervan spelen de erytrocyten een belangrijke rol door de volgende drie evenwichtsreacties (afb. 4.18): H2O + CO2 $ H2CO3 H2CO3 $ H+ + HCO3H+ + Hb- $ HHb De laatste vergelijking geeft de reactie weer van e´e´n Hb-subunit. In een molecuul hemoglobine komt deze reactie dus viermaal voor. Afbeelding 4.18 Koolstofdioxidetransport van weefsel naar long; ka = koolzuuranhydrase.

In de weefsels lopen de drie reacties naar rechts door de hoge pCO2. In de eerste reactie reageert koolstofdioxide met water waarbij koolzuur (H2CO3) ontstaat. Het enzym koolzuuranhydrase (Ka), dat hiervoor noodzakelijk is, bevindt zich in de erytrocyten. In de tweede

4

Ademhaling

reactie valt koolzuur uiteen in een waterstofion en waterstofcarbonaat (‘bicarbonaat’). De gevormde bicarbonaationen verlaten de erytrocyten en in deze vorm wordt CO2 grotendeels door het bloedplasma vervoerd. De H+-ionen worden vooral door hemoglobine in de erytrocyten gebufferd. De gevormde H+-ionen worden gebonden aan ieder van de vier eiwitketens van het hemoglobinemolecuul. Bij de heersende pH is hemoglobine negatief geladen en is dan te beschouwen als een zwakke base: Hb-. Slechts een klein deel van de H+ionen diffundeert vanuit de erytrocyt naar het bloedplasma. Om te voorkomen dat de erytrocyten een te sterke positieve lading krijgen gaat er telkens een chloorion (Cl-) naar binnen wanneer een bicarbonaation de erytrocyt verlaat. Dit verschijnsel staat bekend als de chlorideshift. In de longen vinden dezelfde evenwichtsreacties plaats, maar dan in omgekeerde volgorde en dusnaar links. Het in de longen gevormde oxyhemoglobine (HHbO2) blijkt een sterker zuur te zijn dan HHb, waardoor het extra H+-ionen afgeeft. HHb wordt ook wel desoxyhemoglobine genoemd. Met de aanwezige bicarbonaationen wordt er dan H2CO3 gevormd, dat weer uiteenvalt in H2O en CO2, dat wordt uitgeademd. De opgenomen zuurstof in de longen drijft als het ware extra CO2 naar buiten. Dit effect, de tegenhanger van het eerder genoemde bohr-effect, wordt aangeduid met de naam haldane-effect. Beide effecten tonen aan dat er een fysiologische samenhang bestaat tussen het O2-bindend en het CO2-bindend vermogen van het bloed. Hoe sterker de verbranding, hoe meer CO2 er wordt gevormd in de weefsels en hoe meer H+-ionen er in het bloedplasma komen. H+ionen zijn er verantwoordelijk voor dat het bloed zuur wordt. Daarom is bij inspanning het bloed in de spieren zuurder dan in rust. Door de uitademing van CO2 en H2O in de longen wordt dit zuur weer geloosd. Een astmapatie¨nt is niet in staat om alle CO2 uit te ademen met als gevolg dat het CO2 zich ophoopt (hypercapnie) en het bloed zuurder is dan normaal (acidose). Bij iemand die hyperventileert is de pH juist hoger dan normaal (alkalose). Acidoses en alkaloses zijn al snel levensbedreigend (zie par. 1.3.1). 4.5

Regulatie van de ademhaling

In het verlengde merg (deel van de hersenstam, zie par. 6.6) is het regelcentrum voor de ademhaling gelegen. Dit ademcentrum krijgt informatie over de concentratie van de bloedgassen van twee typen chemosensoren (zie par. 8.1): de centrale en de perifere chemosensoren.

187

188

Fysiologie en anatomie niveau 5

4.5.1 centrale en perifere chemosensoren De centrale chemosensoren liggen in de hersenstam en reageren op een verandering van de concentratie CO2 en de pH van het hersenvocht. Deze concentraties volgen de concentraties in de bloedvaten. De perifere sensoren liggen in de aortaboog en in de beide arteriae carotides en zijn ook gevoelig voor CO2 en pH, maar in mindere mate dan de centrale sensoren. Daarnaast reageren zij als enige ook nog als de pO2 in het bloed sterk is gedaald. Onder normale omstandigheden wordt de ademhaling vrijwel uitsluitend bepaald door de centrale chemosensoren. Stijging van de pCO2, of daling van de pH, prikkelt het ademcentrum met als gevolg dat de ademhalingsbewegingen elkaar sneller opvolgen: de ademfrequentie en het ademminuutvolume nemen toe (het effect op de diepte van de ademhaling is veel geringer). Dit is bijvoorbeeld het geval wanneer men sport. Dit mechanisme werkt zo efficie¨nt dat de pH van het bloed van iemand in rust nauwelijks verschilt van iemand die zich inspant. Onder bijzondere omstandigheden (hoog in de bergen of bij ernstige ademhalingsproblemen) kan de pO2 in het bloed zo sterk dalen, dat de perifere sensoren de ademhalingsfrequentie gaan bepalen. De zuurstofprikkel wint het dan van de andere prikkels, met als gevolg dat de pCO2 in het bloed lager wordt dan normaal. Een bijzondere eigenschap van de centrale chemosensoren is dat zij zich aanpassen. Wanneer de pH van het bloed gedurende lange tijd is verlaagd of de pCO2 gedurende lange tijd is verhoogd (zoals het geval is bij bijvoorbeeld emfyseem) wordt dit als normaal geı¨nterpreteerd. De enige ademprikkel, die dan nog over is, is de zuurstofconcentratie bij de perifere sensoren (‘hypoxic drive’). 4.5.2 ademcentrum De prikkels die het ademcentrum afgeeft worden door twee typen zenuwen voortgeleid: – nervi intercostales externi (zenuwen van de uitwendige tussenribspieren); deze zenuwen sturen de musculi intercostales externi aan. Deze treden op het niveau van de thoracale wervels uit het ruggenmerg; – nervus phrenicus (middenrifzenuw); deze zenuw treedt al ter hoogte van de vijfde en zesde cervicale wervel (C5-C6) uit het ruggenmerg en loopt zelfstandig door de thoraxholte naar het diafragma. Om die reden kan een patie¨nt met een dwarslaesie onder de zesde cervicale wervel nog zelfstandig ademhalen met behulp van het diafragma; een dwarslaesie boven C4 is niet met het leven verenigbaar. Daling van de pH of stijging van de pCO2 activeert zo alleen de inademingsspieren. Normaal worden de uitademingsspieren niet door het ademcentrum geactiveerd. Uitademen is dan eigenlijk alleen stoppen met inademen. Alleen bij geforceerd uitademen worden ook de uitademingsspieren door het ademcentrum geactiveerd. De mens kan op elk moment zelf willekeurig de ademhalingsbewegingen beı¨nvloeden; dat geldt zowel voor het opvoeren van het

4

Ademhaling

ademhalingsritme als voor het inhouden van de adem. Dat betekent dat de ademhalingsspieren onafhankelijk van het ademcentrum geprikkeld kunnen worden vanuit de hersenschors. Dit is bijvoorbeeld van groot belang bij het regelen van de uitademingsluchtstroom bij het spreken, het zingen en het bespelen van een blaasinstrument. 4.5.3 reflexen met invloed op de ademhaling De normale ventilatie kan onderbroken worden door bepaalde reflexen: – slikreflex: tijdens het slikken wordt het ademcentrum krachtig geremd, waardoor de ademhaling ophoudt op het moment dat de spijsbrok de ingang van de trachea passeert; zo wordt voorkomen dat de spijsbrok in de trachea komt; – hoestreflex: wanneer de mechano- of chemoreceptoren (zie par. 8.1) in het slijmvlies van de larynx, de trachea en de bronchi worden geprikkeld sluit de stemspleet. Dan komen de uitademingsspieren in werking waardoor de lucht in de longen onder druk komt te staan. Doordat de stemspleet plotseling opengaat, stroomt de lucht met een explosief verlopende reactie naar buiten. Hierbij worden slijm en andere ongerechtigheden die het slijmvlies prikkelen meegenomen; – niesreflex: hierbij gebeurt ongeveer hetzelfde als bij de hoestreflex. Nu wordt echter het slijmvlies van de neusholte geprikkeld. Meestal wordt de stemspleet niet afgesloten en wordt de lucht als het ware explosief door de neus uitgeademd; – braakreflex: wanneer de maaginhoud terugkeert naar de farynx kan er een gevaarlijke toestand voor de luchtwegen ontstaan. Deze maaginhoud moet dan in omgekeerde richting het moeilijke kruispunt passeren, hetgeen meestal op een onverwacht ogenblik gebeurt. Door de braakreflex wordt voorkomen dat de maaginhoud in de trachea terechtkomt. Hierbij trekken de larynxspieren zich krachtig samen nog voordat de maaginhoud in de farynx is aangekomen; – zuchten: op tamelijk regelmatige tijden treedt bij de ademhaling een diepe inademing op. Waarschijnlijk ontstaat deze reflectorisch door prikkeling van zintuigcellen in het longweefsel. Bij een ondiepe ademhaling in rust of bij een geforceerde uitademing kunnen de alveoli gemakkelijk dichtklappen. Mechanische prikkeling of wellicht ook het plaatselijk tekort aan zuurstof veroorzaakt deze zuchtreflex waardoor de longen weer volledig worden ontplooid; – hikken: hierbij gaat het diafragma plotseling samentrekken waardoor lucht in de longen wordt gezogen. De stemspleet sluit zich hierbij en de snelle, abrupt gestopte inademing veroorzaakt het voor de hik kenmerkende geluid. De hik kan het gevolg zijn van rechtstreekse prikkeling van de farynx of het diafragma, zoals bij haastig eten of drinken. Langdurige perioden van hik kunnen ontstaan als gevolg van aandoeningen van maag, darmen, diafragma of zenuwstelsel; – geeuwen of gapen: hierbij wordt in het algemeen een diepe inademing gevolgd door een diepe uitademing. Het treedt ’s avonds bij

189

190

Fysiologie en anatomie niveau 5

vermoeidheid op, maar juist ook ’s morgens bij het ontwaken. Ook is het verschijnsel te zien bij honger, verveling en bij het zien gapen van anderen. Een duidelijke prikkel als veroorzaker van het gapen is niet bekend. Wellicht speelt een relatief onvoldoende doorbloeding van de hersenen een rol. Bij het geeuwen ’s ochtends gaat dit vaak gepaard met het uitrekken van het gehele lichaam. Daardoor zou niet alleen een betere longventilatie plaatsvinden maar tevens een betere verdeling van het circulerende bloed. Bovendien heeft het uitrekken een functie in het activeren van de hersenschors (zie par. 6.6.2); – koudereflex: prikkeling van de koudesensoren in de huid leidt tot remming van de ademhaling. Daardoor stokt de ademhaling, wanneer men plotseling een koude douche krijgt of in koud water valt.

Intermezzo 4.5 Hoogteziekte en caissonziekte Hoog in de bergen is de luchtdruk laag en er bevindt zich minder zuurstof. Het lichaam kan zich hieraan aanpassen. Door het zuurstofgebrek (hypoxie) zullen in eerste instantie de perifere chemosensoren geprikkeld worden, waardoor de ademhalingsfrequentie toeneemt. Ook leidt hypoxie tot de aanmaak van meer erytrocyten, zodat het hemoglobinegehalte in het bloed toeneemt en er meer zuurstof getransporteerd kan worden. Wanneer men te snel klimt naar grote hoogten kan boven de 2 500 meter het lichaam onvoldoende acclimatiseren en kunnen klachten optreden zoals hoofdpijn, duizeligheid, misselijkheid, anorexie en onregelmatige ademhaling tijdens de slaap. Deze ziekteverschijnselen wordt hoogteziekte genoemd. In ernstige vorm kunnen levensbedreigende verschijnselen optreden zoals kortademigheid in rust, zeer snelle vermoeibaarheid, longoedeem en hersenoedeem. Wanneer een duiker met een gasfles naar een grote diepte duikt, moet de ademdruk, die door de gasfles wordt geleverd steeds gelijk zijn aan de druk die het water op het lichaam uitoefent. Op een diepte van 50 meter is dat al 5 atmosfeer. De duiker wordt dan dus met 5 atmosfeer lucht beademd. Bij een dergelijk hoge druk lost er ook vijfmaal zoveel stikstof op in het bloed. Wanneer de duiker te snel van deze diepte naar de vrije buitenlucht (1 atmosfeer) overgaat kan er niet meer zoveel stikstof in het bloed oplossen. Hierdoor kan er embolie van stikstofbelletjes in het bloed optreden. Denk aan een fles cola, die wordt opengedraaid. Verschijnselen zijn hoofdpijn, duizeligheid, misselijkheid, verwardheid en soms verlammingen en bewusteloosheid. Dit wordt decompressieziekte of caissonziekte genoemd.

5

Nieren

5.1

Nieren

De nieren spelen een belangrijke rol in de homeostase: het constant houden van het inwendig milieu (zie par. 1.3.1). Daarvoor verwijderen de nieren, in samenwerking met andere excretie-organen (longen, huid, lever en zweetklieren), selectief stoffen uit het bloed. De nieren hebben de volgende deelfuncties: – regeling van de vochtbalans; – langetermijnregulatie van de bloeddruk; – regeling van de mineraalhuishouding (kristalloı¨d-osmotische druk); – regeling van de pH; – uitscheiding van stofwisselingsproducten (o.a. ureum en urinezuur); – uitscheiding van lichaamsvreemde stoffen (o.a. medicijnen). De door de nieren (renes) gevormde urine wordt door de ureters (urineleiders) naar de blaas (vesica urinaria) vervoerd. Van hieruit wordt de urine door de urethra (urinebuis) naar buiten afgevoerd (afb. 5.1). De nieren liggen retroperitoneaal in de lendenstreek. De linkernier ligt tegen het diafragma aan. De rechternier ligt iets lager doordat deze door de lever iets naar beneden wordt gedrukt. Iedere nier ligt als het ware ‘kortgesloten’ tussen aorta en de vena cava inferior door middel van enerzijds de arteria renalis en anderzijds door de vena renalis. Door deze gunstige ligging wordt bereikt dat de totale bloeddoorstroming per etmaal in beide nieren samen ongeveer 1 700 liter bedraagt (ongeveer 1,2 liter per minuut), waardoor de nieren hun ‘filterwerking’ optimaal kunnen vervullen. De nieren zijn in staat om zeer geconcentreerde urine te produceren; soms is de urine juist erg verdund. Door dit concentrerend en verdunnend vermogen zijn de nieren in staat de osmotische waarde van het inwendig milieu constant te houden. 5.1.1

bouw van de nieren

Macroscopische bouw van een nier De nieren hebben een lengte van ongeveer 12 cm, zijn ongeveer 7 cm breed en 3 cm dik. Het gewicht van iedere nier bedraagt ongeveer 150 g. De buitenkant van de nier bestaat uit een glad bruin kapsel

C.A. Bastiaanssen et al., Fysiologie en anatomie, DOI 10.1007/978-90-313-8098-5_5, © Bohn Stafleu van Loghum, 2007

192

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 5.1 Ligging van de nieren en de urineblaas.

waaromheen een vetkapsel ligt dat door een bindweefselblad (fascie) naar boven en opzij wordt afgesloten. Dit perirenale vet doet dienst als steun en vangt trillingen op. Bij een doorsnede van een nier worden van buiten naar binnen (afb. 5.2) aangetroffen: – cortex renalis (nierschors); deze vrij smalle laag heeft een gespikkeld uiterlijk door de talrijke nierlichaampjes (lichaampjes van Malpighi); – medulla renalis (niermerg); dit gedeelte heeft een streperig aspect door met name de talrijke lissen van Henle en de verzamelbuizen. De medulla bestaat uit een aantal (10 tot 20) piramiden, die met hun papillen (waarop de verzamelbuizen uitmonden) uitsteken in de kelken (calices) van het nierbekken. Tussen de piramiden liggen gebieden die aanvankelijk tot de cortex behoorden; – pyelum, pelvis renalis (nierbekken); deze holte is opgebouwd uit een aantal nierkelken. De urine wordt vanuit het nierbekken door de ureter naar de urineblaas vervoerd. Microscopische bouw van een nier Iedere nier blijkt te zijn opgebouwd uit ongeveer e´e´n miljoen microscopische niereenheden: nefronen. Een nefron is opgebouwd uit de volgende onderdelen (afb. 5.3): – kapsel van Bowman (nierkapseltje), gelegen in de cortex; het is een dubbelwandig zakje dat is opgebouwd uit plaveiselepitheel. In ieder kapsel bevindt zich een kluwen van haarvaten: de glomerulus, die bestaat uit een groot aantal lusvormige arterie¨le capillairen van het vas afferens (aanvoerend vat). Het vas afferens is een arteriole van

5

193

Nieren

Afbeelding 5.2 Overlangse doorsnede van een nier.

de arteria renalis. De arteriole die het bloed uit het kapsel afvoert wordt vas efferens (afvoerend vat) genoemd. Het kapsel van Bowman vormt met de glomerulus een functionele eenheid. Het geheel wordt nierlichaampje (lichaampje van Malpighi) genoemd. De diameter ervan bedraagt ongeveer 0,2 mm; – proximale tubulus (ook wel tubulus contortus primus); dit gekronkeld buisvormig gedeelte ligt in de cortex; – lis van Henle; dit haarspeldvormige deel van het nefron ligt geheel of grotendeels in de medulla; – distale tubulus (ook wel tubulus contortus secundus), gelegen in de cortex; – verzamelbuis (ductus colligens), gelegen in de medulla. Dit laatste deel van een nefron verzamelt de urine van een aantal nefronen en voert de urine af naar de nierpapillen, waarna de urine via de nierkelken in het pyelum terechtkomt. Opgemerkt dient te worden dat de verzamelbuis niet alleen urine verzamelt maar ook nog een belangrijke rol speelt wat betreft de samenstelling en vooral de hoeveelheid urine die uiteindelijk wordt gevormd (zie par. 5.1.2). In principe bestaat een nefron dus uit een nierlichaampje en een sterk varie¨rend tubulussysteem. Een nefron heeft een lengte van ongeveer 6 cm zodat de totale lengte van alle nefronen in beide nieren samen ongeveer 120 km bedraagt! Wanneer men ouder wordt neemt het aantal functionerende nefronen af. Hierdoor neemt de productie van urine af. De diverse deelfuncties van de nieren worden minder goed uitgevoerd.

194

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 5.3 Schema van een nefron.

5.1.2 werking van de nieren Zoals eerder besproken vervult de nier een aantal belangrijke functies met het oog op de homeostase. Om al deze functies te kunnen vervullen vinden er in ieder nefron achtereenvolgens de volgende processen plaats: – ultrafiltratie; – terugresorptie; – excretie. Het proces van de ultrafiltratie vindt plaats in het nierlichaampje waarbij het ultrafiltraat in het kapsel van Bowman komt. De terugresorptie- en excretieprocessen vinden plaats in de rest van het nefron onder invloed van een aantal hormonen. Per etmaal wordt er in totaal 180 liter ultrafiltraat gevormd. Daar de urineproductie slechts ongeveer 1,5 liter bedraagt, zal er dus ongeveer 178,5 liter moeten worden teruggeresorbeerd (ongeveer 99%). De hoeveelheid terugresorptie is als volgt over het nefron verdeeld: ongeveer 80% in de proximale tubulus, slechts ongeveer 6% in de lis van Henle en ongeveer 14% in de distale tubulus en verzamelbuis. De nieren staan zo voor de geweldige opgave om uit ongeveer 1700 liter bloed via 180 liter ultrafiltraat slechts 1,5 liter geconcentreerde urine te produceren. Het verlies aan water wordt hierdoor tot een minimum beperkt.

5

Nieren

De verschillende activiteiten in een nefron worden nu verder in detail behandeld. Ultrafiltratie Tijdens het proces van de ultrafiltratie worden water en kleinmoleculaire stoffen vanuit het bloed in de glomerulus gefiltreerd naar de kapselruimte in het kapsel van Bowman. Deze vloeistof wordt ultrafiltraat (primaire urine, voorurine, pro-urine) genoemd. De samenstelling van het ultrafiltraat is vrijwel gelijk aan de samenstelling van het bloedplasma met uitzondering van de eiwitten (colloı¨den), die het ‘filter’ nauwelijks of in het geheel niet kunnen passeren op grond van hun grote moleculen. Voorurine bevat bij gezonde mensen daarom nauwelijks eiwit. De snelheid van de ultrafiltratie (GFR: glomerular filtration rate) is afhankelijk van enerzijds de stroomsnelheid van het bloed in de nier (de renale flow) en anderzijds de nettofiltratiedruk (afb. 5.4). Deze laatste is de som van vier drukken: – bloeddruk, die in de capillairen van de glomerulus ongeveer 6,1 kPa (= 46 mm Hg) bedraagt; deze is, binnen ruime grenzen, onafhankelijk van de arterie¨le bloeddruk. Als de capillaire bloeddruk om enige reden daalt reageert de nier daarop met vasodilatatie van de vasa afferens (de bloedvaatjes, die het bloed naar de glomerulus aanvoeren). Hierdoor blijft de capillaire druk in de glomerulus (en daarmee de ultrafiltratie) gegarandeerd; – COD (colloı¨d-osmotische druk) van het bloed; deze werkt de filtratie tegen en is afhankelijk van de eiwitconcentratie van het plasma. De COD van het bloed in de nieren bedraagt ongeveer 3,3 kPa (= 25 mm Hg); – kapseldruk; dit is waterdruk, die door de voorurine wordt uitgeoefend op de wanden van het kapsel van Bowman, omdat de voorurine door nauwe afvoerbuizen geperst moet worden. De kapseldruk remt daarmee ook de glomerulusfiltratie (ongeveer 1,5 kPa = 11 mm Hg); – COD in het kapsel; onder normale omstandigheden is deze verwaarloosbaar, omdat voorurine vrijwel geen eiwit bevat. Op grond van de bovenstaande drukken bedraagt de nettofiltratiedruk 6,1 – (3,3 + 1,5) = 1,3 kPa (= 46 – (25 + 11) = 10 mm Hg). Zoals eerder vermeld is de renale flow 1,2 liter per minuut, met andere woorden: ongeveer 650 ml bloedplasma per minuut. Onder deze omstandigheden is de GFR ongeveer 125 ml per minuut. Dit betekent daarom dat ongeveer 20% van het bloedplasma als ultrafiltraat de bloedbaan verlaat. De totale hoeveelheid ultrafiltraat bedraagt daarmee per etmaal ongeveer 24 x 60 x 125 ml = 180 liter.

Intermezzo 5.1 Afwijkende GFR en klaring De GFR kan onder allerlei omstandigheden afwijken van de waarde in de normale situatie.

195

196

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 5.4 Ultrafiltratie in het kapsel van Bowman.

– Door een ernstige daling van de arterie¨le bloeddruk zoals bij een shock; bij een arterie¨le druk van 8 kPa (= 60 mm Hg) zijn de bloedvaatjes in de nieren volledig gedilateerd; een verdere daling leidt dan direct tot afname van de GFR en al gauw tot het stoppen van de urineproductie (anurie). – Door een verandering in de permeabiliteit van het glomerulusmembraan, zoals het geval is bij ontstekingen aan de glomeruli (glomerulonefritis); in dat geval is de doorlaatbaarheid voor eiwitten aanzienlijk en stijgt daarmee de COD in de voorurine en de filtratiesnelheid. – Door een stijging van de kapseldruk, bijvoorbeeld bij nierstenen. – Door een vermindering van de renale bloeddoorstroming en van het aantal functionele nefronen; bij tweederde van de ouderen neemt de GFR hierdoor af. De GFR kan in een onderzoek worden bepaald met behulp van een klaring (‘clearance’). Deze wordt meestal uitgevoerd aan de hand van de klaring van creatinine. Creatinine is een afvalproduct, dat door de spieren wordt geproduceerd. De plasmaconcentratie van creatinine is afhankelijk van spiermassa en spieractiviteit. Het is daarom niet voldoende om te bepalen hoeveel er per etmaal door de nieren wordt uitgescheiden. Voor een klaring moet worden bepaald: de plasmaconcentratie creatinine in 24 uur (P) en de hoeveelheid creatinine, die in dezelfde 24 uur wordt uitgescheiden. Voor deze laatste waarde moet alle 24uursurine worden opgevangen (V) en moet daarin de concentratie creatinine worden bepaald (U). De klaring is dan te berekenen als:

5

Nieren

Klaring = (U x V)/P Voor een jong volwassen man is dat 88-146 ml/min. en voor een vrouw 81-134 ml/min. Voor iemand van zeventig jaar is dat gezakt tot 55-113 respectievelijk 52-105 ml/min. De uitscheidingstijd voor geneesmiddelen zal dan ook verhoudingsgewijs lager zijn.

De energie voor de ultrafiltratie wordt geleverd door de bloeddruk en dus door het hart. Het ultrafiltratieproces kost daarmee ter plaatse geen energie (het vas efferens is nog zuurstofrijk!). Terugresorptie en excretie Zoals eerder beschreven bedraagt de totale terugresorptie in de rest van het nefron ongeveer 99% van het ultrafiltraat. De terugresorptie is evenals het excretieproces een selectief proces: een actief proces waarvoor zuurstof nodig is. Wanneer er zuurstoftekort optreedt, zullen de processen terugresorptie en excretie het eerst daarvan de gevolgen ondervinden. In de proximale tubulus wordt ongeveer 65% van het natrium uit de voorurine teruggeresorbeerd en chloride volgt het natrium. Dit percentage is constant en onafhankelijk van de vochtbalans. Door de resorptie van natrium wordt de osmotische waarde van het bloed hoger en die van de urine lager. Door dit drukverschil volgt water het natrium, zodat ook 65% van het water wordt teruggeresorbeerd (120 liter). Naast de resorptie van natrium en water worden veel andere nuttige stoffen volledig in de proximale tubulus teruggeresorbeerd, bijvoorbeeld glucose. In de cellen van de tubuluswand zijn carriers aanwezig, die steeds een glucosemolecuul uit de voorurine binden en aan de bloedzijde afgeven. Deze carriers hebben een transportmaximum. Voor glucose ligt dit op 10 mmol/l (dit komt overeen met 1,8 gram glucose/l). Wanneer de glucoseconcentratie in het bloed (en daarmee in de voorurine) boven deze waarde komt, zijn alle carriers in de proximale tubulus constant bezet en zal een deel van de glucose niet kunnen worden geresorbeerd. Deze glucose zal via het afvoersysteem uiteindelijk het lichaam verlaten (glucosurie). Dit kan bijvoorbeeld gebeuren bij patie¨nten met diabetes mellitus. De plasmaconcentratie van een stof, waarbij alle carriers in de niertubuli bezet zijn, wordt de renale drempel van die stof genoemd. Als de plasmaconcentratie boven de renale drempel komt verschijnt deze stof in de urine. De renale drempel voor glucose is dus 10 mmol/l. Voor een afvalstof als creatinine is deze 0 mmol/l. Immers, creatinine wordt in het geheel niet teruggeresorbeerd. In het dalende been van de lis van Henle wordt alleen water geresorbeerd uit de voorurine, waardoor de osmotische waarde van de voorurine in de richting van het buigpunt van de lis van Henle toeneemt. Bij het buigpunt is de vloeistof daarom sterk hyperosmotisch. In het

197

198

Fysiologie en anatomie niveau 5

stijgende been van de lis van Henle en de distale tubulus wordt juist zout uit de voorurine geresorbeerd, waardoor de urine hypo-osmotisch wordt. Het interstitium van het niermerg is meestal in evenwicht met de urine in de tubulus. Daarom neemt de osmolariteit van het merg toe van buiten naar binnen. De verzamelbuisjes verlaten het merg aan de binnenzijde en daarmee op het punt waar de osmolariteit het hoogst is. Hierdoor zijn zij in staat veel water uit de urine op te nemen en de urine sterk te concentreren. De opname uit de distale tubulus is een actief proces. In tegenstelling tot de resorptie uit de proximale tubulus is deze variabel, geregeld door hormonen als aldosteron en parathormoon. – Aldosteron is afkomstig uit de bijnierschors en regelt de Na+- en K+uitscheiding. Het stimuleert de terugresorptie van natrium (natriumretentie) en het bevordert de kaliumuitscheiding (kaliumdepletie). Bij een teveel aan aldosteron zal het kaliumgehalte in het bloed daarom dalen, terwijl er bij een hypofunctie van de bijnierschors veel natriumionen en daarmee ook veel chloorionen en water met de urine worden uitgescheiden (uitdroging!). Het kaliumgehalte in het bloed zal dan toenemen. Het hormoon aldosteron heeft zo indirect ook invloed op de bloeddruk (zie tevens RAAsysteem; par. 2.2.3). – Parathormoon (parathyroı¨d hormoon, PTH) wordt geproduceerd in de bijschildkliertjes (glandula parathyroidea). Dit hormoon verhoogt het calciumgehalte van het bloed onder andere door bevordering van mobilisatie van calcium vanuit de botten naar het bloed en door de bevordering van de calciumresorptie in de darmen in samenwerking met vitamine D. In de nieren bevordert PTH de terugresorptie van calcium- en magnesiumionen, terwijl ten aanzien van de fosfaationen de excretie wordt gestimuleerd. De resorptie van water uit de distale tubulus en de verzamelbuisjes staat onder controle van het hormoon ADH (antidiuretisch hormoon). Er dient in totaal in dit gebied per etmaal nog ongeveer 14% van het ultrafiltraat te worden teruggeresorbeerd, dat wil zeggen ongeveer 25 liter. De werking van ADH bestaat hierin dat het de permeabiliteit voor water en ureum in voornoemde gebieden verhoogt. Zo zal er bij een verhoogde productie van ADH meer water en ureum worden teruggeresorbeerd. De uitscheiding van ureum is hiermee afhankelijk van de vochtbalans. Een ureumbepaling als test op nierfunctie is daarom niet erg betrouwbaar. De productie van ADH wordt geregeld vanuit osmosensoren die zich bevinden in de hypothalamus (par. 6.5.2). Wanneer de kristalloı¨dosmotische waarde van het bloed verhoogd is (bijv. door te veel zoutopname of door te veel vochtverlies) zullen de osmosensoren hierop reageren met toename van de ADH-productie als gevolg (afb. 5.5). Het hormoon ADH wordt opgeslagen in de neurohypofyse (hypofyseachterkwab) en zal van hieruit in versterkte mate worden afgegeven als de osmotische waarde van het bloed verhoogd is. Als gevolg hiervan zal er in de distale tubulus en de verzamelbuis meer

5

Nieren

199

water uit de urine worden geresorbeerd en zal er minder urine worden uitgescheiden. Als neveneffect zal de bloeddruk stijgen. Wanneer er te weinig ADH wordt geproduceerd is er sprake van diabetes insipidus (diabetes = doorloop, insipidus = smaakloos). De diurese (de hoeveelheid door de nieren geproduceerde urine) bij dergelijke patie¨nten kan 7 tot 11 liter per etmaal bedragen (polyurie). Alcohol remt het hormoon ADH. Na (overmatig) gebruik van alcohol produceert iemand daardoor meer urine dan gewoonlijk met uitdroging als gevolg. Afbeelding 5.5 Relaties tussen de kristalloı¨d-osmotische waarde en de productie van ADH.

Intermezzo 5.2 Nierinsufficie¨ntie Er is sprake van acute nierinsufficie¨ntie wanneer de nierfunctie in de loop van enkele uren tot dagen sterk vermindert of uitvalt. De oorzaak kan zijn: – verminderde doorbloeding van de nieren; als gevolg kunnen de nieren door het gebrek aan zuurstof het actieve proces van terugresorptie en excretie onvoldoende uitvoeren. Een verminderde doorbloeding kan veroorzaakt worden door dehydratie, een hartinfarct, decompensatio cordis, longembolie of shock; – beschadiging van de nieren zelf; bij een totale afsluiting van de nierarterie¨n door embolie of trombose treedt een nierinfarct op. Ook een beschadiging van de glomuri bij glomerulonefritis als gevolg van een immuunreactie op een ontsteking elders in het lichaam leidt tot een verminderde nierfunctie. Acute tubulusnecrose is de beschadiging van de niertubuli door giftige stoffen (lood, cadmium, antivries) of ischemie; – obstructie van de ureters of urethra; mogelijke oorzaken zijn nierstenen, tumoren en prostaatvergroting. Doordat de afvoer van de nieren belemmerd wordt ontstaat hydronefrose (verwijding van het nierbekken en kelkensysteem). De hoge druk in de nieren belemmert de filtratie en beschadigt de nieren. Bij chronische nierinsufficie¨ntie gaan de nieren geleidelijk steeds minder functioneren. Bij veroudering neemt de nierfunctie in het algemeen af. Chronische nierinsufficie¨ntie wordt veroorzaakt door bijvoorbeeld chronische glomerulonefritis, chro-

200

Fysiologie en anatomie niveau 5

nische pyelonefritis, atherosclerose van beide arterie¨n of diabetische nefropathie.

5.1.3 andere functies van de nieren De nieren zorgen niet alleen voor productie van urine maar zijn ook betrokken bij andere processen zoals de bloeddrukregeling, de vorming van erytrocyten (erytropoe¨se) en de vitamine D-stofwisseling. Bloeddrukregeling De langetermijnregulatie van de bloeddruk vindt volledig via de nieren plaats. Dit gebeurt niet alleen indirect via de hierboven vermelde hormonen aldosteron, ADH en het RAA-systeem, die alle een bloeddrukverhogend effect hebben (zie ook par. 2.2.3). De nieren hebben ook een directe invloed op de bloeddruk via de tubulusresorptie. Deze neemt af wanneer de arterie¨le bloeddruk langere tijd is verhoogd. De uitscheiding van urine zal dan toenemen en de bloeddruk wordt zo gecorrigeerd. Er dient te worden opgemerkt dat osmoregulatie een hogere prioriteit heeft dan bloeddrukregulatie. Dit is aan de hand van een voorbeeld duidelijk te maken. Als iemand een zoute maaltijd eet stijgt de kristalloı¨d-osmotische waarde van het bloed. De afgifte van ADH zal daardoor stijgen en de diurese dalen. Hierdoor stijgt de bloeddruk. De gestegen bloeddruk zorgt er vervolgens voor, dat het teveel aan water en zout wordt geloosd. Dit hele proces speelt zich af in een tijdsbestek van enkele uren.

Intermezzo 5.3 Diuretica De diurese kan op een aantal manieren medicamenteus worden gestimuleerd. – Lisdiuretica remmen de resorptie van natrium, kalium en chloride in de lis van Henle. Het zijn snelle, krachtig werkende diuretica. De bekendste zijn furosemide (Lasix1) en bumetanide (Burinex1). Zij kunnen zowel oraal als per injectie toegediend worden. De bijwerkingen zijn te verklaren uit de werking: een te snelle, te krachtige ontwatering, met als gevolg hypokalie¨mie en hyponatrie¨mie. Dit kan zich uiten in rusteloosheid, spierkrampen, dorst, verwardheid en/of verhoogde viscositeit van het bloed met kans op trombose. – Aldosteronantagonisten verhinderen de Na+/K+-uitwisseling in de distale tubulus, zodat kalium niet meer uitgescheiden wordt. Spironolacton (Aldactone1) is een bekende antagonist van aldosteron. Het middel heeft op zichzelf een zwakke diuretische werking: in combinatie met een ander diureticum kan hypokalie¨mie bestreden worden en kan het effect van het diureticum worden versterkt. Een mogelijke bijwerking is hyperkalie¨mie.

5

Nieren

– Osmotische diuretica bevatten suikers (zoals mannitol), die niet uit de tubulus kunnen worden geresorbeerd. Hierdoor is de osmotische waarde van de voorurine hoger dan normaal en vermindert de resorptie van water.

Erytropoe¨se Wanneer het zuurstofgehalte van het circulerende bloed afneemt produceren de nieren een stof die inwerkt op een plasma-eiwit, waardoor het hormoon erytropoe¨tine (epo) ontstaat. Dit hormoon stimuleert in het rode beenmerg de productie van erytrocyten. Door dit mechanisme wordt onder andere verklaard hoe langdurig verblijf op grote hoogte een toename van het aantal erytrocyten teweegbrengt. Denk in dit verband aan de hoogtestages van topsporters en aan doping in de sport. Bij patie¨nten met longemfyseem is de zuurstofconcentratie in het bloed chronisch verlaagd. Zij zullen daarom voortdurend veel erytropoe¨tine aanmaken, waardoor hun hematocrietwaarde en hun hemoglobinegehalte constant hoger zijn dan bij gezonde mensen. De (weinige) zuurstof in het bloed van deze patie¨nten moet dan over meer hemoglobine worden verdeeld. De zuurstofsaturatie zal daardoor alleen maar lager worden. Vitamine-D-stofwisseling Sinds een aantal jaren is bekend dat de nieren ook betrokken zijn bij de stofwisseling van vitamine D. Deze invloed wordt uitgeoefend door het vitamine D, dat met het voedsel is opgenomen of dat onder invloed van uv-licht in de huid is ontstaan, in een actieve vorm om te zetten (zie hoofdstuk 9).

Intermezzo 5.4 Dialyse Wanneer de nieren onvoldoende functioneren, kunnen met behulp van dialyse alsnog afbraakproducten en overtollig water uit het lichaam worden verwijderd. Onder dialyse wordt de uitwisseling van in water opgeloste stoffen door een semipermeabel membraan verstaan. Er worden twee vormen van dialyse onderscheiden: hemodialyse (door middel van een kunstnier) en peritoneale dialyse. Bij hemodialyse (soms ten onrechte aangeduid als nierdialyse) vindt uitwisseling van stoffen tussen het bloed en spoelvloeistof (dialysaat) plaats op basis van concentratieverschillen (diffusie). Het concentratieverschil wordt verhoogd door het bloed en het dialysaat in tegengestelde richting in de kunstnier te laten stromen. Door het concentratieverschil tussen het bloed en het dialysaat kunnen stoffen aan het bloed onttrokken worden (ureum, creatinine, kalium, fosfaat, urinezuur). Om ongewenst verlies van

201

202

Fysiologie en anatomie niveau 5

natrium en calcium tegen te gaan worden de concentraties hiervoor in bloed en dialysaat gelijkgehouden. Door een hogere concentratie in het dialysaat te veroorzaken, kunnen stoffen aan het bloed toegevoegd worden, bijvoorbeeld bicarbonaat om acidose te corrigeren. Tijdens de hemodialyse kan water aan het lichaam worden onttrokken (ultrafiltratie). Door in het dialysaatcompartiment een negatieve druk aan te brengen ten opzichte van het bloedcompartiment wordt water naar het dialysaatcompartiment gezogen. Bij acute dialyse is het mogelijk via grote venen (vena femoralis, vena jugularis, vena subclavia) toegang tot de bloedbaan te krijgen. Bij chronische intermitterende hemodialyse is een permanente toegang tot de bloedbaan nodig. De meest voorkomende is de cimino-shunt. Door de chirurg wordt een verbinding (shunt) gemaakt tussen de arteria radialis en de vena cephalica (ter hoogte van de pols). Hierdoor stroomt arterieel bloed door de vene. Na ongeveer zes weken brengt men twee naalden in de gezwollen vene. Door de e´e´n wordt bloed aan de patie¨nt onttrokken en naar de kunstnier geleid, waarna het bloed wordt teruggevoerd in de gezwollen vene. Omdat het bloed buiten het lichaam wordt gebracht is toevoeging van heparine noodzakelijk. De peritoneale dialyse vindt plaats wanneer de buikholte gevuld is met een steriele waterige oplossing van elektrolyten en glucose. Het peritoneum werkt als dialysemembraan tussen het bloed in de peritoneale capillairen en het dialysaat in de buikholte. Door de glucose is het dialysaat hyperosmotisch en kan vocht aan de patie¨nt worden onttrokken. De glucose wordt echter ook uit het dialysaat geresorbeerd, hetgeen kan leiden tot toename van het lichaamsgewicht. Transport van stoffen vanuit de peritoneale capillairen vindt plaats door diffusie. De diffusie van ureum is maximaal aan het begin van het verblijf, maar naarmate het dialysaat verzadigd raakt, neemt de diffusiesnelheid af. Na vier uur is de plasma/ dialysaatverhouding voor ureum en creatinine bijna gelijk.

5.2

Urinewegen

De urinewegen zorgen voor de afvoer van de urine vanuit de nieren en worden gevormd door de volgende onderdelen: ureters (urineleiders), urineblaas (vesica urinaria) en de urethra (urinebuis). 5.2.1 ureter De door de nieren gevormde urine wordt via de ureters naar de urineblaas getransporteerd. Ze liggen retroperitoneaal met uitzondering van het onderste deel dat subperitoneaal ligt. De ureter is aan de binnenzijde bekleed met overgangsepitheel. Dit is epitheel, dat in een

5

Nieren

aantal cellagen is gerangschikt, wanneer de ureterwand is samengetrokken (er stroomt dan geen urine doorheen). De binnenste laag cellen is enigszins afgeplat, terwijl de daaronder gelegen lagen uit hoge cellen bestaan. Bij uitzetting van de ureter, wanneer er urine doorheen stroomt, worden de cellen platter en neemt het aantal lagen af. De oppervlakkig gelegen cellen hebben een beschermend laagje tegen de inwerking van zuren. De wand van de ureter bevat veel glad spierweefsel. Doordat van tijd tot tijd (ongeveer driemaal per minuut) een peristaltische contractiegolf over de spier loopt van boven naar beneden, wordt er telkens een beetje urine in de urineblaas gespoten. Doordat het onderste deel van de ureter een schuin verloop heeft in de wand van de urineblaas, is er sprake van een ventielwerking. Terugstroming van de urine wordt daarmee voorkomen. Bij prostaathypertrofie ontstaat urineretentie. De druk in de blaas kan daardoor toenemen, waardoor de ventielwerking verslechtert. Hierdoor kan vesico-ureterale reflux optreden. 5.2.2 urineblaas De lege urineblaas ligt subperitoneaal achter de beide schaambeenderen (afb. 5.1). Wanneer de urineblaas zich vult kan de top van de urineblaas tot boven de symfyse uitkomen. De gevulde urineblaas ligt in dat geval preperitoneaal (voor het buikvlies). De wand van de urineblaas bestaat in hoofdzaak uit glad spierweefsel (afb. 5.6 en 5.7), waarvan de vezels hoofdzakelijk in de lengterichting verlopen van de top van de urineblaas naar de blaasuitgang: de overgang van de urineblaas naar de urethra. Rondom de blaasuitgang ligt een lusvormige spier, de musculus sphincter vesicae (inwendige sfincter). Deze sluitspier is onwillekeurig: hij staat niet onder invloed van onze wil. Rondom het begin van de urethra bevindt zich een tweede kringspier, die uit dwarsgestreepte spieren bestaat. Deze musculus sphincter urethrae (uitwendige sfincter) staat wel onder invloed van onze wil (afb. 5.8). Evenals de ureters is ook de wand van de urineblaas aan de binnenzijde bekleed met overgangsepitheel. Tussen de beide uitmondingen van de ureters en de toegang tot de urethra bevindt zich de zogenaamde trigonum (blaasdriehoek). Op deze plaats is het mucosa (slijmvlies) glad. Blaasfunctie De urineblaas doet dienst als reservoir voor de gevormde urine. Wanneer de urineblaas ongeveer 350 ml urine bevat is de rekking in de blaaswand zodanig dat de mechanoreceptoren geprikkeld worden, waarna de mictiereflex (mictie = urinelozing) op gang komt. De impulsen bereiken via de nervus pelvicus het sacrale deel van het ruggenmerg. Via schakelneuronen worden de impulsen via de nervus pelvicus teruggeleid naar de musculus detrusor (blaaswandspier) en naar de musculus sphincter urethrae internus (inwendige sfincter, onwillekeurige spier). Dit heeft tot gevolg dat de detrusor samentrekt terwijl op hetzelfde moment de inwendige sfincter zich ontspant en daarmee opengaat. Wanneer vervolgens impulsen vanuit de cortex via de nervus

203

204

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 5.6 Urineblaas en prostaat.

Afbeelding 5.7 Urineblaas, ductus deferentes, vesiculae seminales en prostaat (van dorsaal).

pudendus de musculus sphincter urethrae externus (uitwendige sfincter, willekeurige spier) bereiken, ontspant deze zich ook en vindt automatisch de blaaslediging plaats. Dat we ons bewust zijn van een volle blaas en dat er zo sprake is van mictiedrang komt omdat er vanuit het ruggenmerg sensibele banen naar de cortex lopen. De vullingsgraad van de urineblaas, waarbij de aandrang tot lediging zich voordoet, is onder verschillende omstandigheden niet dezelfde. Bij sterke koude bijvoorbeeld en bij emotionele toestanden treedt de mictiedrang al op bij geringe blaasvulling. Soms komt de mictiedrang echter pas laat op gang, bijvoorbeeld wanneer men ingespannen met iets bezig is. Met de willekeurige sluitspier kunnen we de mictiereflex (blaasreflex)

5

205

Nieren

Afbeelding 5.8 Blaasreflexmechanisme.

en daarmee de mictiedrang al of niet onderdrukken. Op het moment dat men wil urineren wordt de remming van de reflex opgeheven, de uitwendige sluitspier verslapt waardoor de blaaslediging automatisch volgt. De mictiedrang kan maar tot op zekere hoogte worden onderdrukt. Ten slotte ontstaat er echter een gevoel van pijnlijke spanning waardoor een langer ophouden van de urine niet meer mogelijk is. De uitwendige sfincter ontspant zich uiteindelijk zodat de urine door de urethra kan afvloeien. De blaasfunctie is een samenspel van het parasympathische, het sympathische en het animale zenuwstelsel (zie hoofdstuk 6). De urinelozing kan worden bevorderd door samentrekking van de, vooral dwarse, buikspieren (buikpers). Zuigelingen zijn nog niet in staat de blaasreflex te onderdrukken omdat de banen vanuit de hersenen (piramidebanen) en de banen naar de hersenen (sensibele banen) nog niet voldoende zijn ontwikkeld om goed te kunnen functioneren. Het zindelijk worden duurt daarom geruime tijd.

Intermezzo 5.5 Incontinentie Wanneer we de urine niet (of niet langer) kunnen ophouden is er sprake van incontinentie (letterlijk: niet behouden). De controle op de urinelozing (mictie) is hierbij gestoord of afwezig. Met de

206

Fysiologie en anatomie niveau 5

kennis van de blaasfunctie kunnen de vele vormen van incontinentie beter worden begrepen. – Stress-incontinentie; bij plotselinge drukverhogende momenten in de buikholte (hoesten, niezen, tillen etc.) voelt de persoon geen mictiedrang en hij doet daarom ook geen poging de urine op te houden. Deze vorm van incontinentie komt vaak voor bij vrouwen met een prolaps (verzakking) van de uterus (baarmoeder). – Urge-incontinentie (urge = aandrang); als gevolg van bijvoorbeeld een cystitis (blaasontsteking) is er een verhoogde prikkelbaarheid van de blaas waardoor al bij een geringe vulling een hevige, onbedwingbare mictiedrang optreedt. Kenmerkend is hierbij de uitspraak: ‘als je moet, dan moet je ook direct’. – Spastische blaas; bij neurologische aandoeningen, zoals dwarslaesie, multipele sclerose, spina bifida (‘open rug’), coma, CVA of hersentumor, is de verbinding tussen de urineblaas en de hersenen gedeeltelijk of geheel verbroken waardoor de urineblaas zelfstandig gaat functioneren via de blaasreflex. Na prikkeling zal de urineblaas zich spontaan ledigen. – Overloop-incontinentie; doordat de afvoer van de urine wordt belemmerd door bijvoorbeeld prostaathypertrofie (prostaatvergroting), is er eerder sprake van urineretentie waarbij de overvolle, sterk gespannen en daarmee pijnlijke blaas overloopt. Er is voortdurend druppelsgewijs urineverlies. – Mictie-apraxie (apraxie = onvermogen tot het uitvoeren van gerichte handelingen); een demente persoon voelt wel de prikkeling tot blaaslediging maar weet niet meer hoe hierop te reageren en plast daarom spontaan in de broek. – Functionele incontinentie; dit is incontinentie die optreedt doordat de patie¨nt (om wat voor reden dan ook) de wc niet tijdig haalt. Dit komt vaak voor bij oudere mensen die niet meer zo mobiel zijn of bij patie¨nten in het verpleeghuis die niet kunnen lopen en naar de wc gebracht moeten worden.

5.2.3 urethra De urethra vormt de verbinding tussen de urineblaas en de buitenwereld. Bij de man bedraagt de totale lengte ongeveer 20 cm. Het eerste deel verloopt door de prostaat. Bij aandoeningen van de prostaat kan de urethra dan ook gemakkelijk worden dichtgedrukt waardoor de urineafvoer wordt belemmerd. Het overige deel van de urethra verloopt in de penis en is omgeven door een zwellichaam. Dit gedeelte is tevens de afvoerbuis voor het sperma. Bij de vrouw is de urethra slechts 2,5 tot 4 cm lang en mondt uit in het vestibulum (voorhof ), de ruimte tussen de kleine schaamlippen. De uitmonding is gelegen vlak boven de toegang tot de vagina.

5

Nieren

5.3

Urine

De samenstelling van de urine wisselt sterk doordat de nieren er juist voor moeten zorgen dat de samenstelling van het bloed constant blijft. Bij urine-onderzoek wordt daarom meestal uitgegaan van de hoeveelheid die gedurende een etmaal is verzameld (24-uursurine). De hoeveelheid urine bedraagt gemiddeld ongeveer 1,5 liter per etmaal. Als normale bestanddelen worden in de urine aangetroffen: – water (ongeveer 95%); – zouten, met name natriumchloride (NaCl); – ureum, dat in de lever is gevormd bij de afbraak van overtollige aminozuren; – urinezuur, een afbraakproduct van nucleı¨nezuren, bouwstenen van DNA (zie hoofdstuk 13); – creatinine, een stof die vrijkomt uit creatine bij de stofwisseling in spierweefsel (kreas = vlees); – urobiline, een gele kleurstof die in geringe hoeveelheden in de urine voorkomt; – vitaminen, bijvoorbeeld vitamine C dat te veel is opgenomen met het voedsel; – hormonen, bijvoorbeeld gonadotrope hormonen in het begin van de zwangerschap; – vormelementen, de afgestoten cellen van het mucosa van het nierbekken, de urinewegen en de uitwendige geslachtsorganen. Door de urine te centrifugeren kunnen deze vormelementen, alsmede de talrijke zoutkristallen, microscopisch onderzocht worden in het sediment.

Intermezzo 5.6 Nier- en blaasstenen Bij een te hoge concentratie aan bepaalde stoffen in de urine kunnen onoplosbare kristallen in de urine ontstaan. Wanneer deze samenklonteren ontstaat er een steentje. Afhankelijk van de plaats waar ze voorkomen wordt gesproken van nierstenen of blaasstenen. Het grootste deel van de stenen bestaat uit onoplosbare calciumzouten. De rest bestaat uit bijvoorbeeld urinezuur, cystine en afvalstoffen, ontstaan in geı¨nfecteerde urine. Nierstenen ontstaan door een tekort aan vochtopname of hyperurikemie (te veel aan urinezuur) bij een infectie of jicht (par. 10.1.3). Veel water drinken helpt daardoor nierstenen te voorkomen.

207

Zenuwstelsel

6

Het zenuwstelsel maakt ons wie we zijn. Ons karakter, onze persoonlijkheid, onze emoties en onze intelligentie zijn eigenschappen die in het zenuwstelsel zijn vastgelegd en die ons uniek maken. Het zenuwstelsel maakt het mogelijk om met onze omgeving te communiceren: om signalen uit onze omgeving op te pakken en om onze omgeving via bewust handelen te veranderen. De informatie die ons vanuit onze omgeving bereikt, wordt opgevangen in het perifere deel van het zenuwstelsel en in de vorm van elektrische signalen doorgeleid naar het centrale deel van het zenuwstelsel: hersenen en ruggenmerg. Daar wordt deze informatie verwerkt en geı¨ntegreerd, waarna er een passende reactie volgt. Ook met de betrekking tot de coo¨rdinatie tussen de werking van de organen binnen het lichaam speelt het zenuwstelsel (naast het hormoonstelsel) een belangrijke rol. Dit deel van het zenuwstelsel wordt het vegetatieve of autonome zenuwstelsel genoemd. In dit hoofdstuk wordt uitgelegd hoe de impulsen binnen het zenuwstelsel worden voortgeleid. Daarna wordt uitgelegd uit welke delen het zenuwstelsel is opgebouwd en wat de functie van deze delen is. 6.1

Cellen van het zenuwstelsel

Het zenuwweefsel (par. 1.9.4) bestaat uit neuronen (zenuwcellen) en gliacellen (steuncellen). 6.1.1 neuron In hoofdstuk 1 is de bouw van een neuron beschreven (par. 1.9.4, afb. 1.26). Functioneel zijn er bij een neuron drie gedeeltes te onderscheiden: – opvangend gedeelte; hier komen de impulsen aan; dit betreft meestal de dendrieten en het cellichaam; – geleidend gedeelte; dit betreft het axon; – overdragend gedeelte; in de synaps wordt de impuls overgedragen op andere neuronen en bij de perifere motorische neuronen op de spiervezels of klieren. Er zijn drie soorten zenuwcellen: – sensorische neuronen; deze voeren de impulsen vanuit de zintuigen naar het centrale zenuwstelsel;

C.A. Bastiaanssen et al., Fysiologie en anatomie, DOI 10.1007/978-90-313-8098-5_6, © Bohn Stafleu van Loghum, 2007

6

Zenuwstelsel

– motorische neuronen; deze voeren de impulsen vanuit het centrale zenuwstelsel naar spieren en klieren; ze hebben per neuron een aantal korte dendrieten en e´e´n lange axon; – schakelneuronen; deze brengen binnen het centrale zenuwstelsel impulsen over van het ene neuron op het andere. De meeste zenuwcellen hebben e´e´n lange uitloper (axon) en veel korte uitlopers (dendrieten). Zenuwcellen staan door hun uitlopers met elkaar in verbinding, waardoor ze een samenhangend geheel vormen. Hierbij is impulsoverdracht door het gehele lichaam mogelijk. Bij impulsoverdracht wordt aan het eind van een axon in de synaps de impuls overgedragen. Er bestaan drie soorten overgangen: – neuromusculair: de impuls wordt overgedragen van een zenuwcel naar een spiercel; – neuroneuraal: de impuls wordt overgedragen van een zenuwcel naar een andere zenuwcel; – neuroglandulair: de impuls wordt overgedragen van een zenuwcel naar een kliercel. De functie van impulsvorming en impulsoverdracht wordt besproken in paragraaf 6.2. 6.1.2 gliacellen Neurogliacellen zijn de steuncellen (par. 1.8.4) van het zenuwstelsel. Er worden vier typen neurogliacellen onderscheiden (afb. 6.1): – astrocyten; deze cellen vormen de grootste groep gliacellen. Astrocyten hebben veel uitlopers die contact maken met uitlopers van zenuwcellen en bloedvaten. Zo leveren ze steun aan de zenuwcellen. Astrocyten zijn met perivasculaire eindvoetjes gehecht aan het endotheel van capillairen en zorgen hiermee voor het uitwisselen van stoffen tussen bloed, weefselvloeistof en zenuwcellen. Samen met andere gliacellen zorgen astrocyten ook voor de fagocytose van afbraakproducten; – oligodendrocyten; deze cellen vormen de witte stof (substantia alba) van het centrale zenuwstelsel. Zij vormen namelijk de myelinescheden rondom axonen (afb. 1.24), waardoor deze geı¨soleerd zijn en de geleiding van impulsen sneller verloopt (par. 6.2.3); – ependymcellen; dit zijn epitheelcellen die de wand van ventrikels en het centrale kanaal van het ruggenmerg bekleden. Aan de ventriculaire zijde bevatten deze cellen trilharen die de liquorcirculatie bevorderen. Door hun uitlopers naar de astrocyten spelen ze mogelijk ook een rol in de voedselvoorziening van neuronen; – microgliacellen; deze cellen spelen een rol in de aspecifieke afweer (3.3.2): door fagocytose worden micro-organismen en afgestorven cellen opgeruimd. 6.2

Neurofysiologie

Als gevolg van diffusieprocessen over het membraan van een cel geldt voor iedere cel dat de concentratie negatief geladen deeltjes binnen in

209

210

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 6.1 Schematische voorstelling van de verschillende typen gliacellen.

de cel iets groter is dan die buiten de cel. Hierdoor ontstaat er een potentiaalverschil over het celmembraan, waarbij de binnenzijde van de cel een beetje negatief geladen is ten opzichte van de buitenzijde. Dit potentiaalverschil wordt de membraanpotentiaal genoemd. Voor een niet geprikkelde cel wordt deze membraanpotentiaal de rustpotentiaal genoemd. Deze heeft waarden tussen -10 mV en -100 mV (afhankelijk van het type cel). Voor een neuron is de rustpotentiaal -70 mV. Wanneer het neuron wordt geprikkeld kan er een plaatselijke verstoring van deze potentiaal optreden. Alleen wanneer deze verstoring groot genoeg is leidt dit tot een actiepotentiaal over het membraan van het neuron (impulsvorming). Deze actiepotentiaal wordt dan langs het axon voortgeleid naar de synapsen (impulsgeleiding). Na het oversteken van de synapsspleet leidt dit vervolgens weer tot een lokale potentiaalverstoring in de postsynaptische cel. Hierdoor kan ook in deze cel weer een actiepotentiaal worden opgewekt (impulsoverdracht), waarna de impuls zijn weg vervolgt. 6.2.1 membraanpotentiaal De membraanpotentiaal wordt veroorzaakt door verschillen in samenstelling van intracellulaire en extracellulaire vloeistof. Intracellulair is kalium het belangrijkste positief geladen ion en wordt een belangrijk deel van de negatieve ionen gevormd door negatief geladen eiwitmoleculen. Extracellulair zijn de positief geladen natrium- en de negatief geladen chloride-ionen het belangrijkst. Als het celmembraan goed doorlaatbaar zou zijn voor alle bovengenoemde deeltjes, zouden deze concentratieverschillen snel zijn opgeheven. Het celmembraan is echter beperk doorlaatbaar. De doorlaatbaarheid van het celmembraan is niet voor alle deeltjes gelijk. De

6

Zenuwstelsel

negatief geladen eiwitmoleculen kunnen de cel helemaal niet uit en kaliumionen kunnen veel makkelijker de cel uitlekken dan natriumionen de cel in. Ionentransport De membraanpotentiaal wordt beı¨nvloed door zowel het passieve als actieve transport van ionen. De drijvende krachten bij het passieve transport zijn: – chemische gradie¨nt: het verschil in kaliumconcentratie binnen en buiten de cel drijft kaliumionen uit de cel. Om dezelfde reden worden natriumionen de cel in gedreven. In rust gaan kaliumionen via zogenoemde lekkanalen de cel uit en natriumionen de cel in; – elektrische gradie¨nt: het celmembraan is meer doorlaatbaar voor kalium dan voor natrium. Daardoor kunnen de kaliumionen makkelijker de cel verlaten dan de natriumionen binnen kunnen komen. Er ontstaat in de cel zo een tekort aan positieve ionen, zodat er een negatief ladingsoverschot optreedt, veroorzaakt door de eiwitmoleculen. Dit ladingsoverschot resulteert in een rustpotentiaal van 70 mV. Deze negatieve lading zorgt voor een aantrekkingskracht op positieve ionen van buiten de cel. Bij het actieve transport zijn betrokken: – natrium/kaliumpomp; via de lekkanalen lekken voortdurend kleine aantallen kaliumionen naar buiten en kleine aantallen natriumionen naar binnen. Deze lekstromen zouden de membraanpotentiaal langzaam verstoren. Om dit te voorkomen functioneert in het membraan een pomp: de natrium/kaliumpomp, die, ten koste van energie, steeds drie natriumionen naar buiten pompt voor twee kaliumionen naar binnen (afb. 6.2); – membraankanalen: bij de passieve factoren is steeds sprake van passieve membraankanalen of lekkanalen. Dit zijn kanalen voor bepaalde ionen, die altijd geopend zijn en die meestal een beperkte capaciteit hebben. Daarnaast bestaan er actieve kanalen of poorten. Deze poorten kunnen in drie toestanden voorkomen: 1 gesloten, maar in staat zich te openen, 2 geopend (geactiveerd) of 3 gesloten en niet in staat zich te openen (geı¨nactiveerd). Deze toestanden kunnen worden bereikt op basis van verschillende stimuli. Hierbij worden de volgende poorten onderscheiden: chemisch gereguleerde poorten; deze openen of sluiten door het binden van bepaalde stoffen, de neurotransmitters. Zo worden de poorten op de neuromusculaire overgangen geopend na binding van de neurotransmitter acetylcholine. Chemisch gereguleerde poorten komen vooral voor op plaatsen waar veel synapsen aanwezig zijn (bijvoorbeeld op de dendrieten van een neuron); spanningsgereguleerde poorten; deze spelen een belangrijke rol in alle membranen die gee¨xciteerd kunnen worden, ofwel, die een impuls kunnen voortgeleiden. Dat zijn onder andere de .

.

211

212

Fysiologie en anatomie niveau 5

.

membranen van de axonen (axolemma) en de membranen van spiercellen (sarcolemma). De belangrijkste zijn de spanningsgeregelde natrium-, kalium- en calciumkanalen; mechanisch gereguleerde poorten; deze reageren op fysieke druk op het membraan. Deze poorten zijn van belang bij tast- en drukreceptoren.

Afbeelding 6.2 Natrium/ kaliumpomp. Bij stap 1 binden drie Na+-ionen vanuit het cytoplasma aan het eiwit van de pomp. Door ATP om te zetten in ADP komt een fosfaatgroep vrij die zich hecht aan het pompeiwit (stap 2). Hierdoor kan de eiwitconfiguratie omklappen zodat de Na+-ionen worden vrijgemaakt aan de buitenkant van de cel en twee extracellulaire K+-ionen zich hechten aan de specifieke bindingsplaatsen op het pompeiwit (stap 3). Na verwijdering van de fosfaatgroep klapt het eiwit weer terug en komen de K+-ionen vrij aan de intracellulaire zijde (stap 4).

Lokale potentialen Als gevolg van de stroom van ionen kunnen er lokale potentialen ontstaan die ook weer invloed hebben op het verdere transport van ionen. Met lokale potentialen worden veranderingen in de membraanpotentiaal bedoeld, die zich niet verder kunnen verspreiden dan de plaats waar de stimulus wordt aangebracht. Dit kan gebeuren rond een membraan wanneer een natriumpoort wordt geopend (bijvoorbeeld door binding van een neurotransmitter als acetylcholine). Natriumionen gaan de cel binnen, aangetrokken door de daar heersende negatieve lading. Aldus komt een lokale stroom natriumionen op gang: buiten de cel naar de poort toe, binnen de cel van de poort af. Deze lokale stroom zorgt voor een zekere mate van stijging van de membraanpotentiaal rond de geopende poort. Hoe groter de afstand tot de poort, hoe geringer de stijging. De maximale verandering in de membraanpotentiaal is evenredig met de grootte van de stimulus: hoe groter de stimulus, hoe groter het aantal poorten dat wordt geopend en hoe groter het membraanoppervlak dat wordt beı¨nvloed. Depolarisatie, hyperpolarisatie en repolarisatie Als gevolg van de instroom van natriumionen door de natriumpoorten zal de membraanpotentiaal stijgen van de rustwaarde (-70 mV)

6

Zenuwstelsel

naar 0 mV. Iedere stijging van de membraanpotentiaal boven de rustpotentiaal wordt depolarisatie genoemd. Als door een (andere) stimulus de kaliumpoorten worden geopend in plaats van de natriumpoorten zullen kaliumionen de cel uitstromen. Dit leidt tot verlaging van de membraanpotentiaal tot -80 of -90 mV. Dit verschijnsel wordt hyperpolarisatie genoemd. Depolarisatie en hyperpolarisatie treden vooral op aan het membraan van het cellichaam van het neuron. Daar bevinden zich immers de meeste synapsen. De teweeggebrachte effecten zijn over het algemeen zo lokaal, dat zij niet in staat zijn om via het axon van het geactiveerde neuron de synapseinden van dit neuron te bereiken. Wanneer de stimulus, die tot depolarisatie of hyperpolarisatie aanleiding heeft gegeven wordt verwijderd, keert de membraanpotentiaal weer terug tot de rustpotentiaal. Dit verschijnsel heet repolarisatie. Hierbij worden de ionenpompen (in het bijzonder de natrium/kaliumpomp) in het membraan geactiveerd, die de in- en uitgestroomde ionen weer terugbrengen naar hun plaats. 6.2.2 impulsvorming: actiepotentiaal Een actiepotentiaal begint gewoonlijk in het beginsegment van een axon. De actiepotentiaal wordt dan over de hele lengte van het axon voortgeleid om uiteindelijk het synapseinde te bereiken. De actiepotentiaal begint met het openen van spanningsgestuurde natriumpoorten aan e´e´n uiteinde van het axon. De instroom van natriumionen depolariseert aangrenzende gebieden, waardoor meer natriumpoorten opengaan. Het resultaat is een kettingreactie. Iedere stimulus, die een depolarisatie tot boven de drempelwaarde veroorzaakt zal een actiepotentiaal tot gevolg hebben, onafhankelijk van het feit of de stimulus sterker of zwakker is. De eigenschappen van de actiepotentiaal zijn onafhankelijk van de sterkte van de stimulus. Het is een alles-of-niets-principe. Afbeelding 6.3 illustreert de membraanpotentiaal over een stukje membraan. De volgende stappen zijn noodzakelijk voor het ontstaan van een actiepotentiaal: 1 depolarisatie tot de drempelwaarde (afb. 6.3a). Om een actiepotentiaal te starten moet de stimulus groot genoeg zijn om spanningsgestuurde natriumpoorten te openen. Deze drempelwaarde ligt bij een potentiaal van -60 tot -55 mV, dat wil zeggen een depolarisatie van 10 tot 15 mV. Een stimulus, die de membraanpotentiaal bijvoorbeeld verschuift van -70 naar -62 mV, zal dus geen actiepotentiaal veroorzaken, maar zal alleen lokale effecten tot gevolg hebben. Als zo’n stimulus stopt zal de membraanpotentiaal terugkeren naar de rustpotentiaal; 2 activering natriumpoorten en snelle depolarisatie (afb. 6.3.b). Als de membraanpotentiaal eenmaal is gestegen tot de drempelwaarde zullen de natriumpoorten zich openen, waarna de grote elektrochemische gradie¨nt voor natrium ervoor zorgt, dat de natriumionen snel de cel instromen. Hierdoor stijgt de membraan-

213

214

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 6.3 Impulsvorming over een stukje membraan.

potentiaal verder richting evenwichtspotentiaal voor natrium. De instroom van natriumionen depolariseert aangrenzende gebieden, waardoor meer natriumpoorten opengaan. Het resultaat is een kettingreactie. In minder dan 1 ms is de potentiaal gestegen tot boven 0 mV; 3 inactivering natriumpoorten, activering kaliumpoorten (afb. 6.3c). Als de membraanpotentiaal is opgelopen tot +30 mV worden de natriumpoorten geı¨nactiveerd en de kaliumpoorten geactiveerd. De kaliumionen worden nu door zowel de chemische gradie¨nt (van hoge concentratie naar lage concentratie) als de elektrische gra-

6

Zenuwstelsel

215

die¨nt (binnenzijde cel is nu positief ten opzichte van de buitenzijde) de cel uitgedreven. Hierdoor daalt de membraanpotentiaal weer tot de rustwaarde; 4 terugkeer naar normale permeabiliteit (afb. 6.3d). De natriumpoorten blijven geı¨nactiveerd tot de membraanpotentiaal ongeveer gelijk is aan 0 mV. Daarna blijven zij nog wel gesloten, maar zij zijn nu weer in staat geopend te worden. Zodra de membraanpotentiaal gelijk wordt aan de rustpotentiaal (-70 mV) sluiten ook de kaliumpoorten zich weer. Dit laatste duurt ongeveer 1 ms. Al die tijd stroomt er nog kalium de cel uit, zodat er een zekere mate van hyperpolarisatie optreedt (tot -90 mV). Zijn de kaliumpoorten eenmaal gesloten, dan keert de membraanpotentiaal terug tot de normale rustwaarde van -70 mV. Het verloop van de membraanpotentiaal tijdens het ontstaan van een actiepotentiaal is weergeven in afbeelding 6.4.

Afbeelding 6.4 Verloop van de membraanpotentiaal rondom een actiepotentiaal. a lokale depolarisatie brengt membraanpotentiaal boven drempelwaarde ? actiepotentiaal; b einde snelle depolarisatie, natriumkanalen dicht, kaliumkanalen open ? repolarisatie; c kaliumkanalen dicht, uitstroom gaat nog even door ? hyperpolarisatie; Bij d zijn zowel de kalium- als de natriumkanalen gesloten ? rustpotentiaal. Absolute refractaire periode: vanaf het moment dat de drempelwaarde wordt overschreden tot punt e. Relatieve refractaire periode: van punt e tot punt d.

Vanaf het moment dat de actiepotentiaal begint tot het moment dat de membraanpotentiaal weer terug is op het uitgangsniveau, zal het membraan niet op een normale manier reageren op stimuli. Deze periode is bekend als de refractaire periode. Vanaf het moment, dat de natriumpoorten opengaan (dat is bij de drempelwaarde) tot het moment dat de inactivering van de natriumpoorten stopt (ongeveer 0 mV) reageert het membraan op geen enkele impuls. Gedurende deze periode zijn of de natriumpoorten al open (en is verdere stimulering niet mogelijk) of zij zijn geı¨nactiveerd. Deze periode wordt de absolute refractaire periode genoemd. Deze duurt 0,4 tot 1 ms; hoe kleiner de axondiameter, hoe langer deze periode. De relatieve refractaire periode duurt vanaf het moment dat de natriumpoorten niet langer geı¨nactiveerd zijn tot het moment dat de membraanpotentiaal weer normaal is. Het membraan is dan wel prikkelbaar, alleen moet de stimulus groter zijn dan normaal. Dit komt

216

Fysiologie en anatomie niveau 5

omdat de kaliumpoorten nog open staan en er zo tegen de stroom in geroeid moet worden o´f het membraan gehyperpolariseerd is.

Intermezzo 6.1 Elektro-encefalogram (eeg) Het elektro-encefalogram (eeg) registreert de wisselingen in de rustpotentiaal van de neuronen van de cortex. De wisselingen kunnen alleen waargenomen worden wanneer zij in veel neuronen tegelijk optreden (de golven van de zee bestaan ook uit bewegingen van heel veel watermoleculen tegelijk). De elektroden worden volgens een vast schema op de hoofdhuid geplakt. Meestal zijn het er twintig en kunnen ze bevestigd zijn in een soort muts. Om goed contact te maken met de hoofdhuid wordt tussen de huid en de elektroden een geleidende vloeistof gebracht. Speciale versterkingsapparatuur is nodig, omdat de gemeten spanning erg klein is. Dit betekent ook dat andere bronnen van elektrische activiteit, opgewekt door bijvoorbeeld oogbewegingen en andere spierbewegingen, invloed hebben op het eeg. De patie¨nt moet daarom tijdens het onderzoek dat ongeveer dertig minuten duurt zo stil mogelijk blijven liggen. De geregistreerde golven worden naar frequentie onderscheiden in de snelle a- en b-golven (normaal) en de langzamere d- en y-golven. Anatomische afwijkingen in e´e´n hersenhelft, zoals een abces, infarct, tumor of contusiehaard, geven meestal duidelijk eenzijdige veranderingen in het eeg. Ook is het eeg zeer gevoelig voor stoornissen in de stofwisseling (hypoxie, hypercapnie, hypoglykemie, stoornissen in de elektrolytenbalans en ernstige nier- en leverfunctiestoornissen). Bij een hartoperatie wordt continu het eeg geregistreerd zodat ischemie van de hersenen snel ontdekt kan worden. Tegenwoordig worden ook bepaalde golven uit het eeg geregistreerd om de diepte van de narcose te bewaken. Bij een epileptische aanval zijn de eeg-veranderingen zeer duidelijk zichtbaar. Het eeg is vooral van belang om de oorsprong van de epileptische activiteit op te sporen. Epileptische activiteit kan soms uitgelokt worden door slaaponthouding, hyperventilatie en lichtflitsprikkeling, of een combinatie daarvan. Langdurige eeg-registratie wordt soms toegepast bij de diagnostiek van slaapstoornissen (narcolepsie, slaapapneusyndroom). Het eeg wordt in Nederland ook gebruikt ter bevestiging van hersendood bij patie¨nten, die in aanmerking komen voor orgaandonatie.

6.2.3 impulsgeleiding Een actiepotentiaal wordt verder geleid over het axon. Daarbij verschilt de propagatie (voortplanting) van een actiepotentiaal over een niet-gemyeliniseerd axon van de propagatie in een gemyeliniseerd axon.

6

Zenuwstelsel

217

Propagatie van een actiepotentiaal in een niet-gemyeliniseerd axon In de vorige paragraaf werd het ontstaan van een actiepotentiaal over een geı¨soleerd stukje membraan beschreven. In werkelijkheid heeft een actiepotentiaal over een membraan ook gevolgen voor het daarnaast gelegen stukje membraan. Bij een actiepotentiaal komt er een stroom van natriumionen de cel in op gang. Deze stroom ionen zorgt ervoor dat de membraanpotentiaal in het naastgelegen stukje membraan gaat stijgen boven de rustwaarde van -70 mV. Op een gegeven moment is de membraanpotentiaal in dat stuk membraan gestegen tot de drempelwaarde van -60 mV. Vervolgens ontwikkelt zich ook in dit stuk membraan een actiepotentiaal en het proces gaat als een kettingreactie over het hele axon (afb. 6.5). Afbeelding 6.5 Propagatie van een actiepotentiaal in een nietgemyeliniseerd axon.

De voortgeleiding van de actiepotentiaal verschilt in een aantal opzichten fundamenteel van geleiding van stroom. – De geleiding kan slechts in e´e´n richting plaatsvinden, namelijk van het neuron naar de synaps en niet omgekeerd. De impuls kan nietomkeren omdat het voorafgaande stukje membraan nog refractair is en daarom geen impulsen kan geleiden (afb. 6.5). – Omdat de actiepotentiaal iedere keer opnieuw wordt opgewekt is er geen sprake van verliezen. Anders gezegd: het signaal blijft gelijk van sterkte, onafhankelijk van de lengte van het axon.

218

Fysiologie en anatomie niveau 5

– Geleiding van een actiepotentiaal is veel trager (1 tot 100 m/s) dan geleiding van stroom (lichtsnelheid, 300.000 km/s). Propagatie van een actiepotentiaal in een gemyeliniseerd axon In grote zenuwvezels, zoals de piramidebanen (motorische zenuwbanen naar onder andere de ledematen) zijn de axonen gemyeliniseerd. In deze vezels gaat de impulsgeleiding veel sneller dan in nietgemyeliniseerde vezels. De propagatie, zoals die boven is beschreven kan in een gemyeliniseerde vezel niet plaatsvinden. Vanwege de isolerende myelineschede, die het axon omgeeft, is een continue geleiding van de actiepotentiaal niet mogelijk. Alleen in de knopen van Ranvier kunnen ionen zich over het membraan verplaatsen. Een actiepotentiaal springt daarom in een gemyeliniseerde vezel met grote snelheid van knoop naar knoop over afstanden, die tot 2 mm groot kunnen zijn. Een dergelijk soort impulsgeleiding heet saltatorische geleiding (afb. 6.6).

Afbeelding 6.6 Schematische voorstelling van de saltatorische geleiding over een gemyeliniseerd axon. De actiepotentiaal heeft punt a bereikt, waardoor een kringstroom naar punt b ontstaat. Bij voldoende depolarisatie ter plaatse van b zal ook daar een actiepotentiaal optreden.

Geleidingssnelheid van axonen De weerstand, die een lokale stroom natriumionen in het cytoplasma van een axon ondervindt, is omgekeerd evenredig met de diameter van het axon. Het gevolg is, dat de impulsgeleidingssnelheid recht evenredig is met de diameter van het axon. Op grond hiervan hebben Erlanger en Gasser al in 1937 een indeling gemaakt van de verschillende zenuwvezels op grond van hun diameter en de aanwezigheid van een myelineschede (tabel 6.1). Myelinisering is een proces, dat relatief laat in de ontwikkeling van een individu op gang komt. De toenemende coo¨rdinatie en controle van een kind tijdens zijn groei is onder andere een gevolg van de toegenomen impulsgeleidingssnelheid over sensorische en motorische vezels. Het myeliniseringsproces is pas bij jonge volwassenen compleet. Een bekend voorbeeld van een verstoring van dit myeliniseringsproces is multipele sclerose (MS). Er ontwikkelen zich lokaal steeds nieuwe demyelinisatiehaarden in de witte stof. De impulsgeleiding wordt daarmee verstoord.

6

219

Zenuwstelsel

Tabel 6.1

Indeling van het zenuwstelsel naar impulsgeleidingssnelheid volgens Erlanger en Gasser.

groep

diameter

geleidingssnelheid

voorkomen

myelineschede

A-a

10 – 20 mm

60 – 120 m/s

efferenten van dwarsgestreepte spieren afferenten van spierspoelen

zeer dik

A-b

7 – 15 mm

40 – 90 m/s

tastzinvezels

dik

A-g

4 – 8 mm

15 – 30 m/s

motorische vezels naar spierspoelen

dun

A-d

3 – 5 mm

5 – 25 m/s

vezels van de warmte-, koude- en pijnsensoren in de huid

B

1 – 3 mm

3 – 15 m/s

viscero-efferenten

deels afwezig

C

0,3 – 1mm

0,5 – 2 m/s

diepe pijnzin

geen

6.2.4

impulsoverdracht

Directe transmissie In een beperkt aantal organen is directe overdracht van een actiepotentiaal van de ene cel naar de andere cel mogelijk. Dit is bijvoorbeeld het geval in glad spierweefsel zoals in de uterus en in het hartspierweefsel. Voorwaarde voor directe transmissie is dat er tussen de cellen onderling ionkanalen (‘gap junctions’) bestaan. Via deze ionkanalen kunnen natrium- en kaliumionen de naburige cel binnenstromen. De directe transmissie is als volgt voor te stellen. Zoals gezegd begint een actiepotentiaal in een cel met de instroom van natriumionen. Deze natriumionen kunnen via de ionkanalen naar de naburige cel diffunderen. Het gevolg is dat in deze cel de membraanpotentiaal stijgt. Wanneer hier de drempelwaarde wordt overschreden gaan ook in deze cel poorten voor natrium open, waardoor ook hier een actiepotentiaal ontstaat enzovoort. Voor kalium geldt in principe dezelfde redenering, maar dan is de stroomrichting van de ionen natuurlijk omgekeerd. Het fysiologische gevolg van directe transmissie komt duidelijk naar voren in de volgende twee voorbeelden. – In de hartspier kan een depolarisatie (en daarmee een contractie) in iedere cel beginnen, zodra deze cel zover depolariseert, dat de drempelwaarde wordt overschreden. Dit vormt de verklaring voor veel ritme- en geleidingsstoornissen. – Een wee in de uterus (baarmoeder) kan ook op ieder punt van de uterus ontspringen en verspreidt zich vervolgens over de gehele uteruswand. Indirecte transmissie Een synaps is een plaats waar overdracht van een impuls van een zenuwcel naar een andere zenuwcel plaatsvindt (afb. 6.7). In de presynaptische cel worden neurotransmittermoleculen gesynthetiseerd en opgeslagen in synaptische blaasjes (afb. 6.7, stap 1). Het proces van impulsoverdracht begint wanneer een actiepotentiaal aankomt op het synapseinde van de presynaptische cel (afb. 6.7, stap

220

Fysiologie en anatomie niveau 5

2). Als gevolg daarvan worden spanningsgestuurde calciumpoorten in het synapseinde geopend, waardoor calciumionen het synapseinde binnenstromen (afb. 6.7, stap 3). Hierop bewegen met neurotransmittermoleculen gevulde blaasjes zich naar het membraan, waarmee zij versmelten. Uitstorten van de neurotransmitter in de synapsspleet volgt (afb. 6.7, stap 4). De volgende stap is binding van de over de synapsspleet gediffundeerde neurotransmitter aan chemisch gestuurde natriumpoorten (afb. 6.7, stap 5). Deze poorten worden nu geopend, wat leidt tot een lokale depolarisatie (afb. 6.7, stap 6). Hoe meer neurotransmitter de synapsspleet oversteekt, hoe sterker de depolarisatie. Als de depolarisatie in het postsynaptische membraan groot genoeg is om de drempelwaarde te overschrijden, komt een actiepotentiaal in de postsynaptische cel tot stand. Nu kan de impuls zijn weg vervolgen. Binnen 20 ms na de impulsoverdracht over de synaps wordt de neurotransmitter al weer afgebroken. Kleine delen van het presynaptische membraan worden ingesnoerd tot nieuwe blaasjes die worden omgevormd om opnieuw met neurotransmitter te kunnen worden gevuld (afb. 6.7, stap 7). Afbeelding 6.7 Indirecte transmissie in een synaps. Verklaring van de cijfers 1 t/m 7: zie tekst. I: instroom van positieve lading.

Door de verandering in permeabiliteit voor de verschillende ionen kan het postsynaptisch neuron ook gehyperpolariseerd worden. Bij hyperpolarisatie treedt er een remmend effect op de impuls en wordt gesproken van inhibitie.

6

Zenuwstelsel

Snelheid van de impulsoverdracht in een synaps Bij de impulsoverdracht over een synaps loopt een zenuwimpuls altijd een vertraging op. Deze vertraging is vooral te wijten aan het vrijmaken van de neurotransmittermoleculen. De vertraging is in de orde van 0,2 tot 0,5 s. In diezelfde periode kan de impuls een afstand van ongeveer 7 cm afleggen over een gemyeliniseerde vezel. Hoe meer synapsen er dus in een impulsgeleidingstraject voorkomen, hoe langer het duurt voor de impuls de plaats van bestemming bereikt. De snelheid van de overdracht van een impuls in een synaps wordt beı¨nvloed door de volgende factoren: – pH: een verhoging van de pH vergroot de overdrachtssnelheid; om die reden kan bij een alkalose (hoge pH) epileptische aanvallen ontstaan, zelfs bij een milde alkalose als gevolg van hyperventilatie. Een verlaging van de pH leidt tot vertraging van de impulsgeleiding. Dit verklaart het optreden van een coma bij een acidose (bijvoorbeeld bij diabetes mellitus) of bij uremie; – zuurstofspanning: lokaal zuurstoftekort leidt al binnen seconden tot het stoppen van de impulsoverdracht; een onderbreking in de circulatie in de hersenen leidt binnen 7 s tot bewusteloosheid; – stoffen werkend op impulsoverdracht: de aanwezigheid van bepaalde stoffen in het zenuwstelsel kunnen de impulsoverdracht juist vertragen of versnellen. Zo vergroten de stoffen cafeı¨ne en theofylline de exciteerbaarheid van neuronen, vertraagt LSD de impulsoverdracht door het blokkeren van receptoren van de neurotransmitter serotonine en werken bepaalde medicijnen op de hoeveelheid neurotransmitter aanwezig in de synaps (zie ook intermezzo 6.2). 6.2.5 neurotransmitters Neurotransmitters spelen een essentie¨le rol bij de impulsoverdracht in de synaps. Er zijn veel verschillende neurotransmitters en jaarlijks komen daar nog stoffen bij waarvan wordt vastgesteld dat ze als neurotransmitter werkzaam zijn. De neurotransmitters kunnen worden ingedeeld naar hun chemische aard: – acetylcholine, de meest universele transmitter die exciterend of inhiberend werkt afhankelijk van de receptor; acetylcholine is de transmitter in neuromusculaire verbindingen. Receptoren voor acetylcholine worden cholinerge receptoren genoemd; – biogene aminen, waaronder de catecholaminen adrenaline, noradrenaline en dopamine en daarnaast ook serotonine en histamine; noradrenaline is de neurotransmitter van het sympathische deel van het vegetatieve zenuwstelsel. Noradrenaline en adrenaline grijpen aan op dezelfde receptoren die adrenerge receptoren genoemd. In het ventrale mesencephalon (zie par. 6.6) liggen dopaminerge celgroepen die via hun projecties invloed uitoefenen op de motoriek, de cognitie en het gedrag. Defect in deze celgroepen dat leidt tot dopamine-tekort is de oorzaak van de ziekte van Parkinson. Het serotonerge systeem speelt een belangrijke rol in de slaap-waakcyclus en stemmingen. Noradrenaline, adrenaline, dopamine en serotonine zijn monoaminen en worden in de synapsspleet gere-

221

222

Fysiologie en anatomie niveau 5

sorbeerd voor hergebruik. Histamine komt voornamelijk voor in neuronen in de hypothalamus. De rol hiervan is onduidelijk maar heeft waarschijnlijk te maken met pijngevoel, seksuele opwinding en bloeddruk; – aminozuren zoals glutamaat, aspartaat, GABA (g-aminoboterzuur) en glycine; het overgrote merendeel van impulsoverdracht in de neurale synapsen verloopt via de exciterende neurotransmitter glutamaat. In de motorische en visuele schors werkt ook aspartaat als exciterende neurotransmitter. GABA is de belangrijkste inhiberende neurotransmitter in de hersenen. Voor de hersenstam en het ruggenmerg vervult glycine deze rol; – peptiden zoals substance-P, opioı¨de peptiden (endodorfine, enkefaline) en vele andere. Peptiden zijn ketens van een aantal aminozuren. Neuropeptiden hebben vaak een zeer lokaal effect binnen het zenuwstelsel. Sommige peptiden, die al bekend waren om hun hormonale werking, blijken ook als neurotransmitter op te treden. Substance-P is de transmitter in de zenuwbaan voor pijnsensatie en komt voor in de sensorische neuronen in perifere zenuwen en in de hersenstam. De opioı¨de neurotransmissie is van invloed op systemen die reageren op stress en systemen die te maken hebben pijntransmissie of de controle van cardiovasculaire functies.

Intermezzo 6.2 Stoffen werkend op impulsoverdracht Het chemisch proces van impulsoverdracht kan beı¨nvloed worden door exogene stoffen zoals drugs en geneesmiddelen. Voorbeelden: – cafeı¨ne en theofylline vergroten de exciteerbaarheid van neuronen door verlaging van de drempelwaarde; – strychnine maakt de natuurlijke remmers van de impulsoverdracht (zoals glycine in het ruggenmerg) onwerkzaam. Het gevolg is een massale excitatie waardoor gegeneraliseerde spasmen ontstaan; – atropine is een geneesmiddel dat gebruikt wordt bij spasmen van het maag-darmkanaal en urogenitale organen. Het blokkeert bepaalde receptoren voor acetylcholine waardoor de vegetatieve reacties worden geremd; – LSD blokkeert de receptoren voor serotonine waardoor alertheid kan verminderen; – tricyclische antidepressiva (afgekort als TCA’s) zoals amitriptyline, voorkomen dat monoaminen weer opgenomen worden door het neuron voor hergebruik. Hierdoor zijn deze neurotransmitters langer in de synaps aanwezig, waardoor ze hun prikkelende werking langer kunnen uitvoeren. Medicijnen die opname van serotonine uit de synapsspleet tegengaan worden selective serotonine reuptake inhibitors (SSRI’s) genoemd, bijvoorbeeld paroxetine (Seroxat1); – neurotransmitters als serotonine, noradrenaline en dopamine kunnen in de synapsspleet worden afgebroken door het

6

223

Zenuwstelsel

enzym monoamino-oxidase (MAO). Door dit enzym te blokkeren kan eveneens de concentratie van deze neurotransmitters verhoogd worden. Medicijnen die op deze manier werken worden de MAO-remmers genoemd. Zij worden onder andere bij depressiviteit gebruikt. Het stimulerende effect van cocaı¨ne en amfetaminen wordt ook via MAO-remmers bereikt; – diazepam versterkt de werking van GABA, waardoor het een kalmerend en spierontspannend effect heeft; – morfine gaat een verbinding aan met de zogeheten opiaatreceptoren (de receptoren voor opioı¨de peptiden) in het centrale zenuwstelsel waardoor pijn wordt onderdrukt; – b-blokkers blokkeren de b-adrenerge receptoren in o.a. bloedvaten, skeletspieren, bronchi en het hart, waardoor de impulsoverdracht wordt geremd (zie ook intermezzo 6.5).

6.3

Indeling van het zenuwstelsel

Het zenuwstelsel kan op twee manieren worden ingedeeld, namelijk anatomisch, dat wil zeggen op grond van bouw en ligging en fysiologisch, dat wil zeggen op grond van de functie. 6.3.1 anatomische indeling Bij de anatomische indeling worden het centrale zenuwstelsel (geheel door bot omgeven, afb. 6.8) en het perifere zenuwstelsel (niet door bot omgeven) onderscheiden. Afbeelding 6.8 Mediale doorsnede van het hoofd.

Het centrale zenuwstelsel bestaat uit de hersenen en het ruggenmerg. De hersenen bestaan uit de volgende onderdelen: – cerebrum (grote hersenen, par. 6.4);

224

Fysiologie en anatomie niveau 5

– diencephalon (tussenhersenen, par. 6.5); – hersenstam (truncus cerebri, par. 6.6); deze bestaat uit de mesencephalon (middenhersenen), de pons (brug) en het verlengde merg (medulla oblongata); – cerebellum (kleine hersenen, par. 6.7). Het ruggenmerg (medulla spinalis) wordt in paragraaf 6.8 behandeld. Het perifere zenuwstelsel bestaat uit: – 12 paar hersenzenuwen (par. 6.6); – 31/32 paar spinale zenuwen (par. 6.8); – sympathische grensstreng (par. 6.10.1). 6.3.2 fysiologische indeling Fysiologisch wordt het zenuwstelsel ingedeeld in het animale en het autonome zenuwstelsel. Het animale (willekeurige) zenuwstelsel zorgt voor de relatie met de buitenwereld, onder andere zintuiglijke waarnemingen en bewegingen. Het beschikt daartoe over: – afferente banen; deze zijn aanvoerend, dat wil zeggen dat ze impulsen naar het centrale zenuwstelsel toevoeren. Er zijn sensibele en sensorische banen. Bij sensibele banen betreft het gevoelens vanuit het lichaam, bijvoorbeeld pijn- en drukgevoel en bij sensorische betreft het banen vanuit de zintuigen, bijvoorbeeld oog en oor. Er moet hierbij wel opgemerkt worden dat de begrippen sensibel en sensorisch vaak als synoniemen worden gebruikt; – efferente banen; deze zijn afvoerend, dat wil zeggen van het centrale zenuwstelsel naar spieren of klieren. Ze zijn motorisch. Het autonome (vegetatieve) zenuwstelsel zorgt voor de instandhouding van het lichaam; het betreft hier vegetatieve functies, onder andere spijsvertering en circulatie. Het autonome zenuwstelsel wordt onderverdeeld in het (ortho)sympathische en het parasympathische zenuwstelsel (par. 6.10). Beide soorten hebben afferente en efferente banen. 6.4

Cerebrum

Het cerebrum (grote hersenen) bestaat uit twee hemisferen (hersenhelften) die door de fissura longitudinalis cerebri, een diepe overlangse groeve, van elkaar zijn gescheiden (afb. 6.14). Door de hersenbalk (corpus callosum) staan ze met elkaar in verbinding. Elke hemisfeer bevat de volgende hersenkwabben: – frontaalkwab (lobus frontalis, voorhoofdskwab); – parie¨taalkwab (lobus parietalis, wand(been)kwab); – temporaalkwab (lobus temporalis, slaapkwab); – occipitaalkwab (lobus occipitalis, achterhoofdskwab). De reden voor het feit dat de mens zich qua intellectuele vermogens onderscheidt van alle andere diersoorten is gelegen in de bouw van het cerebrum. Dit onderscheid komt niet door de omvang van de schedel. Natuurlijk zijn er diersoorten die over een grotere schedel en over een groter hersenvolume dan de mens beschikken. Het echte onderscheid is gelegen in de totale oppervlakte van de grote hersenen

6

225

Zenuwstelsel

Afbeelding 6.9 De menselijke hersenen van links gezien.

Afbeelding 6.10 Rechterhersenhelft, diencephalon en hersenstam.

van de mens. Om zo’n hersenoppervlak in een relatief kleine schedel te persen is het nodig dat het hersenweefsel talloze gyri (windingen) en sulci (instulpingen) maakt. Deze gyri en sulci geven de grote hersenen hun karakteristieke uiterlijk. Twee grote sulci zijn: – sulcus centralis (de centrale groeve): een diepe verticale groeve die de scheiding vormt tussen de frontaalkwab en de parie¨taalkwab;

226

Fysiologie en anatomie niveau 5

– sulcus lateralis (de laterale groeve), ook de groeve van Sylvius genoemd: een diepe hersengroeve tussen de temporaalkwab onder enerzijds en de parie¨taalkwab boven anderzijds. Aan de buitenzijde bevindt zich de cortex cerebri (hersenschors) die bestaat uit grijze stof. De grijze kleur duidt op een opeenhoping van zenuwcellichamen en dendrieten. In ieder van de lobi (kwabben) van de cortex liggen gebieden met gespecialiseerde functies: de primaire schorsgebieden. Alle primaire schorsgebieden maken samen niet meer uit dan 15% van het oppervlak van de cortex. De belangrijkste zijn (afb. 6.11): – primaire motorische schors; dit gebied ligt in de frontaalkwab, direct grenzend aan de sulcus centralis in de gyrus precentralis. Dit schorsgebied verzorgt de willekeurige bewegingen. De hoeveelheid cellichamen is afhankelijk van de soort spieren. Voor het uitvoeren van fijne besturingen (bijv. bewegingen van de hand) zijn meer zenuwcellichamen aanwezig dan voor het uitvoeren van grove bewegingen (afb. 6.12). De motorische schors stuurt het motorische systeem aan (par. 6.14.2); – primaire sensibele schors; dit gebied ligt vlak achter de sulcus centralis in de parie¨taalkwab. Dit gedeelte van de cortex ontvangt signalen, die afkomstig zijn van receptoren voor warmte, koude, pijn, tast en druk in de huid. De primaire sensibele schors is in staat de juiste locatie van de prikkel vast te stellen, waarbij ook nu het hele lichaam wordt afgebeeld op de schors (afb. 6.13); – primaire visuele schors; deze bevindt zich in de occipitaalkwab, grenzend aan de fissura longitudinalis. Deze schors is niet aan de buitenkant van de hersenen waarneembaar, maar alleen als de hersenhelften uit elkaar worden gehaald. Hier komen via de nervus opticus impulsen van het netvlies binnen; – primaire auditieve schors; deze bevindt zich in de bovenste winding van de temporaalkwab en verwerkt informatie vanuit het gehoorzintuig. Secundaire schorsgebieden grenzen steeds aan een bijbehorend primair schorsgebied. De belangrijkste zijn: – secundaire motorische schors, juist frontaal van de primaire motorische schors. Dit gebied regelt het uitvoeren van aangeleerde motorische vaardigheden, die een repeterend karakter hebben, zoals pianospelen, typen en autorijden. Bij uitval in dit gebied kunnen alle bewegingen gewoon worden uitgevoerd, alleen de automatismen zijn verdwenen. Vaak kan dit vermogen door intensief trainen weer worden hersteld, waarbij andere zenuwcellen de functie overnemen. Een bijzonder gedeelte van de secundaire motorische schors is het gebied van Broca (motorisch spraakcentrum), gelegen aan de onderzijde van de secundaire motorische schors, grenzend aan de temporaalkwab. Dit centrum komt in actie bij spreken of zelfs bij voorbereiden om te gaan spreken. Wanneer het gebied van Broca is beschadigd is het taalgebruik van de patie¨nt gestoord, maar heeft hij wel taalbegrip (motorische afasie);

6

Zenuwstelsel

227

Afbeelding 6.11 Zijaanzicht van de linkerhelft van het cerebrum met daarop aangegeven verschillende functionele schorsgebieden.

Afbeelding 6.12 Schematische weergave van de representatie van de contralaterale helft van het lichaam in de primaire motorische schors: de motorische homunculus. Lichaamsdelen waarmee gecompliceerde bewegingen kunnen worden gemaakt nemen relatief de grootste delen in van de cortex. De bovenste helft van het gelaat is bilateraal gepresenteerd.

– secundaire sensorische schors, juist dorsaal van de primaire sensorische schors. Hier wordt alle informatie, die de primaire sensorische schors binnenkomt geanalyseerd en vergeleken, zodat er begrip ontstaan over de waarnemingen, die worden gedaan. Als iemand in

228

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 6.13 Somatosensorische representatie van de contralaterale helft van het lichaam in de primaire sensibele schors: de sensorische homunculus. De representatie van het lichaam is niet proportioneel en het gelaat is voor een belangrijk deel bipolair gerepresenteerd.

een volle tas graait is hij feilloos in staat er met de ogen dicht zijn sleutels uit te halen, omdat deze worden herkend aan het oppervlak, het gewicht, de vorm enzovoort. Het gebied van Wernicke (sensorisch spraakcentrum) ligt vlak achter de secundaire sensibele schors en is vooral betrokken bij taalbegrip. Wanneer het gebied van Wernicke degenereert, is bij de patie¨nt het taalgebruik intact maar het taalbegrip gestoord (sensorische afasie). Bij mildere vormen heeft de patie¨nt alleen moeite met het vinden van woorden. Hij kent bijvoorbeeld het woord ‘mes’ niet meer en hij probeert de bedoeling dan duidelijk te maken door het mes te gaan omschrijven; – secundaire visuele schors ligt helemaal achteraan in de hemisferen, waar het binnenoppervlak (primaire visuele schors) en het buitenoppervlak van de occipitaalkwab in elkaar overgaan. Hierin ligt een visuele databank opgeslagen: alle beelden, die men ooit heeft waargenomen worden hierin bewaard, zodat het beeld, dat op het netvlies aanwezig is kan worden vergeleken met eerder verkregen informatie en er vervolgens via associatie een betekenis aan kan worden toegekend. Schade aan de secundaire visuele schors kan er toe leiden, dat de patie¨nt niet begrijpt wat hij ziet (‘zielsblindheid’). ‘De man die dacht dat zijn vrouw een hoed was’ (Oliver Sacks); – de secundaire auditieve schors is, analoog aan het voorgaande, de auditieve databank.

Intermezzo 6.3 Dominante hersenhelft voor taal Tot voor kort werd gedacht, dat de taal- en spraakcentra maar in e´e´n van de twee hemisferen voorkwam (meestal de linker). Recent onderzoek toont aan, dat bij spreken ook in de tegenoverliggende schors activiteit is waar te nemen. Het hele idee van een

6

Zenuwstelsel

dominante hemisfeer komt overigens meer en meer op losse schroeven te staan. Wanneer wordt gesproken over een dominante hersenhelft (meestal de linker), dan wordt bedoeld: ‘dominant voor taal’. De ‘dominante’ hersenhelft is vooral actief als we een zin samenstellen, een berekening maken of iets uit ons hoofd leren. De andere hemisfeer is vooral betrokken bij vaardigheden met een ruimtelijk aspect, met intuı¨tie en emotie en met creativiteit. Iemand die een roman van een Russische schrijver met (voor Nederlanders) onuitsprekelijke lange namen leest zal merken dat hij in staat is de personen te onthouden doordat hij het woordbeeld (het plaatje) van de naam onthoudt. Hierbij is onmiskenbaar de niet-dominante hersenhelft betrokken. Als deze romanlezer gevraagd zou worden de hoofdpersonen op te noemen, zou hem dat waarschijnlijk niet lukken.

Tussen de bovengenoemde schorsvelden bevinden zich associatieve schorsvelden. De belangrijkste associatieve centra zijn: – prefrontale schors; deze is, zoals de naam suggereert, te vinden is in het meest naar voren gelegen gedeelte van de frontaalkwab. Dit is het ingewikkeldste deel van de hele cortex. Het is betrokken bij de vorming van de persoonlijkheid, planningsvaardigheden, intelligentie, logisch redeneren, volharding, rekening houden met anderen en geweten. De prefrontale schors heeft veel vertakkingen met het limbische systeem (zie par. 6.14.3) en is dan ook betrokken bij stemming en emotie. Het ontwikkelt zich traag tijdens de kleuterjaren en is sterk afhankelijk van positieve en negatieve invloeden. Stoornissen kunnen leiden tot hevige stemmingswisselingen, verlies van aandacht, stoornissen in het sociale gedrag, verkeerd inschattingsvermogen, enzovoort. Bij de ziekte van Pick (frontaalkwabdementie) is degeneratie aanwezig in dit gebied. Behalve geheugenstoornissen leidt dit ook vaak tot veranderingen in persoonlijkheid en gedrag; – gnostisch centrum; deze bevindt zich in het overgangsgebied tussen de temporaal-, parie¨taal- en occipitaalkwab. Het is de plaats waar alle sensorische input wordt verwerkt en samengesteld tot e´e´n beeld van de werkelijkheid. Dit beeld wordt vervolgens doorgestuurd naar hogere schorsgebieden voor het nemen van de juiste beslissing, vooral in crisissituaties. Beschadiging leidt tot een matige tot ernstige vorm van mentale retardatie. Ook al is alle sensorische informatie intact, de persoon kan het niet meer gebruiken voor het juist interpreteren van de situatie en voor het nemen van de juiste beslissingen. Het inwendige van het cerebrum, bestaande uit uitlopers (afferente en efferente banen) van zenuwcellen, wordt de witte stof (merg) genoemd. Deze kleur wordt veroorzaakt door de myelineschede van de axonen.

229

230

Fysiologie en anatomie niveau 5

In het cerebrum zijn verschillende verbindingen aanwezig tussen verschillende onderdelen van het cerebrum onderling en tussen het cerebrum en andere onderdelen van het centrale zenuwstelsel. Er zijn verbindingen: – binnen de hemisferen; dit zijn associatiebanen, dat wil zeggen vezels die verbindingen vormen tussen de verschillende schorsgebieden, bijvoorbeeld vezels die van de optische schors naar de motorische schors lopen; – tussen de beide hemisferen; dit geschiedt via het corpus callosum (hersenbalk, afb. 6.14), bijvoorbeeld commissuren (verbindingen) tussen de beide gezichtscentra; wanneer de hersenbalk afwezig is (‘split brain’) is er geen communicatie tussen de linker- en rechterhersenhelft meer mogelijk. Dit heeft vele gevolgen. Een voorbeeld maakt dit duidelijk. Wanneer men links van zich een voorwerp waarneemt wordt de informatie naar de rechterhersenhelft gestuurd. Via de hersenbalk bereikt de informatie het taalcentrum in de linkerhersenhelft, waardoor men het voorwerp een naam kan geven, bijvoorbeeld een kam. Iemand met een split brain is daartoe niet in staat. Als het voorwerp in het rechtergezichtsveld ligt gaat de informatie direct naar de hemisfeer met het taalcentrum en kan ook de persoon met een split brain het voorwerp benoemen; – tussen het cerebrum en het ruggenmerg; de verbinding van de sensibele banen (opstijgende banen) verloopt via de thalamus (par. 6.5.1). De motorische verbinding wordt gevormd door de piramidebanen (afdalende, motorische banen). Ze bestaan uit motorische zenuwvezels voor de beweging van willekeurige spieren. Deze motorische zenuwvezels zijn uitlopers van piramidevormige cellen in de motorische hersenschors. Ze kruisen ter hoogte van het foramen magnum (achterhoofdsgat) bij de overgang van het verlengde merg naar het ruggenmerg. Daarna eindigen ze ten slotte bij de motorische voorhoorncellen van het ruggenmerg (par. 6.6); – tussen het cerebrum en het cerebellum; hier bevindt zich de pons (brug). Via de pons lopen de verbindingen voor de coo¨rdinatie van houding en beweging. Binnen de hemisferen van het cerebrum bevinden zich de twee zijventrikels (hersenkamers). Deze staan in verbinding met de mediaal gelegen derde ventrikel door het foramen interventriculare (foramen van Monro). Door deze opening kan de liquor afvloeien (par. 6.12). In de diepte van beide hemisferen liggen ophopingen van zenuwcellichamen (kernen) die betrokken zijn bij de regeling van de onwillekeurige bewegingen en de spierspanning (tonus). Deze kernen vormen tezamen met aangrenzende delen van de hersenstam, de thalamus en het mesencephalon de basale kernen (par. 6.14.2). Samenvattend zijn de functies van het cerebrum in vier categoriee¨n te verdelen: sensorische, associatieve, psychische en motorische functies.

6

231

Zenuwstelsel

Afbeelding 6.14 Frontale doorsnede van de hersenen.

6.5

Diencephalon

Het diencephalon (tussenhersenen) bestaat uit de thalamus, de hypothalamus en de epithalamus. Ze zijn rondom de derde hersenventrikel gelegen, ingeklemd tussen de beide hemisferen van het cerebrum. De derde ventrikel staat via een smal kanaal, aqueductus cerebri (aqueduct) in verbinding met de vierde ventrikel (par. 6.12). 6.5.1 thalamus De thalamus bestaat uit een gepaarde structuur van grijze stof aan weerszijden van de derde hersenventrikel. Het is het belangrijkste sensibele schakelcentrum voor de impulsen die naar de hersenschors gaan; de thalamus werkt als een soort zeef om te voorkomen dat het cerebrum overvoerd raakt met niet ter zake doende informatie. Het is als het ware een barrie`re voor niet gewenste prikkels. Bewoners naast een drukke autoweg hebben bijvoorbeeld op den duur minder last van het lawaai door gewenning. De thalamus heeft ‘geleerd’ dat het lawaai gewoon is. Dat men in staat is zich in een rumoerige klas toch te concentreren, dat iemand niet gek wordt van het schuren van kleren langs zijn lijf en is te danken aan de thalamus. De uiteindelijke interpretatie van alle binnenkomende informatie vindt niet in de thalamus maar in de hoger gelegen cortex plaats. Niet alle binnenkomende informatie wordt door de thalamus geleid. Een bekend voorbeeld is de informatie van het reukzintuig. Deze wordt niet gefilterd maar gaat rechtstreeks naar de grote hersenen. Dat is de reden dat iemand bij bewustzijn kan worden gebracht (de cortex kan worden geactiveerd) door hem aan een flesje ammoniak te laten ruiken. Onderzoek heeft aangetoond dat zelfs bij een patie¨nt onder narcose reukwaarnemingen de hersenschors bereiken.

232

Fysiologie en anatomie niveau 5

6.5.2 hypothalamus De hypothalamus vormt de bodem van het diencephalon. Via de hypofysesteel staat de hypothalamus in verbinding met de neurohypofyse (hypofyseachterkwab, par. 7.2.1). Het betreft hier de zenuwceluitlopers, die de beide hormonen ADH en oxytocine (geproduceerd in de hypothalamus) afvoeren naar de neurohypofyse, waar ze worden opgeslagen. Er is in dit verband sprake van neurosecretie. De relatie van de hypothalamus met de adenohypofyse (hypofysevoorkwab) is van geheel andere aard. Deze vindt plaats door middel van een netwerk van bloedvaten waarlangs stoffen (de zgn. releasing hormones) naar de hypofysevoorkwab worden vervoerd die de verschillende cellen van deze kwab aanzetten tot productie van hormonen (par. 7.2.2). De hypothalamus met de hypofyse ligt dicht tegen het chiasma opticum, de plaats waar de gezichtszenuwen elkaar kruisen. Hypofysetumoren kunnen tegen het chiasma drukken, waardoor de impulsgeleiding wordt verstoord. De patie¨nt neemt dan twee beelden waar of heeft last van gezichtsvelddefecten. Vaak is dit het eerste symptoom van een hypofysetumor. De hypothalamus is het primaire centrum van het autonome zenuwstelsel en bevat regelcentra voor vegetatieve systemen: – centrum voor het endocriene systeem; de hypothalamus produceert de eerder genoemde hormonen ADH en oxytocine die vervolgens worden opgeslagen in de neurohypofyse. De via het bloed aangevoerde stoffen (releasing hormones) ‘besturen’ de adenohypofyse (zie par. 7.2.2); – het warmtecentrum speelt een belangrijke rol bij de regulatie van de lichaamstemperatuur (zie hoofdstuk 9); – het hongercentrum en het verzadigingscentrum regelen de eetlust; de prikkeling van het hongercentrum geschiedt waarschijnlijk door een verlaagd insulinegehalte van het bloed tezamen met een verlaagde plasmaglucosespiegel. Dit is te beschouwen als een regulatie van de eetlust op de korte termijn. Het verzadigingscentrum wordt beı¨nvloed door het hormoon leptine, dat door vetcellen wordt afgegeven. De aanwezigheid van dit hormoon is te beschouwen als een signaal, dat de vetreserves goed gevuld zijn. Er is aangetoond, dat de hypothalamus bij sommige mensen met obesitas (vetzucht) minder gevoelig is voor dit hormoon; – het dorstcentrum regelt de waterhuishouding (par. 1.3.1); de cellen van het dorstcentrum zijn gevoelig voor een stijging van de kristalloı¨d-osmotische waarde van het plasma. Ook speelt de hypothalamus als deel van het limbische systeem (zie par. 6.14.3) een rol bij de interpretatie van gevoelens, met name of zij als ‘prettig’ of ‘onprettig’ worden ervaren. 6.5.3 epithalamus De epithalamus vormt het dak van de derde ventrikel. Deze is bekleed met ependymcellen van de plexus choroideus. Zij produceren de liquor cerebrospinalis (‘hersenvocht’). Het meest dorsale einde van de epithalamus wordt gevormd door de epifyse (pijnappelklier). Dit is een hor-

6

Zenuwstelsel

moonklier, die het hormoon melatonine produceert. De productie van dit hormoon staat onder invloed van daglicht: bij het vallen van de avond is de productie het grootst. Melatonine speelt daarom een belangrijke rol bij het tot stand komen van het dag- en nachtritme. Het hormoon wordt tegenwoordig veel geslikt om de gevolgen van een jetlag te verminderen. Ook door verpleegkundigen, die de nachtdienst in moeten wordt het wel gebruikt. De risico’s bij langdurig gebruik zijn echter onvoldoende bekend. Melatonine is ook in staat de vorming van toxisch b-amyloı¨d te blokkeren en wordt daarom soms voorgeschreven bij de ziekte van Alzheimer. 6.6

Hersenstam

6.6.1 hersenzenuwen De hersenstam (truncus cerebri) is de plaats waar tien van de twaalf paar hersenzenuwen ontspringen. De hersenzenuwen worden aangeduid met een Romeins cijfer. In Amerikaanse literatuur, en daarmee in veel wetenschappelijke artikelen, worden de hersenzenuwen ook wel afkort met de hoofdletter N gevolgd door het Romeinse cijfer. Hersenzenuwen I en II ontspringen niet in de hersenstam. De twaalf hersenzenuwen zijn: I de nervus olfactorius (reukzenuw); hij is sensorisch en is opgebouwd uit een twintigtal fila olfactoria (bundeltjes zenuwvezels) die via kanaaltjes in het zeefbeen de schedelholte bereiken. Hier staan ze in verbinding met de bulbus olfactorius (een kolfachtige verdikking) die het begin vormt van de tractus olfactorius (reukbaan); II de nervus opticus (gezichtszenuw of oogzenuw); hij is sensorisch en hun cellichamen liggen in de retina. In het chiasma opticum, vlak boven de hypofyse, vindt een gedeeltelijke kruising van de linker- en de rechterzenuw plaats (afb. 8.17). Vervolgens schakelen de axonen in thalamus en eindigen in de primaire optische schors. Takken van de nervus opticus lopen naar het cerebellum en spelen een rol bij het evenwicht. Op e´e´n been staan met gesloten ogen is een stuk moeilijker dan met de ogen geopend; III de nervus oculomotorius; hij is motorisch en zorgt samen met de hersenzenuwen IV en VI voor de innervatie van de oogspieren. Bovendien bevat de zenuw sympathische en parasympathische vezels die ook een motorische functie hebben, namelijk dilatatie en constrictie van de pupil, accommodatie van de lens en het optrekken van het bovenste ooglid. Ook is de zenuw betrokken bij de corneareflex; IV de nervus trochlearis; hij is motorisch en zorgt voor de innervatie van de musculus obliquus superior (bovenste schuine oogspier); V de nervus trigeminus (drielingzenuw); het is een gemengde zenuw, dat wil zeggen dat hij bestaat uit een motorische tak die voor de innervatie van de kauwspieren zorgt en drie sensorische takken (gevoelstakken) die voor de innervatie van voorhoofd en oog, bovenkaak en onderkaak zorgen. De afferente baan van de corneareflex is de nervus trigeminus. De efferente banen zijn de

233

234

Fysiologie en anatomie niveau 5

nervus facialis en de nervus oculomotorius. Trigeminusneuralgie is een aandoening van het ganglion van deze zenuw, die soms spontaan of soms na gevoelsprikkels (warmte, koude, aanraken) sterk gestimuleerd wordt. De patie¨nt ervaart dit als buitengewoon heftige pijnscheuten in het gelaat en reageert daarop met spiertrekkingen. Deze spiertrekkingen verklaren de oude naam (tic douloureux). De behandeling van chronische gevallen kan bestaan uit coagulatie: door het toedienen van warmte worden de pijnbanen van de nervus trigeminus onderbroken, de gevoelsbanen blijven dan intact; VI de nervus abducens; hij is motorisch en zorgt voor de innervatie van de musculus rectus lateralis (buitenste rechte oogspier); VII de nervus facialis (aangezichtszenuw); hij is gemengd: het motorisch gedeelte zorgt voor de innervatie van de gelaatsspieren (belangrijk voor de mimiek); het sensorisch gedeelte zorgt voor de innervatie van de smaak (tweederde deel van de tong). Bovendien zijn er parasympathische gedeelten voor de innervatie van de traanklieren en speekselklieren (onderkaak- en ondertongspeekselklieren, zie hoofdstuk 10). Facialisparese komt frequent voor na een CVA (hersenbloeding of herseninfarct) of bij een bellparalyse (acute idiopathische faciale paralyse). De mond- en ooghoeken van de patie¨nt gaan dan naar beneden hangen en ook treden er vaak smaakveranderingen op; VIII de nervus vestibulocochlearis (gehoor- en evenwichtszenuw); hij is sensorisch en bestaat uit: – de nervus cochlearis (gehoorzenuw); – de nervus vestibularis (evenwichtszenuw). De belangrijkste takken van deze zenuw eindigen in het cerebellum; IX de nervus glossopharyngeus (tong-keelzenuw); hij is gemengd. Het motorische gedeelte innerveert onder andere de spieren van de keelwand en de larynx (strottenhoofd). De sensorische takken zorgen voor de innervatie van het smaakzintuig (achterste eenderde deel van de tong) en van de gevoelszintuigen op het achterste gedeelte van de tong en in de wand van de keelholte (zie slikreflex, par. 10.11). Ook de drukgevoelige sensoren in de sinus caroticus (verwijding in de halsslagader, par. 2.2.2) worden door deze zenuw verzorgd. Parasympathische gedeelten innerveren de glandula parotidea (oorspeekselklieren); X de nervus vagus (zwervende zenuw); hij is gemengd en zwerft buiten het hoofd. Het is een belangrijke parasympathische zenuw die de vegetatieve organen van hals, borst en bovenbuik innerveert (par. 6.10.2). Een belangrijke zijtak van de nervus vagus is de nervus (laryngeus) recurrens die behoort tot het willekeurige gedeelte van de nervus vagus en zorgt voor de innervatie van de slikspieren en de stembandspieren; XI de nervus accessorius; hij is motorisch en zorgt voor de innervatie van de musculus sternocleidomastoideus (schuine halsspier) en de musculus trapezius (monnikskapspier);

6

Zenuwstelsel

XII De nervus hypoglossus (ondertongzenuw); hij is motorisch en zorgt voor de innervatie van de tongspieren. 6.6.2 formatio reticularis In de hersenstam bevindt zich de formatio reticularis (reticulaire formatie). Het is een diffuus netwerk van zenuwcellen, centraal in de hersenstam gelegen, met uitlopers naar de thalamus (in het diencephalon) en het ruggenmerg. De formatio reticularis regelt het bewustzijnsniveau (functieniveau) van het centrale zenuwstelsel; een boeiend televisieprogramma bijvoorbeeld zal de aandacht blijven trekken. De formatio reticularis heeft een motorisch en een sensorisch gedeelte. Wanneer prikkels worden opgevangen door specifieke zintuigen, worden van hieruit impulsen doorgegeven aan onder andere het sensorische gedeelte van de formatio reticularis. Via vele schakelneuronen worden de reticulaire kernen van de thalamus geactiveerd. Van hieruit gaan vezels naar alle delen van de hersenschors, vooral naar de frontale gebieden. Wanneer tijdens het slapen bijvoorbeeld de wekker afloopt, wordt het sensorische gedeelte van de reticulaire substantie geprikkeld, waardoor via de thalamus de cortex cerebri wordt geprikkeld. Het gevolg is dat men ontwaakt. De formatio reticularis heeft een ritmische activiteit, namelijk het waak- en slaapritme (‘inwendige klok’). Hierbij is sprake van twee systemen: het ARAS (ascenderend reticulair activerend systeem) en het DRAS (descenderend reticulair activerend systeem). Ascenderend wil zeggen: opstijgend ofwel vanuit de perifere delen van het lichaam naar de cortex. Het descenderend systeem stimuleert vanuit de cortex de spieren. Het ARAS activeert het DRAS en omgekeerd. Een paar voorbeelden maakt dit duidelijk. – Wanneer iemand net wakker is geworden staat hij nog wat onvast op de benen. Het bewustzijnsniveau is nog zo laag, dat de motorische schors niet voldoende in staat is controle over de spieren uit te oefenen (DRAS). Het uitrekken, dat iemand doet na het ontwaken, heeft een functie. In de spieren bevinden zich spierspoeltjes, propriosensoren (par. 8.1) die de spierspanning registreren. De afferente signalen die vanuit deze spierspoeltjes opstijgen, activeren de formatio reticularis (ARAS). Deze activeert op zijn beurt de hersenschors, het bewustzijnsniveau stijgt. Door uitrekken word je dus sneller wakker. – De werking van het ARAS en DRAS is prachtig te zien bij het fenomeen knikkebollen. Iemand zit in de trein en begint weg te doezelen. De activiteit van de cortex en het bewustzijnsniveau dalen. Anders gezegd: de activiteit van het DRAS daalt. Daardoor vermindert de controle over de spieren, waaronder de nekspieren. Het hoofd dreigt naar voren te vallen, waardoor de spierspoeltjes weer worden geactiveerd. Het ARAS activeert vervolgens weer de cortex et cetera. Wanneer een patie¨nt onder narcose wordt gebracht worden de verschillende delen van het ARAS medicamenteus uitgeschakeld: – spierrelaxantia zorgen ervoor dat de spieren zich ontspannen. De

235

236

Fysiologie en anatomie niveau 5

activerende invloed van de spierspoeltjes en ruggenmergsreflexen verdwijnen. Het gevolg is wel, dat de patie¨nt niet meer zelf kan ademhalen en beademd moet worden; – analgetica onderdrukken de opstijgende pijnprikkels. Daarnaast krijgt de patie¨nt hypnotica, die leiden tot het tijdelijk uitschakelen van het geheugen en brengen de patie¨nt uiteindelijk onder narcose. 6.6.3 onderdelen hersenstam De hersenstam bestaat uit de mesencephalon (middenhersenen), de pons (brug) en het verlengde merg (medulla oblongata). Mesencephalon In het mesencephalon bevindt zich het aqueductus cerebri (aqueductus mesencephali, kortweg aqueduct), het smalle kanaal dat de verbinding vormt tussen de derde en vierde ventrikel. In het mesencephalon bevindt zich een aantal reflexcentra voor de gezichtszin en de gehoorzin. Pons De pons, voorheen brug van Varol genoemd, bestaat voornamelijk uit kruiselings verlopende vezelverbindingen tussen het cerebrum en het cerebellum en uit dwarsverbindingen tussen de beide hemisferen van het cerebellum. De pons bevat een gedeelte van de vierde hersenventrikel (par. 6.12). Verlengde merg Het verlengde merg bevat ook een gedeelte van de vierde hersenventrikel dat uitloopt in het centraal kanaal dat zich voortzet in het ruggenmerg. De bouw van het verlengde merg toont veel overeenkomsten met die van het ruggenmerg, met name de ligging van de witte en grijze stof. Het verlengde merg bevat een aantal belangrijke centra, onder andere het ademcentrum (par. 4.5), het vasomotorisch centrum, dat een belangrijke rol speelt bij het reguleren van de bloeddruk door middel van vasoconstrictie en vasodilatatie van de arteriolen (par. 2.2.3), het braakcentrum en het hoestcentrum. 6.7

Cerebellum

Het cerebellum (kleine hersenen, afb. 6.8, 6.9, 6.10 en 6.27) bestaat uit een ongepaard middengedeelte, de vermis (worm) genoemd, en de twee hemisferen. De grijze schors van iedere hemisfeer vertoont een groot aantal smalle, min of meer parallel verlopende windingen en groeven waardoor een geplooid oppervlak ontstaat. De groeven hebben veel vertakkingen zodat op doorsnede de witte stof van het merg zich boomvormig vertakt (de ‘levensboom’) onder de grijze schors. De beide hemisferen zijn gescheiden door een diepe groeve. Diep in de witte merglaag liggen enkele centrale kernen (bestaande uit grijze stof ).

6

Zenuwstelsel

Door middel van drie paar pedunculi cerebelli (kleine hersenstelen) is het cerebellum verbonden met de drie delen van de hersenstam: het mesencephalon, de pons en het verlengde merg. In deze pedunculi cerebelli lopen alle afferente en efferente banen. Op deze wijze staat het cerebellum ook in verbinding met het cerebrum en met het ruggenmerg. De functie van het cerebellum bestaat uit de coo¨rdinatie van de lichaamshouding en de beweging. Het cerebellum moet daarom in verbinding staan met de rest van het centrale zenuwstelsel. Het staat in verbinding met de motorische voorhoorncellen van de ruggenmergssegmenten (par. 6.8). Hierdoor is het cerebellum in staat bewegingen te sturen nadat het de nodige informatie afkomstig uit cerebrum, hersenstam en het ruggenmerg heeft verwerkt. Vanuit het cerebrum worden er impulsen langs het cerebellum gestuurd over bepaalde bewegingen waardoor het geı¨nformeerd wordt over de aard van de bedoelde beweging. Vanuit de hersenstam krijgt het cerebellum informatie over de stand van het lichaam in de ruimte. Vanuit het ruggenmerg komt er informatie binnen van gewrichten, spieren en pezen en daarmee van de stand van de verschillende lichaamsdelen onderling. Het cerebellum is zo te beschouwen als een groot schakelstation, waarbij het vooral zorgt voor het samenwerken van de vele spierbewegingen en voor het bewaren van het lichaamsevenwicht. De gehele motoriek wordt voortdurend bijgestuurd door het cerebellum. Wanneer men bijvoorbeeld naar een voorwerp grijpt, zorgen impulsen uit het cerebellum ervoor dat men zijn doel niet voorbijschiet. De functie van het cerebellum is te vergelijken met die van een automatische piloot. Afwijkingen in het voorgeschreven gedrag worden door terugkoppelingsmechanismen voortdurend gecorrigeerd. Ernstige beschadiging van het cerebellum uit zich in slecht op elkaar afgestemde bewegingen en kan onder meer leiden tot een cerebellaire ataxie (‘dronkenmansgang’). Hersenscans hebben uitgewezen, dat het cerebellum ook een belangrijke rol speelt bij het leerproces. Tijdens het aanleren van nieuwe kennis en vaardigheden blijken de cellen van het cerebellum buitengewoon actief. Het cerebellum bevat dan ook meer zenuwcellen dan de grote hersenen. 6.8

Ruggenmerg

Het ruggenmerg (medulla spinalis, afb. 6.15, 6.16 en 6.17) is in de vorm van een streng gelegen in het wervelkanaal vanaf het achterhoofdsgat tot ongeveer de tweede lendenwervel. Het vormt de verbinding tussen de hersenen en de periferie van het lichaam door middel van de 31/32 paar spinale zenuwen (perifere zenuwen). Het betreft hier afferente (sensorische) banen die de impulsen naar het centrale zenuwstelsel voeren en efferente (motorische) banen die de impulsen vanuit het centrale zenuwstelsel naar de spieren en klieren sturen. Het ruggenmerg bevat ook verbindingen tussen de ruggenmergsseg-

237

238

Fysiologie en anatomie niveau 5

menten onderling door associatieve schakelneuronen die gelegen zijn op de grens van de grijze en witte stof. Het ruggenmerg regelt de reflexen van de romp en de ledematen. Bovendien bevat het ruggenmerg centra van het autonome zenuwstelsel. Het is omgeven door de drie ruggenmergsvliezen die een voortzetting zijn van de drie hersenvliezen (par. 6.11). In het ruggenmerg bevindt zich het zeer nauwe centrale kanaal, gevuld met liquor, waaromheen de grijze stof ligt die bestaat uit de zenuwcellichamen en de korte uitlopers zonder myelineschede. De grijze stof heeft op een dwarsdoorsnede door het ruggenmerg de vorm van een vlinder (letter H) (afb. 6.18). Deze vlindervormige grijze substantie heeft twee dorsale hoorns of achterhoorns en twee ventrale hoorns of voorhoorns. In de achterhoorns komen de sensorische vezels binnen en zijn de zenuwcellichamen van de schakelneuronen gelegen (afb. 6.19). In de voorhoorns bevinden zich de cellichamen van de motorische zenuwcellen. In het ruggenmerg ter hoogte van de borstwervels en de eerste lendenwervel bevinden zich de zijhoorns of laterale hoorns. Hierin bevinden zich de cellichamen van de sympathische neuronen van het autonome zenuwstelsel (par. 6.10.1). Afbeelding 6.15 Schema van de bouw van ruggenmerg en grensstrengen.

De witte stof ligt aan de buitenzijde van het ruggenmerg en omgeeft de grijze vlindervormige structuur. Hij bestaat hoofdzakelijk uit in de lengterichting lopende zenuwbanen (groepjes van bij elkaar horende zenuwvezels). Er zijn sensorische banen (afferente, opstijgende ba-

6

Zenuwstelsel

239

Afbeelding 6.16 Ruggenmerg. Links. Schematische weergave van het achteraanzicht van het ruggenmerg van de mens met de wortels van de spinale zenuwen (c) in de wervelkolom. Bij de min of meer spoelvormige verdikking cervicaal (a) en lumbaal (d) treden de zenuwen uit die de spieren van de armen respectievelijk benen verzorgen. In de dorsale wortels van elke spinale zenuw ligt een spinale ganglion (b). De cauda equina bestaat uit in het onderste gedeelte van het wervelkanaal naar beneden lopende wortels van spinale zenuwen (e). Rechts. Ligging van het ruggenmerg in het wervelkanaal (dwarse doorsnede). Afbeelding 6.17 Inhoud van het wervelkanaal, dwarsdoorsnede ter hoogte van C5 (vijfde halswervel).

240

Fysiologie en anatomie niveau 5

nen) en motorische banen (efferente, afdalende banen). De opstijgende banen liggen vooral aan de dorsale zijde tussen de beide achterhoorns. De afdalende banen liggen vooral aan de ventrale zijde tussen de beide voorhoorns. Het ruggenmerg heeft een segmentale bouw, dat wil zeggen dat het te verdelen is in zogenaamde segmenten, overeenkomende met de foramina intervertebralia (uittreedplaatsen van de spinale zenuwen tussen de wervels) van de wervelkolom. Er zijn 31 of 32 paar spinale zenuwen (ruggenmergszenuwen); iedere spinale zenuw heeft een dorsale wortel (achterwortel) en een ventrale wortel (voorwortel). De dorsale wortels zijn gelegen aan de rugzijde van het ruggenmerg en bestaan uit afferente vezels, afkomstig van de zintuigen. De sensorische impulsen komen via de dorsale wortels het ruggenmerg binnen. De cellichamen van de sensorische neuronen liggen in het spinale ganglion (ruggenmergszenuwknoop) van het desbetreffende segment. De spinale ganglia liggen buiten het ruggenmerg maar binnen de wervelkolom. De ventrale wortels zijn gelegen aan de buikzijde van het ruggenmerg en bestaan uit vezels van de motorische (efferente) neuronen. De cellichamen van de motorische neuronen liggen in de voorhoorns van het ruggenmerg. Via de ventrale wortels van het ruggenmerg worden impulsen naar de spieren en klieren vervoerd (afb. 6.18 en 6.19). De spinale zenuwen zijn, perifeer van het spinale ganglion, gemengde zenuwen, dat wil zeggen dat ze afferente (sensorische) en efferente (motorische) vezels bevatten. Hieronder bevinden zich ook vele autonome vezels (afb. 6.20). Afbeelding 6.18 Dwarse doorsnede van het ruggenmerg.

Afbeelding 6.19 Ligging van cellichamen in en bij het ruggenmerg.

6

Zenuwstelsel

241

Afbeelding 6.20 Dwarsdoorsnede door een spinale zenuw (vergroting 1000x); BV = bloedvat; ZV = afzonderlijke axonen.

De sensibele en motorische innervatie van het lichaamsoppervlak verloopt in segmenten, elk corresponderend met een ruggenmergszenuw. Deze segmenten worden dermatomen genoemd (afb. 6.21). Bij beschadiging van een ruggenmergszenuw krijgt de patie¨nt symptomen in het bijbehorende dermatoom. Dat is bijvoorbeeld goed waarneembaar bij herpes zoster (gordelroos). Bij herpes zoster verspreidt zich een virus vanuit het dorsale ganglion van meestal e´e´n ruggenmergssegment langs de sensibele axonen (tegengesteld aan de zenuwimpulsen) naar het bijbehorende lichaamsoppervlak (dermatoom). De patie¨nt heeft dan een pijnlijke band over het lichaam waar de huid is aangedaan. Bij volwassenen bevat het wervelkanaal vanaf de tweede lumbale wervel geen ruggenmerg maar slechts zenuwceluitlopers. Deze vormen de zogenaamde cauda equina. Hij bestaat uit een naar beneden lopende paardenstaartachtige bundel van de onderste spinale zenuwwortels, gelegen in de durazak (par. 6.11.3). De wervelkolom groeit sneller en vooral ook langer door dan het ruggenmerg zodat de onderste spinale zenuwwortels moeten afdalen om hun oorspronkelijke tussenwervelgaten te bereiken. Het ruggenmerg is als het ware opgestegen in het wervelkanaal (ascensus). Als er bij een volwassene liquor moet worden afgenomen door middel van een lumbaalpunctie, dan gebeurt dit onder het niveau van de tweede lumbale wervel. Er bestaat dan geen gevaar dat men in het ruggenmerg prikt. Bij een pasgeborene vult het ruggenmerg nog bijna het gehele wervelkanaal. In dat geval wordt een lumbaalpunctie uitgevoerd in het sacrale eind van het wervelkanaal. Op twee plaatsen vormen de spinale zenuwen een plexus (vlechtwerk) nadat ze zijn uitgetreden tot buiten de wervelkolom:

242

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 6.21 Segmentale verdeling van dermatomen behorende tot de nervus trigeminus (Tr) en het cervicale, thoracale, lumbale en sacrale niveau van het ruggenmerg.

– in het halsgebied: de cervicale plexus die de huid en de spieren van de hals verzorgt; – in het lendengebied: de lumbosacrale plexus die het been verzorgt.

Intermezzo 6.4 Evolutie van de hersenen De opbouw van de hersenen is volgens het fylogenetische (ontwikkeling tijdens de evolutie) model ontstaan door steeds nieuwe structuren boven de oude structuren: er is sprake van superpositie. De oude structuren worden in het gareel gehouden door de jongere. Zo is samenhang tussen de structuren ontstaan en zijn de functies steeds verfijnd. Van oud naar jong zijn er achtereenvolgens: – archiniveau: het meest basale niveau gevormd door de formatio reticularis, de grijze stof van het ruggenmerg en een deel van het cerebellum. Vanuit de formatio reticularis prikkelt het ARAS de hersenschors, zodat men zintuiglijk, mentaal en motorisch alert is. Via het DRAS activeert de formatio reticularis het ruggenmerg en de reflexen. Het archiniveau zorgt zo voor lichaamshouding, reflexen en bewustzijn. Beschadiging van de formatio reticularis veroorzaakt een verlaging of verlies van het bewustzijn. Beschadiging van de grijze stof van het ruggenmerg veroorzaakt areflexie. De

6

Zenuwstelsel

functies van het ruggenmerg kunnen ook ontremd zijn. Bij een dwarslaesie zijn de ruggenmergsreflexen sterk ontremd: ze staan niet meer onder de remmende invloed van de hogere structuren; – paleoniveau: bestaat uit de basale kernen, hypothalamus, limbisch systeem en het vermis van het cerebellum. Het paleoniveau heeft te maken met emotie, expressie hiervan en automatismen. Het heeft niet alleen te maken met basale emoties (honger, dorst), maar ook met pijn, woede, angst et cetera. Bij al deze emoties hoort een speciaal gedrag, bijvoorbeeld bij dorst het zoeken van water, bij angst vluchten of vechten. Dit alles heeft te maken met overleven. Het paleoniveau speelt ook een belangrijke rol bij routines. Een nieuwe beweging wordt aanvankelijk uit de hersenschors gestuurd. Wanneer deze beweging is aangeleerd en routine is geworden komt de belangrijkste controle uit het paleoniveau. Het hebben van routinehandelingen behoort ook tot de overlevingsfuncties: men zou geen leven hebben als men over alles steeds moet nadenken. Bij de ziekte van Parkinson zijn de basale kernen, die deel uitmaken van het paleoniveau, beschadigd. De patie¨nt heeft moeite met automatische en emotionele motoriek. Met bewuste inspanning kan de patie¨nt wel allerlei bewegingen maken. Deze ‘bewuste’ inspanning is een vroeg symptoom van de ziekte van Parkinson; – neoniveau: bestaat voornamelijk uit de cortex en daarnaast de hemisferen van het cerebellum en de thalamus. De hersenschors is fylogenetisch het jongste deel dat zich pas volledig ontwikkelt na de geboorte. Het omvat het grootste gedeelte van de hersenen en het heeft te maken met cognitie, taal, nauwkeurige waarneming en met nieuwe complexe vaardigheden. Men kan twee dingen tegelijk doen, bijvoorbeeld autorijden en praten, waarbij de routinehandeling autorijden is (paleoniveau) en praten neoniveau. Moet men echter de weg in een drukke onbekende stad zoeken, dan kan men niet meer een geanimeerd gesprek voeren. De cortex moet ook behulpzaam zijn bij het autorijden. De meeste beschadigingen, zoals bij CVA, zijn op het neoniveau, waardoor de controle op de twee onderliggende niveaus is verminderd. Het vermogen om bewust een opdracht uit te voeren is hiermee vervallen. Voorbeeld is een facialisparese ten gevolge van een CVA. Hierbij kan de patie¨nt op verzoek de tanden niet symmetrisch laten zien. Wanneer de patie¨nt moet lachen, omdat er wat leuks gebeurt, kan hij de tanden wel symmetrisch ontbloten. Er is een beschadiging in de cortex (neoniveau): de bewuste aansturing van de mimische spieren is gestoord. Op het paleoniveau is geen bescha-

243

244

Fysiologie en anatomie niveau 5

diging: in een automatisch, emotioneel/expressief patroon, zoals bij lachen, treedt de beweging wel op.

6.9

Reflexen

Niet alle impulsen die het ruggenmerg bereiken worden, voordat ze naar de spieren of klieren gaan, naar de hersenschors doorgezonden. Alleen de impulsen die de schors van het cerebrum bereiken, wordt men zich bewust. Er is sprake van een reflex wanneer er een snelle reactie op een prikkel plaatsvindt voordat of zonder dat men zich die prikkel bewust wordt; het is een onwillekeurige reactie. Het lijkt alsof de in het centrale zenuwstelsel aankomende impuls meteen teruggekaatst (gereflecteerd) wordt; vandaar de naam reflex. Reflexen hebben in het algemeen een beschermende functie, zoals het terugtrekken van de hand bij aanraking van hete voorwerpen (de pijn voelt men pas daarna), de ooglidreflex en de pupilreflex. De weg waarlangs de reflex verloopt wordt reflexboog (reflexbaan) genoemd, omdat de plaats van de prikkel en van het antwoord (bijvoorbeeld bij spiercontractie) meestal dicht bij elkaar liggen. Iedere reflexboog bestaat uit een receptor (ontvanger) waardoor de prikkel wordt opgevangen (zintuig, sensor), een conductor (de impulsgeleidende baan) en ten slotte de effector (uitvoerend orgaan): een spier of klier (afb. 6.22). De conductor bevat behalve een afferente baan (sensorische baan) en een efferente baan (motorische baan) ook nog een of meer schakelneuronen; soms ontbreekt een dergelijk schakelneuron. Wanneer er geen schakelneuron aanwezig is wordt er gesproken van een enkelvoudige reflex (monosynaptisch). Het gaat dan om een snelle (korte) reflex, bijvoorbeeld de kniepeesreflex (afb. 6.23). Bij een samengestelde reflex (polysynaptisch) zijn er wel schakelneuronen aanwezig zodat meer ingewikkelde reflexbewegingen (bijvoorbeeld klieractiviteiten) tot stand worden gebracht. Afbeelding 6.22 Schema van een reflexboog.

6

Zenuwstelsel

Afbeelding 6.23 De kniepeesreflexboog.

De reflexen worden anatomisch gezien ingedeeld in ruggenmergreflexen (voor romp en ledematen) en hersenreflexen (o.a. ooglid- en pupilreflex). De reflexen kunnen ook ingedeeld worden op grond van de invloed van de hersenschors: onvoorwaardelijke en voorwaardelijke reflexen. De onvoorwaardelijke reflexen zijn erfelijk en komen bij ieder mens normaal voor. De hersenschors is er niet bij betrokken ofschoon sommige reflexen willekeurig onderdrukt kunnen worden. Enkele voorbeelden zijn de kniepeesreflex, de zuigreflex bij pasgeborenen, de grijpreflex van de handen, de ooglid- en pupilreflex, de pylorus- en galblaasreflex en de vele houdingsreflexen. De voorwaardelijke reflexen zijn door ervaring verkregen en daardoor voor iedereen verschillend. Ze worden geregeld door de hersenschors. Deze reflexen komen tot stand als er aan een bepaalde voorwaarde (bijv. een bepaald geluid of een bepaalde reuk) is voldaan. Men krijgt het water in de mond als men bijvoorbeeld leest over lekker voedsel (speekselsecretie). Ook de maagsapafscheiding kan op die manier als voorwaardelijke reflex ontstaan. 6.10

Autonoom zenuwstelsel

Het autonome (vegetatieve) zenuwstelsel (afb. 6.24) staat niet onder invloed van de wil, vandaar dat ook wel de naam onwillekeurig zenuwstelsel wordt gebruikt. Het zorgt voor de instandhouding van de voor het leven noodzakelijke functies. Het centrale en het perifere gedeelte zijn hierbij niet zo scherp gescheiden als bij het animale (willekeurige) zenuwstelsel, omdat de centra niet alleen in de hersenen en het ruggenmerg liggen maar ook daarbuiten. Het autonome zenuwstelsel wordt sterk beı¨nvloed door emoties. De primaire kernen van het autonome zenuwstelsel liggen dan ook binnen het limbische systeem, de delen van de hersenen die de emotionaliteit regelen (par. 6.14.3).

245

246

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 6.24 Het autonome zenuwstelsel.

Het autonome zenuwstelsel wordt onderverdeeld in twee delen, die een tegengesteld effect op de organen hebben: het (ortho)sympathische en het parasympathische zenuwstelsel. Vrijwel ieder orgaan wordt door beide delen geı¨nnerveerd. Wanneer het lichaam in staat van verhoogde paraatheid is (vlucht- of vechtreactie, in het Engels fight, flight or fright) worden de sympathische vezels gestimuleerd. Dit zorgt ervoor dat het lichaam snel in actie kan komen. Organen, die daarvoor essentieel zijn (hart, skeletspieren) worden goed doorbloed. De energievoorraden zoals glucose worden vrijgemaakt en de verbranding wordt gestimuleerd. Organen die niet nodig zijn voor de vlucht- of vechtreactie (huid, nieren en het spijsverteringsstelsel) krijgen minder bloed. Schrik is een sterke sympathische prikkel. Wanneer iemand schrikt wordt hij bleek en de hartslagfrequentie gaat omhoog. Als iemand van de schrik bekomen is wordt hij warm: de warmte die door de versterkte verbranding is geproduceerd moeten worden geloosd. Het parasympathische zenuwstelsel zorgt vooral voor de instandhouding van het organisme, dat wil zeggen voor herstel en rust, opslag en energiehuishouding. De spijsvertering wordt door het parasympathische zenuwstelsel geactiveerd. 6.10.1 sympathisch zenuwstelsel De zenuwen van het sympathische zenuwstelsel (kortweg sympathicus genoemd) hebben hun oorsprong in de primaire kernen gelegen tussen de hersenstam en het cerebrum (limbisch systeem). Vanaf daar

6

Zenuwstelsel

lopen vezels naar de zijhoorns van het thoracale ruggenmerg en het eerste lumbale segment. Ze verlaten het ruggenmerg via de voorhoorns. De afferenten van het sympathische zenuwstelsel komen via de achterhoorns binnen. De perifere delen van het sympathische zenuwstelsel bestaan uit: – grensstrengen; dit zijn twee ketens van ganglia (paravertebrale ganglia) aan weerszijden van de wervelkolom met onderlinge verbindingen; ze lopen vanaf de hals tot de stuit; – zenuwen die de verschillende organen innerveren; – een aantal ingewandsganglia. Noradrenaline is de meest voorkomende neurotransmitter in het sympathische zenuwstelsel. De receptoren voor noradrenaline worden adrenerge receptoren genoemd. Er bestaan twee subtypen: de aen b-adrenerge receptoren. De laatste worden op hun beurt weer in b1- en b2-adrenerge receptoren onderverdeeld. De a- en b-adrenerge receptoren zijn verschillend over de organen verdeeld. Hun reactie op de binding van noradrenaline is ook verschillend. Zo bevinden zich op het hart b1-receptoren, die na binding van noradrenaline de hartslagfrequentie doen verhogen. Op het hart zijn ook b2-receptoren aanwezig, maar dan op de kransslagaders, die de hartspier van bloed voorzien. Hun effect is vaatverwijding. In de skeletspieren bevinden zich ook b2-receptoren; hier moeten de bloedvaten ten slotte ook verwijden. In de longen geeft stimulatie van b2-receptoren verwijding van de luchtwegen, zodat de verversing van de lucht in de longen efficie¨nter kan verlopen. In de uterus geeft stimulatie van de b2receptoren relaxatie van de spieren. Het effect van binding van noradrenaline op de a-adrenerge receptoren is onder andere vaatvernauwing. Deze receptoren bevinden dan ook bijvoorbeeld in de huid. 6.10.2 parasympathisch zenuwstelsel De centrale delen van het parasympathische zenuwstelsel zijn ook gelegen binnen het limbische systeem. Daarvandaan lopen vezels naar de hersenstam (met name in het verlengde merg) en in het sacrale ruggenmerg. Van hieruit gaan parasympathische zenuwen naar de meeste organen waarheen ook sympathische zenuwen lopen. De ganglia van het parasympathische systeem liggen vlak bij de organen. De belangrijkste belangrijke parasympathische zenuw is de eerder genoemde nervus vagus (hersenzenuw X, par. 6.6), die veel vegetatieve organen beı¨nvloedt. Behalve uit deze nervus vagus bestaan de perifere delen van het parasympathische zenuwstelsel ook nog uit sacrale zenuwen naar het rectum, de blaas en de geslachtsorganen en uit de ganglia bij of in de organen. Als neurotransmitter komt acetylcholine veel voor, de receptoren heten cholinerge receptoren (nicotine en muscarine). Het parasympathische zenuwstelsel heeft een antagonistische werking ten opzichte van het sympathische zenuwstelsel. Het zorgt vooral voor de

247

248

Fysiologie en anatomie niveau 5

instandhouding van het organisme, dat wil zeggen voor herstel en rust, opslag en energiehuishouding. De spijsvertering daarentegen wordt door het parasympathische zenuwstelsel geactiveerd. Het antagonisme tussen het sympathische en het parasympathische zenuwstelsel blijkt duidelijk uit tabel 6.2. Tabel 6.2

Effecten van sympathische en parasympathische prikkeling. sympathisch zenuwstelsel

parasympathisch zenuwstelsel

pupil

verwijding

vernauwing

hartminuutvolume

stijgt

daalt

bronchi

verwijding

vernauwing

insulineproductie door het pancreas

daalt

stijgt

maagsapsecretie

daalt

stijgt

maagperistaltiek

remming

activering

adrenalineproductie door bijniermerg

stijgt

daalt

urineblaas

urineretentie

urinelozing

doorbloeding huid

remming

stimulatie

6.10.3 intramurale systemen In de wand (murus) van sommige geı¨nnerveerde organen, bijvoorbeeld in de wand van het spijsverteringskanaal, liggen groepjes zenuwcellen waar de impulsen van de sympathische en parasympathische zenuwen worden verwerkt. Deze intramurale systemen geven vanuit de organen ook impulsen door aan de zenuwen. Het zijn als het ware perifere integratiecentra van het vegetatieve zenuwstelsel.

Intermezzo 6.5 Vegetatieve farmaca Veel medicijnen werken via het autonome zenuwstelsel. Zij worden de vegetatieve farmaca genoemd. Op grond van een werking zijn er vier groepen: – sympathicomimetica; zij stimuleren het sympathische zenuwstelsel. Deze medicijnen binden zich specifiek aan de adrenerge receptoren en genereren een actiepotentiaal. Er zijn a-, b1- en b2-sympathicomimetica, afhankelijk van hun effect. b2sympathicomimetica, zoals salbutamol (Ventolin1) worden bijvoorbeeld gebruikt bij astma om de luchtwegen te verwijden; – sympathicolytica binden zich ook aan de adrenerge receptoren. Het verschil is, dat zij juist verhinderen dat de normale neurotransmitter noradrenaline zich kan binden. Daarmee blokkeren zij het sympathische zenuwstelsel. Wanneer het medicijn alleen op de be`tareceptoren effect heeft, wordt het een be`tablokker genoemd. Be`tablokkers worden vooral gebruikt om bloeddruk en hartslagfrequentie te verlagen;

6

Zenuwstelsel

249

– parasympathicomimetica stimuleren het parasympathische zenuwstelsel door binding aan cholinerge receptoren en genereren daar een actiepotentiaal; – parasympathicolytica blokkeren het parasympathische zenuwstelsel. Een bekend voorbeeld is atropine. Dit medicijn werkt op bijna alle organen en heeft daarmee veel effecten, waaronder stijging van de hartslagfrequentie, pupilverwijding en remming van de secretie van spijsverteringssappen, waaronder speeksel.

6.11

Hersenvliezen

Het centrale zenuwstelsel (hersenen en ruggenmerg) wordt omgeven door een drietal beschermende vliezen. Dit zijn van binnen naar buiten (afb. 6.25): – pia mater (het zachte hersenvlies of zachte ruggenmergsvlies); – arachnoidea (het spinnenwebvlies); – dura mater (het harde hersenvlies of harde ruggenmergsvlies). Afbeelding 6.25 Schema van de drie hersenvliezen.

Deze vliezen worden ook wel meninges (enkelvoud meninx) genoemd. Aangezien de hersen- en ruggenmergsvliezen eenzelfde bouw hebben wordt in het vervolg hier slechts gesproken over de hersenvliezen. Ze zijn voornamelijk opgebouwd uit bindweefsel. 6.11.1 pia mater De pia mater (zacht hersenvlies) is zeer dun en rijk aan bloedvaten; het ligt direct tegen de hersenen en het ruggenmerg aan en volgt alle groeven van het hersenoppervlak. Doordat de pia mater de bloedvaten bevat die de hersenen en het ruggenmerg voeden, is het te beschouwen als het vaatvlies van de hersenen en het ruggenmerg. Het is een belangrijk onderdeel van de plexus choroideus: een kronkelige structuur waarin zich onder andere een sterk vertakte plooi van de pia mater bevindt die is ingestulpt in de zijventrikels en ook in het dak van de

250

Fysiologie en anatomie niveau 5

derde en vierde ventrikel. De plexus choroideus zorgt voor de productie van liquor (par. 6.12). 6.11.2 arachnoidea De arachnoidea (spinnenwebvlies) is gelegen tegen het harde hersenvlies en staat met het zachte hersenvlies in verbinding door talrijke ‘bindweefselbalkjes’. Hierdoor bevindt zich onder het spinnenwebvlies de subarachnoı¨dale ruimte (ook wel arachnoı¨dale ruimte genoemd). In deze smalle ruimte bevindt zich liquor alsook bloedvaten. De arachnoidea overbrugt de groeven van het hersenoppervlak. Cisternen zijn met liquor gevulde verwijdingen van de subarachnoı¨dale ruimte waar diepe groeven worden overbrugd, bijvoorbeeld de cisterna magna (cisterna cerebellomedullaris): de liquorruimte tussen het verlengde merg en het cerebellum. Een suboccipitaalpunctie (cisternapunctie) wordt in deze cisterna magna uitgevoerd tussen het achterhoofd en de atlas. Dank zij de subarachnoı¨dale ruimte wordt de liquor in staat gesteld te circuleren. 6.11.3 dura mater De dura mater (harde hersenvlies) is dik, stevig en doorschijnend. Het biedt een goede bescherming voor de hersenen en het ruggenmerg. De dura is gelegen tegen de schedel en vormt daar tevens het binnenste periost van de schedel. In het wervelkanaal is het harde hersenvlies (ruggenmergsvlies) vrij van de wand. Het is daar van de periostbekleding (botvlies) gescheiden door een spleetvormige ruimte: de epidurale ruimte (peridurale ruimte) waarin zich behalve bloedvaten veel vet (periduraal vet) bevindt. Bij epidurale anesthesie (een ‘ruggenprik’) wordt het anestheticum in deze ruimte geı¨njecteerd. Het voordeel is dat de stof niet in de liquor terechtkomt en zo het effect plaatselijk blijft; dit in tegenstelling tot spinale anesthesie, waarbij het anestheticum in de liquor wordt gebracht. In de schedel vormt de dura mater plooien: – falx cerebri, een dubbelblad tussen de beide hemisferen van de cerebrum; – tentorium cerebelli, een tentachtige uitspanning over het cerebellum, waardoor ze grotendeels gescheiden wordt van de grote hersenen; het bevat uiteraard een wijde opening voor het doorlaten van de hersenstam. In de dura mater bevinden zich veneuze bloedruimten die mede dienen om de liquor af te voeren: durasinussen geheten. Rondom en onder het ruggenmerg bevindt zich de durazak, die gevormd wordt door de dura mater, die vastzit aan het achterhoofdsgat en doorloopt tot de tweede sacrale wervel. De durazak bevat onder het ruggenmerg de cauda equina. Bij meningitis, ontsteking van de hersenvliezen, ontstaan er meningeale prikkelingen, die nekstijfheid en hoofdpijn opwekken. Bekende voorbeelden zijn meningitis cerebrospinalis epidemica ofwel nekkramp en bij kinderen Haemophilus influenzae-meningitis.

6

Zenuwstelsel

6.12

Hersenvocht en liquorcirculatie

Het hersenvocht kan beter hersenruggenmergsvocht (liquor cerebrospinalis), kortweg liquor, genoemd worden. Het is een waterige vloeistof die wordt geproduceerd door de plexus choroideus die in iedere ventrikel aanwezig is. Er zijn in totaal vier ventrikels: twee zijventrikels of laterale ventrikels (binnen de hemisferen van de grote hersenen), de derde ventrikel (in het diencephalon) en de vierde ventrikel (in de hersenstam). De beide laatste ventrikels zijn mediaan gelegen (afb. 6.26).

Afbeelding 6.26 Het ventrikelsysteem. A. Lateraal aanzicht. B. Dorsaal aanzicht.

Vanuit iedere zijventrikel stroomt de liquor door het foramen interventriculare (foramen van Monro) naar de derde ventrikel. Deze laatste staat door een nauw kanaal, het aqueductus cerebri in verbinding met de vierde ventrikel. Via openingen in het dak en de zijwand van de vierde ventrikel stroomt de liquor naar het centrale kanaal van het ruggen-

251

252

Fysiologie en anatomie niveau 5

merg en vooral naar de subarachnoı¨dale ruimte. Dit is de ruimte tussen het arachnoı¨d en de pia mater van de hersenen en het ruggenmerg. Nadat de liquor de hersenen en het ruggenmerg heeft omspoeld, wordt het in het bloed opgenomen door de durasinus waarin de arachnoı¨dale vlokken (granulaties) uitmonden. Ook bij de uittreedplaats van de spinale zenuwen wordt liquor afgevoerd naar het bloed en de lymfe. De liquor heeft een beschermende functie; het vormt als het ware een soort stootkussen voor de hersenen. Ook heeft de liquor een werking als warmtebuffer. Door het hoge glucosegehalte heeft de liquor tevens een voedende functie voor de oppervlakkige weefsels die de hersenholten bekleden. De liquor zorgt ook voor de afvoer van bepaalde afvalproducten van de hersenstofwisseling. Bij hydrocefalie bevindt zich te veel liquor binnen de schedel. Het ontstaat als de balans tussen productie en afvoer verstoord is. Normal-pressure hydrocefalus komt vooral bij ouderen voor. Waarschijnlijk is de resorptie van liquor verstoord door bijvoorbeeld een meningitis of subarachnoı¨dale bloeding in het verleden. Soms is de oorzaak onbekend. Hydrocefalie kan ook het gevolg zijn van een vernauwing van de aqueductus cerebri tussen de derde en vierde ventrikel. Bij zeer jonge kinderen, als de schedelnaden nog niet gesloten zijn, wordt het hoofd bij te veel liquor abnormaal vergroot; dit wordt een hydrocefaal (‘waterhoofd’) genoemd. 6.13

Bloedvoorziening van de hersenen

6.13.1 hersenarterie¨ n De hersenen worden door twee paar arterie¨n van bloed voorzien: – e´e´n paar halsslagaders, namelijk de linker en rechter arteria carotis interna. De linker en rechter arteria carotis externa verzorgen daarentegen het gebied van de hals en de buitenzijde van de schedel, maar geven ook takken af die ook de hersenvliezen en de schedelbeenderen van bloed voorzien. Deze takken, de meningeale arterie¨n, lopen tussen de dura mater en de schedel. Bij beschadiging van deze vaten treden epidurale bloedingen op, dat wil zeggen bloedingen aan de buitenzijde van de dura mater; – e´e´n paar wervelslagaders, namelijk de linker en rechter arteria vertebralis. Het zijn zijtakken van beide arteria subclavia, lopen door de dwarsuitsteeksels van de cervicale wervels omhoog en komen door het foramen magnum de schedel binnen; ze verenigen zich dan tot de arteria basilaris. Rondom de sella turcica (Turkse zadel) bevindt zich de cirkel van Willis (circulus arteriosus). Deze vaatring wordt gevormd doordat zich tussen de arteria basilaris en de beide arteriae carotides interna drie anastomosen (dwarsverbindingen) bevinden. Vanuit deze ring vertrekken zes hersenarterie¨n (drie paar) over de pia mater naar het hersenweefsel. Dit zijn de linker en rechter arteria cerebri anterior, de arteria cerebri media en de arteria cerebri posterior. De ring van Willis is van betekenis voor de collaterale circulatie, dat wil zeggen als de bloeddoorstroming van een van de aanvoerende arterie¨n is beperkt, dan

6

253

Zenuwstelsel

kunnen andere slagaders de bloedvoorziening grotendeels overnemen (afb. 6.27, afb. 6.28, zie ook par. 2.2.2).

Afbeelding 6.27 Hersenen (onderzijde) met vaatvoorziening en hersenzenuwen. Afbeelding 6.28 Arterie¨le vaatring, cirkel van Willis.

254

Fysiologie en anatomie niveau 5

Grofweg verzorgen de arteria cerebri anterior de frontaalkwab en parie¨taalkwab van de hersenen plus het mediale oppervlak van de hersenen (afb. 6.29). De arteria cerebri media zorgen voor het mesencephalon en het laterale oppervlak van de cortex. Het stroomgebied van de arteria cerebri posterior omvat de occipitaalkwab en de temporaalkwab. Afbeelding 6.29 Stroomgebieden van de arteriae cerebri. a. Lateraal aanzicht b. Mediaal aanzicht 1 motorische schors 2 sensibele schors 3 frontaal blikcentrum 4 gebied van Broca 5 gebied van Wernicke 6 optische schors.

Uit dit verloop valt af te leiden welke symptomen een patie¨nt zal krijgen bij een CVA in het stroomgebied van e´e´n van deze arterie¨n. Zo zullen gedragsstoornissen het meest waarschijnlijk zijn bij een CVA in het stroomgebied van de arteria cerebri anterior, omdat deze arterie ook de prefrontale cortex van bloed voorziet. Verder is eenzijdige verlamming van het been veel voorkomend. Als een arteria cerebri media is aangedaan heeft de patie¨nt vaak eenzijdige sensorische en of motorische uitval van romp en armen en als de dominante hemisfeer betrokken is meestal ook afasie. Een CVA in het stroomgebied van de arteria cerebri posterior zal vooral uitval van een gezichtsveld tot gevolg hebben. Bij het stroomgebied van de arteria basilaris ten slotte horen uitvalsverschijnselen als duizeligheid en coo¨rdinatiestoornis-

6

Zenuwstelsel

sen (cerebellum) en uitvalsverschijnselen van een of meerdere hersenzenuwen (hersenstam). 6.13.2 hersenvenen Het bloed van de hersenvenen stroomt via bloedvaten in de subarachnoı¨dale ruimte naar de sinus sagittalis tussen de bovenkant van de cerebri en de schedel. Deze durasinus gaat via andere durasinussen bij de schedelbasis uiteindelijk over in de linker en rechter vena jugularis interna. De linker en rechter vena jugularis interna monden ieder via de vena brachiocephalica (afb. 2.26) uit in de vena cava superior.

Intermezzo 6.6 Intracranie¨le drukverhoging Bij verhoging van de intracranie¨le druk spelen twee factoren een rol, namelijk verplaatsing van hersenweefsel en verhoging van de liquordruk. Deze mechanismen kunnen geı¨soleerd of gecombineerd voorkomen. Een acute verhoging van de druk kan ontstaan door een arterie¨le bloeding, een langzame verhoging door een langzaam groeiende tumor. Ruimte-innemende processen, zoals bloedingen, herseninfarcten die door oedeem gezwollen zijn en tumoren, leiden tot verplaatsing van het weefsel. Door tractie aan de vaten ontstaat hoofdpijn, misselijkheid en (ochtend)braken. Door compressie van de hersenstam kan daling van het bewustzijn optreden. Ook kunnen psychische veranderingen (interesseverlies, verhoogde slaapneiging, prikkelbaarheid) en uitval van de nervus abducens ontstaan. Een verhoging van de intracranie¨le druk gaat vaak gepaard met een stijging van de bloeddruk (prikkeling van het vasomotorisch centrum) en daling van de pols door prikkeling van de kern van de nervus vagus. Ook kan de afvloeiing van de liquor belemmerd raken. Wanneer de productie dan gelijk blijft stijgt de liquordruk. Ook hierdoor kan hoofdpijn ontstaan en daling van het bewustzijn (zelden). Een zeker teken van verhoging van de liquordruk is de aanwezigheid van een stuwingspapil (oedeem van de papil van de nervus opticus) bij fundoscopie (oogspiegelen). Verhoging van de liquordruk kan ook ontstaan zonder dat een ruimte-innemend proces aanwezig is bijvoorbeeld bij stoornissen in de liquorresorptie of verklevingen van de subarachnoı¨dale ruimte na een bloeding of meningitis.

6.13.3 barrie` res Er blijkt een barrie`re te bestaan tussen het bloed en de hersenen: de bloed-hersenbarrie`re. Zo kleurt de galkleurstof bilirubine bij geelzucht bijna alle organen geel maar het centrale zenuwstelsel niet. Deze barrie`re is selectief, dat wil zeggen dat in vet oplosbare stoffen on-

255

256

Fysiologie en anatomie niveau 5

gehinderd kunnen passeren, maar in water oplosbare stoffen niet. Bovendien worden sommige stoffen door het endotheel van de capillairen tegengehouden. Het centrale zenuwstelsel is hierdoor goed beschermd tegen het binnendringen van ongewenste stoffen vanuit het bloedvatstelsel. Voor zijn voeding is de zenuwcel door de bloed-hersenbarrie`re afhankelijk van bepaalde gliacellen, de astrocyten (zie par. 6.1.2). Deze zijn zeer selectief; alleen essentie¨le voedingsstoffen als glucose worden doorgelaten. Het voordeel van de bloed-hersenbarrie`re is, dat het interstitium in het centrale zenuwstelsel veel constanter van samenstelling is dan dat in de overige organen. Veel fabrieksmatige bereide voedingsmiddelen (zoutjes!) bevatten de smaakversterker natriumglutaminaat (in de Chinese keuken is dat Ve-Tsin). Deze stof is ook een neurotransmitter. Gelukkig kan hij de bloed-hersenbarrie`re niet passeren, anders zouden er na het eten van chips vreemde dingen gebeuren! De bloed-hersenbarrie`re laat ook weinig geneesmiddelen door. Zo zijn de meeste antibiotica en cytostatica onbruikbaar voor aandoeningen in de hersenen of zij moeten intrathecaal (binnen de hersenvliezen) gebracht worden. Behalve deze bloed-hersenbarrie`re bestaat er ook een bloed-liquorbarrie`re, die minder groot is. Tussen de liquor en de hersenen bestaat geen barrie`re. 6.14

Systemen

Met een zenuwsysteem worden de delen van het zenuwstelsel bedoeld, die met elkaar een bepaalde functie verrichten. In grote lijnen zijn er binnen het zenuwstelsel drie belangrijke systemen (functionele eenheden), namelijk: – sensibel systeem; dit systeem heeft tot taak heeft de ontvangst, de geleiding en de verwerking van de gevoelsprikkels te verzorgen; – motorisch systeem; dit regelt het bewegingsgedeelte; – limbisch systeem; dit regelt het emotionele gedrag. 6.14.1 sensibel systeem Het sensibele systeem omvat alle zintuigen, alle sensibele banen in het ruggenmerg en de hersenen en alle sensibele centra in de thalamus en de hersenschors. Bij de sensibele banen zijn er banen voor vitale en banen voor gnostische sensibiliteit. Tot de vitale sensibiliteit behoren de grove tast, de temperatuurszin en pijn. De banen voor vitale sensibiliteit kruisen bij intrede in het ruggenmerg naar de andere laterale zijde en stijgen daar aan de ventrolaterale zijde op naar de thalamus. De gnostische sensibiliteit bestaat uit de fijnere tast en het houdings-, bewegings- en bewegingsrichtinggevoel. De afferente vezels voor gnostische sensibiliteit gaan aan de zijde van binnenkomst in het ruggenmerg omhoog in de achterstrengen van het ruggenmerg. Pas in het verlengde merg kruisen de banen naar de andere kant. De sensibele prikkels kunnen aanleiding geven tot onbewuste reacties

6

Zenuwstelsel

(cerebellum) of tot bewuste gewaarwordingen (cortex van het cerebrum). Het sensibele systeem zorgt voor het voortgeleiden, integreren, verwerken en tot bewustwording brengen van alle sensibele impulsen. Voorbeeld: bij een vingerprik worden pijnsensoren geprikkeld. De prikkel wordt in de vorm van een impuls overgebracht op een sensibele zenuwcel. Via het spinale ganglion bereikt de impuls de achterhoorn van het ruggenmerg. Na kruising in het ruggenmerg gaat de impuls via sensibele banen in het witte gedeelte van het ruggenmerg naar de hersenen, waar in het desbetreffende sensibele schorsveld de pijnprikkel tot bewustzijn wordt gebracht. Via schakelneuronen zijn er ondertussen ook reflexbewegingen tot stand gekomen voordat de pijnprikkel tot bewustzijn is gebracht. 6.14.2 motorisch systeem De willekeurige motoriek wordt verzorgd door het piramidale systeem: de directe corticospinale verbindingen vanuit de motorische schors via de piramidebanen naar de motorische voorhoorn. Uitval van het piramidale systeem leidt tot verlamming en hypertonie van de spieren. Ook indirecte corticospinale en subcorticospinale verbindingen spelen een rol in de aansturing van de motoriek, met name de automatische (onbewuste) motoriek. Dit wordt wel het extrapiramidale systeem genoemd met de basale kernen als belangrijkste centra. Wanneer het extrapiramidale systeem uitvalt, is er sprake van tremor (onwillekeurig beven van de ledematen), spierstijfheid (rigiditeit) en afname van de bewegingen (hypokinesie). Vroeger werd gedacht dat het extrapiramidale systeem rechtstreeks zijn invloed had op motorische gebieden in de hersenstam en het ruggenmerg buiten het piramidale systeem om, vandaar de term extrapiramidaal. Tegenwoordig is bekend dat de basale kernen van het extrapiramidale systeem de motorische hersenschors beı¨nvloeden en zo via het piramidale systeem uiteindelijk de motoriek verzorgen. Basale kernen In het binnenste van de hemisferen en in aangrenzende delen van de hersenstam, de thalamus en het mesencephalon liggen de basale kernen. Tot de basale kernen behoren de kerngebieden: – het striatum bestaande uit de nucleus caudatus en het putamen; – de globus pallidus; – de nucleus subthalamicus; – de substantia nigra: een pigmentbevattende kern gelegen in het mesencephalon. Het striatum en de globus pallidus vormen samen het corpus striatum (‘gestreepte lichaam’), een complex van basale kernen (in iedere hemisfeer) die door strengen met elkaar zijn verbonden.

257

258

Fysiologie en anatomie niveau 5

De basale kernen functioneren in samenhang met andere gebieden zoals het cerebellum, de cortex, de formatio reticularis en het limbische systeem. De basale kernen hebben spelen een rol in: – aansturing van spontane bewegingen, bijvoorbeeld ineens opstaan uit een stoel; – het automatisch verrichten van aangeleerde handelingen; – de integratie van houding en motoriek via invloeden op andere gebieden; – de expressie van emotie; de basale kernen en het limbische systeem werken samen. Het limbische systeem heeft te maken met het tot stand komen van de emotie en de basale kernen met de expressie ervan. De nucleus ruber (rode kern) vormt een schakelcentrum in de indirecte verbindingen van cortex naar de afdalende motorische banen en is daarmee vergelijkbaar met de basale kernen. Deze ijzerbevattende kern is ingeschakeld tussen het cerebellum en het ruggenmerg. De nucleus ruber maakt onderdeel uit van de indirecte verbinding tussen het cerebellum, via de formatio reticularis, de thalamus en de motorische schors naar de afdalende motorische banen. De verschillende kerngebieden zijn onderling verbonden. Voor de impulsoverdracht wordt gebruikgemaakt van diverse neurotransmitters. Acetylcholine is de neurotransmitter binnen het striatum. De substantia nigra beı¨nvloedt het striatum via dopamine. De balans tussen deze twee neurotransmitters is dan ook een belangrijke factor voor adequate motoriek. Bij de ziekte van Parkinson bestaat er een afwijking in de substantia nigra wat leidt tot een dopamine-tekort in het striatum. Er zijn nog vele neurotransmitters in de basale kernen aangetoond zoals glutamaat, GABA, enkefaline en substance-P.

Intermezzo 6.7 Aandoeningen door beschadiging in basale kernen Beschadigingen in de basale kernen kunnen aandoeningen veroorzaken die in twee categoriee¨n ingedeeld worden. Hyperkinetische syndromen Hyperkinetische syndromen gaan gepaard met onwillekeurige bewegingen, zoals tremor, chorea en athetose. De bekendste ziekte is de chorea van Huntington: de patie¨nt heeft onwillekeurige schokkende bewegingen die met veel bewuste moeite onderdrukt kunnen worden. Bij deze ziekte is er een tekort aan de neurotransmitters GABA en acetylcholine waardoor de dopamine-invloed overheerst. Hypokinetische syndromen Bij hypokinetische syndromen is er bewegingsarmoede. Door

6

259

Zenuwstelsel

een degeneratie van de nigrostriatale banen (banen van de substantia nigra naar het striatum) ontstaat er een dopaminetekort in het striatum. De patie¨nt heeft bewegingsarmoede en moet bij alle bewegingen nadenken. Het spontaan op gang komen is ernstig bemoeilijkt. De emotionele expressie kan geheel verdwijnen: monotone zachte spraak, die moeilijk te verstaan is en een maskergelaat. Het handschrift is klein. Een bekend voorbeeld is de ziekte van Parkinson. Bij externe prikkels reageert de patie¨nt vaak wel adequaat (lopen op marsmuziek). In sommige situaties kan de patie¨nt wel doortastend en efficie¨nt reageren (paradoxale kinesie) bijvoorbeeld uit een brandend huis rennen. De activiteit wordt dan gestuurd vanuit de cortex. Stoornissen in de spiertonus komen vaak voor bij het hypokinetische syndroom. De rusttonus van de spier is meestal verhoogd. Bij passief bewegen is dit merkbaar. Agonisten en antagonisten worden tegelijk aangespannen, zodat de beweging in schokjes verloopt (tandradfenomeen). Soms is de tonus in rust normaal. Door de verhoogde tonus in de nek- en rompspieren ontstaat een verandering van de houding. De romp en het hoofd zijn voorovergebogen en de patie¨nt staat met licht gebogen kniee¨n en heupen. De houdingsreflexen zijn ook verstoord waardoor de patie¨nt vaker valt.

6.14.3 limbisch systeem Het limbische systeem vormt ongeveer het grensgebied tussen de hersenstam en het cerebrum. Het omvat onder andere delen van de thalamus, de hypothalamus en de hippocampus. Deze laatste is een sikkelvormige witte lijst aan de onderste hoorn van de zijventrikels (afb. 6.30). Afbeelding 6.30 Limbisch systeem.

Het limbische systeem regelt het emotionele leven: stemmingsondergrond en emotionele reacties. De centra die met het emotionele gedrag te maken hebben blijken tal van structuren te omvatten waarbij de hypothalamus het belangrijkste middelpunt is. Rondom de hypothalamus ligt een aantal centra, on-

260

Fysiologie en anatomie niveau 5

der andere delen van de thalamus, de hippocampus en de amygdala (amandelkernen). Hieromheen ligt dat deel van de hersenschors dat het oudste is in de ontwikkeling (zie intermezzo 6.4) en dat direct aansluit bij de hersenstam. Dit deel van de hersenschors wordt ook wel de limbische schors genoemd. Het gehele systeem dat met het emotionele gedrag te maken heeft wordt dan ook het limbische systeem genoemd. De functie van de limbische schors is nog niet duidelijk. Wanneer delen van de limbische schors worden uitgeschakeld treden stoornissen in het gedrag op. Waarschijnlijk vormt deze limbische schors het schakelstation tussen de rest van de schors van de grote hersenen en de lagere centra die het gedrag bepalen. De amygdala vervullen waarschijnlijk een functie bij de regulering van het emotionele gedrag zoals dat animaal (via het bewegingsapparaat) en vegetatief (via hypothalamus en hypofyse) tot uiting komt. De hippocampus speelt een rol bij het opslaan en terugroepen van informatie in het langetermijngeheugen. Al deze kernsystemen staan in functioneel contact met elkaar. Emoties gaan gepaard met allerlei lichamelijke processen waarvan de effecten vaak ook voor een ander waarneembaar zijn, bijvoorbeeld als iemand verbleekt van schrik, rood aanloopt van woede of huilt van verdriet. Over de aard van de samenhang tussen het belevingsaspect en de lichamelijke processen en verschijnselen bestaat verschil van mening. Dat er echter een samenhang bestaat wordt algemeen erkend. Slaapmiddelen als de (benzo)diazepinen remmen het limbische systeem. Dat maakt deze middelen veilige middelen, omdat zij, in tegenstelling tot oudere slaapmiddelen, de essentie¨le hersenstamfuncties als ademhaling, hartwerking enzovoort, met rust laten. Door het onderdrukken van het limbische systeem worden ook angst- en onlustgevoelens onderdrukt. Bij stoppen met het gebruik worden deze altijd aanwezige gevoelens weer manifest. Omdat de patie¨nt deze onprettige gevoelens lang niet meer heeft ervaren, is de verleiding groot om maar weer met het gebruik te beginnen. 6.15

Geheugen en leren

Om informatie op de lange termijn te onthouden, wordt er achtereenvolgens gebruikgemaakt van verschillende geheugens. 6.15.1 zintuiglijk geheugen Alle via onze zintuigen binnenkomende informatie wordt opgeslagen in het sensorische (zintuiglijk) geheugen. De zintuiglijke indrukken worden echter maar heel kort (minder dan een seconde) vastgehouden. Een kleiner deel van de binnengekomen informatie wordt verder gestuurd naar het werkgeheugen.

6

Zenuwstelsel

6.15.2 werkgeheugen en kortetermijngeheugen In het werkgeheugen wordt de informatie geverbaliseerd dat wil zeggen er worden begrippen, concepten van gemaakt die men later weer kan verbaliseren. Zo ontstaat een geheugenbeeld (engram). Op deze manier wordt de informatie economisch opgeslagen in het kortetermijngeheugen en kan deze ook weer worden opgeroepen. Ook motorische vaardigheden zijn in engrammen in het geheugen opgeslagen. Het werkgeheugen en het kortetermijngeheugen hebben maar een beperkte capaciteit. Dit is voor te stellen als een bak met informatie. Is de bak vol dan kan er wel weer informatie in, maar andere informatie loopt eruit. Het werkgeheugen bestaat uit drie subsystemen: – een centraal regulerend systeem (centraal executief systeem) is voor het bewerken en transformeren van de informatie; het verdeelt de aandacht, zorgt voor planning en controleert de acties; – in het auditieve systeem worden recente geluidsindrukken heen en weer gekaatst, waardoor de auditieve informatie beter kan worden opgeslagen; – het visuele systeem is een soort visueel schetsboek voor het vasthouden en manipuleren van visuele informatie; hier zetelt het ruimtelijke geheugen en het geheugen voor gezichten. Het kortetermijngeheugen wordt gerealiseerd door synapseigenschappen. Door presynaptische inhibitie en facilitatie kunnen herhaalde impulsen makkelijker via de synapsen worden doorgeleid in het neurale netwerk. Door alsmaar te oefenen wordt informatie doorgegeven naar het langetermijngeheugen. De hippocampus (in de mediotemporale kwab) is het belangrijkste orgaan voor ontvangst van informatie uit de zintuigen en de verwerking hiervan. De opslagcapaciteit is echter klein. De overdracht naar de hersenschors (‘back-up’) zorgt voor consolidatie. Als de gegevens niet op tijd worden overgebracht is de informatie na twee tot zes weken verdwenen. Bij de ziekte van Alzheimer verschrompelt de hippocampus als een van de eerste hersenstructuren. De binnengekomen informatie wordt niet goed opgeslagen. De informatie kan daarmee ook niet opgeroepen worden en kan totaal niet doorgestuurd worden naar het langetermijngeheugen. 6.15.3 langetermijngeheugen Het langetermijngeheugen heeft een zeer grote capaciteit. Wanneer de binnengekomen informatie een belangrijke emotionele waarde heeft, wordt het sneller in het langetermijngeheugen opgeslagen. Een vrouw hoeft meestal niet te oefenen om te onthouden wanneer haar eerste kind geboren is. Bij de geheugenvorming voor de lange termijn vinden structurele aanpassingen plaats bij de synaps, waardoor de verbinding tussen neuronen wordt versterkt. Deze structurele aanpassingen zijn toename van het aantal: – plaatsen in het presynaptische neuron waar neurotransmitter kan worden vrijgelaten;

261

262

Fysiologie en anatomie niveau 5

– synapsblaasjes; – dendrieten. Het langetermijngeheugen is onderverdeeld in een aantal geheugensystemen. Declaratief geheugen Het declaratieve geheugen is het bewust toegankelijke geheugen. Het bestaat uit: – episodisch geheugen voor persoonlijke, aan tijd en plaats gebonden, informatie (bijv. ‘op 2 april 2004 om 16.15 in het Speulderbosch maakte hij de relatie uit’); – semantisch geheugen voor feitenkennis die niet aan plaats en tijd verbonden zijn; men weet niet precies wanneer de kennis verkregen is (bijv. ‘de hoofdstad van Nederland is Amsterdam, maar wie heeft mij dat voor het eerst verteld en waar?’). Procedureel geheugen Het procedurele geheugen is het niet bewuste geheugen en bestaat uit: – priming: geef me de eerste letter, dan kom ik er op; – motorische vaardigheden zoals fietsen, schaatsen; – conditionering onderverdeeld in: de klassieke conditionering: zodra men de piep van de mobiel hoort, grijpt men naar de telefoon; operante conditionering: men leert en onthoudt dat een bepaalde handelingsprocedure succesvol is. .

.

6.16

Pijn

Pijn ontstaat bij prikkeling van de nocisensoren (par. 8.1.5). Klinisch wordt er onderscheid gemaakt tussen somatische en viscerale pijn. Pijn wordt verschillend beleefd. 6.16.1 nocisensoren De belangrijkste nocisensoren (pijnsensoren) worden gevormd door de onbedekte uiteinden van zenuwbanen, die overal door het lichaam lopen. Zij vormen daarmee een deel van het perifere zenuwstelsel en zijn ook onderdeel van het animale zenuwstelsel. Zij reageren op allerlei verschillende pijnstimuli. Deze kunnen zijn: verhoogde druk op het weefsel, extreme warmte of koude, irriterende stoffen enzovoort. In ieder geval hebben al deze pijnstimuli e´e´n ding gemeen: weefselschade. Weefselschade is zo de universele pijnprikkel. Overal waar weefsel in het lichaam wordt beschadigd wordt de stof bradykinine gevormd. Bradykinine zet het ontstekingsproces (nodig voor herstel) in gang. Bovendien versterkt bradykinine, samen met de zogenaamde ontstekingsmediatoren zoals prostaglandines, de pijnprikkel. 6.16.2 somatische en viscerale pijn Klinisch kan pijn worden onderverdeeld in somatisch en visceraal.

6

Zenuwstelsel

Somatische pijn kan uitgaan van de huid, spieren of gewrichten. Hij kan zowel oppervlakkig als diep worden gevoeld. Oppervlakkige somatische pijn is scherp en stekend. Hierbij gil je het vaak uit. Deze pijn gaat uit van de bovenste huidlagen of de slijmvliezen. Hij duurt meestal maar kort. Deze oppervlakkige somatische pijn wordt voortgeleid door de zogenaamde Ad (A-delta)-vezels. Dit zijn dikke vezels met een myelineschede. Ad-vezels geleiden de pijn zeer snel (met een snelheid van ongeveer 50 m/s!) naar het ruggenmerg en de hersenstam. De prikkel gaat ook direct (via een en dezelfde ruggenwervel) naar de motorische zenuwen van hetzelfde gebied. Dit leidt ertoe, dat het lichaamsdeel snel wordt teruggetrokken. Diepe somatische pijn is meestal branderig, zeurend of jeukend. De betreffende pijnreceptoren liggen nu in de diepere huidlagen of in spieren of gewrichten. Diepe somatische pijn is diffuser en langduriger dan de oppervlakkige vorm. Hij wordt door de dunne, nietgemyeliniseerde C-vezels voortgeleid. Er is sprake van fantoompijn wanneer patie¨nten, bij wie een ledemaat is geamputeerd, een chronisch pijngevoel hebben in hun (niet meer bestaande) ledemaat. De oorzaak van fantoompijn is niet geheel duidelijk. Kennelijk reageren de doorgesneden zenuwvezels, die in het verleden gevoelsprikkels uit de betreffende ledemaat verstuurden, nog steeds op de amputatie. De hersenen interpreteren deze prikkels alsof zij uit de ontbrekende ledemaat afkomstig zijn. Viscerale pijn ontstaat door prikkeling van de nocisensoren in de organen in borst- en buikholte. Net als diepe somatische pijn is viscerale pijn dof en knagend. De meest voorkomende oorzaken voor viscerale pijn zijn extreme rek, ischemie (bloedeloosheid) en spierkrampen. Omdat viscerale pijn volgens dezelfde routes reist als somatische pijn, wordt deze pijn door de hersenen nogal eens misverstaan. Er is dan sprake van ‘referred pain’ (afgeleide pijn, afb. 6.31). Zo kan een hartaanval een pijnsensatie geven in het bovenste gedeelte van de borstwand en langs de binnenkant van de linkerarm. De pijnbanen, die afkomstig zijn van dit gedeelte van het lichaamsoppervlak, komen samen met die van het hart (op Th1-Th5). Prikkels van het hart afkomstig worden door de hersenen dan beoordeeld als afkomstig van de linkerarm (waarvan onder normale omstandigheden natuurlijk meer sensorische prikkels uitgaan). Zowel de oppervlakkige en diepe somatische pijn als de viscerale pijnbanen maken via synapsen contact met zenuwcellen in het dorsale gedeelte van het ruggenmerg. De prikkels worden daar verwerkt en via het ruggenmerg doorgegeven naar de thalamus en dan naar de sensorische hersenschors, waar ze worden geı¨nterpreteerd. 6.16.3 pijnbeleving Iedereen heeft dezelfde pijndrempel: wanneer een bepaalde prikkel een bepaalde intensiteit heeft bereikt neemt iedereen pijn waar. Voor warmte ligt deze grenswaarde bijvoorbeeld bij een temperatuur van 44 8C tot 46 8C. De reactie op deze pijn is echter individueel zeer verschillend (pijntolerantie) en wordt sterk bepaald door culturele en

263

264

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 6.31 Enkele voorbeelden van de lokalisatie van ’referred pain’ en waar deze waargenomen worden.

psychologische factoren. De beleving van pijn wordt ook sterk bepaald door omstandigheden als emotie en mentale conditie. Onder acute stress wordt pijn veel minder waargenomen. Dit fenomeen is te verklaren door de werking van de stresshormonen cortisol en adrenaline. Een vader, die zijn kind uit een brandend huis haalt voelt geen pijn. Een atleet merkt tijdens de wedstrijd ineens niets meer van zijn blessures. Normaal bestaat er een vaste relatie tussen de omvang van het beschadigde weefsel en de sterkte van de pijn. Wanneer echter een deel van het lichaam gedurende langere tijd grote aantallen pijnprikkels te verwerken heeft, wordt de gevoeligheid voor pijn sterk vergroot (hyperalgesie). Dit fenomeen treedt bijvoorbeeld op bij een hete douche na een verbranding door de zon. Volgens de zogenaamde poorttheorie zouden er aan de dorsale uitsteeksels van het ruggenmerg pijnpoorten bestaan, die zowel impulsen afkomstig uit de dunne pijnvezels (C-vezels) als impulsen afkomstig van de tastsensoren (Ab-vezels) voortgeleiden. Als het aantal impulsen uit de pijnvezels groter is dan die uit de tastsensoren ‘gaat de poort open’ en wordt de pijnprikkel voortgeleid. Als het aantal impulsen uit de tastsensoren daarentegen overheerst, sluit de poort zich waardoor er minder pijn wordt waargenomen. Dit verklaart, dat wrijven over een pijnlijke plek de pijn doet verminderen. In de pijnbestrijding wordt van het principe van de poorttheorie ook

6

Zenuwstelsel

gebruikgemaakt, bij pijnstilling door middel van elektrostimulatie (bijvoorbeeld door de huid of van de grote tastvezels in het ruggenmerg) en massage. Behalve door concurrentie met tastimpulsen, wordt pijn in het lichaam ook nog gemoduleerd met behulp van stoffen: de endorfinen (van endogeen morfine) en de enkefalinen. Deze stoffen worden in de hersenen geproduceerd en onderdrukken de pijn. Bij opwinding en inspanning produceert het lichaam extra endorfinen, zodat de pijn effectief kan worden onderdrukt. Volgens sommigen kunnen ook deze endorfinen, hoewel zij door het lichaam zelf worden geproduceerd, leiden tot verslavingsgedrag. Het zou verklaren waarom hardlopers steeds maar weer de drang hebben om te gaan lopen (‘runners high’).

Intermezzo 6.8 Pijnbestrijding Analgesie is pijnbestrijding en anesthesie is gevoelloos maken. Helaas worden deze begrippen vaak door elkaar gebruikt. Een middel als lidocaı¨ne (of afgeleiden daarvan), dat bijvoorbeeld door de tandarts wordt gebruikt, is een anestheticum. Het blokkeert de natriumpoorten in de zenuwcellen, waardoor er geen actiepotentialen kunnen worden opgewekt. De pijn verdwijnt, maar ook alle andere sensibele (en vaak ook nog motorische) prikkels. Morfine is een (centraal) analgeticum: het blokkeert de impulsoverdracht in de synapsen van de pijnbanen in ruggenmerg en thalamus, zoals de endorfinen dat doen (de naam endorfine is dan ook afgeleid van ‘endogeen morfine’).

265

Hormoonstelsel

7

Het hormoonstelsel verzorgt met het zenuwstelsel de integratie van de fysiologische functies. Samen zijn deze twee stelsels verantwoordelijk voor de homeostase (par. 1.3.1). Er bestaat op veel plaatsen een koppeling tussen deze twee stelsels (‘vegetatieve integratie’). Een voorbeeld maakt dit duidelijk. In een periode van een verhoogde waakzaamheid wordt het sympathische zenuwstelsel geactiveerd, waardoor organen, zoals hart en skeletspieren, worden gestimuleerd. Ook het bijniermerg wordt door het sympathische systeem gestimuleerd in de afgifte van het hormoon adrenaline. Dit hormoon versterkt de werking van het sympathische zenuwstelsel. Organen zoals hart en skeletspieren worden op deze wijze tegelijkertijd zowel neurologisch als hormonaal beı¨nvloed. De verbinding tussen het zenuwstelsel en het hormoonstelsel wordt gevormd door de hypothalamus en de daarmee verbonden hypofyse. De interactie tussen deze twee systemen zal in dit hoofdstuk verder worden verduidelijkt. 7.1

Hormonen

Hormonen zijn stoffen die vooral worden geproduceerd in speciaal daartoe bestemde klieren, de endocriene klieren. Een endocriene klier is een klier met inwendige secretie, dat wil zeggen dat de producten (hormonen) rechtstreeks via het celmembraan aan het bloed worden afgegeven. Via het bloed worden de hormonen in zeer kleine hoeveelheden vervoerd naar de targetorganen waar ze hun regulerende invloed uitoefenen. Het endocriene systeem omvat de volgende hormoonklieren: hypofyse, schildklier, bijschildklieren, de eilandjes van Langerhans in het pancreas, bijnieren en gonaden (afb. 7.1). Naast endocriene klieren zijn er exocriene klieren, die hun producten via een afvoerbuis afgeven aan het milieu exterieur, zoals het maagdarmkanaal. Een voorbeeld van een exocriene klier is een speekselklier. Behalve hormonen uit endocriene klieren is er nog een grote groep van hormonen die niet in speciale klieren worden gemaakt maar in bepaalde weefsels. Vandaar de naam voor deze groep: weefselhormonen. De tractus digestivus (zie hoofdstuk 10) wordt wel beschouwd als de belangrijkste producent van weefselhormonen. Er worden daarin ongeveer tien hormonen geproduceerd (zie tabel 7.1). Sommige van deze weefselhormonen zijn al aan de orde gesteld, andere worden besproken in de volgende hoofdstukken. Veel hor-

C.A. Bastiaanssen et al., Fysiologie en anatomie, DOI 10.1007/978-90-313-8098-5_7, © Bohn Stafleu van Loghum, 2007

7

Hormoonstelsel

267

Afbeelding 7.1 Ligging van de hormoonklieren bij volwassenen.

monen worden ook synthetisch bereid. Door middel van de zogenaamde recombinant-DNA-techniek (zie hoofdstuk 13) kan men bacterie¨n, na inbouw van humaan DNA, hormonen laten produceren, zoals de bekende hormonen erytropoe¨tine (epo) en insuline. 7.1.1 receptoren Hormonen hebben pas effect wanneer zij gebonden worden aan specifieke receptoren. Deze kunnen gelegen zijn op het celmembraan, in het cytoplasma of in de celkern. De mate waarin de receptoren over het lichaam zijn verdeeld verschilt per hormoon. Voor het thyroı¨dstimulerend hormoon uit de hypofyse komen alleen maar receptoren voor op de cellen van de schildklier. De schildklier is dan ook het enige doelwitorgaan (‘target organ’) voor dit hormoon. Aan de andere kant beı¨nvloeden hormonen, zoals adrenaline of insuline, zeer veel organen. Adrenaline- en insulinereceptoren zijn wijdverbreid. Zolang het hormoon aan de receptor gebonden is blijft het effect voortduren. Dat betekent dat de duur van het effect wordt bepaald door de levensduur van het hormoon. Deze wordt uitgedrukt in de halfwaardetijd, de tijd waarin de concentratie van een hormoon tot de helft is gedaald. Groei is een langzaam proces. Schildklierhormoon, dat onder meer de groei beı¨nvloedt, heeft daarom een relatief lange halfwaardetijd van enkele dagen. De zoutconcentratie van het bloed verandert voortdurend. Antidiuretisch hormoon (ADH) heeft daarom een halfwaardetijd van slechts enkele minuten. De halfwaardetijd van hormonen hangt niet alleen af van de stabiliteit van de moleculen, maar ook van de snelheid waarmee het hormoon wordt afgebroken en/of uitgescheiden. Van sommige hormonen kan een depot worden aangelegd van waaruit steeds een klein beetje aan het bloed wordt afgegeven. Een bekend voorbeeld is de prikpil (hoofdstuk 12).

268

Tabel 7.1

Fysiologie en anatomie niveau 5

Overzicht van de tot nu toe bekende weefselhormonen.

orgaan of weefsel

afgescheiden hormoon

Engelse benaming

afkorting

hersenen (hypothalamus)

corticotropinevormend hormoon

corticotropin-releasing hormone

CRH

thyreotropinevormend hormoon

thyrotropin-releasing hormone

TRH

LH- en FSH-vormend hormoon

luteinizing hormonereleasing hormone

LH-RH

gonadotrophin-releasing hormone

GnRH

groeihormoonvormend hormoon

growth hormone-releasing hormone

GH-RH

groeihormoonremmend hormoon

growth hormone-inhibiting hormone of somatostatine

GH-IH

hart

atriale natriuretische factor

atrial natriuretic peptide

ANP

nieren

erytropoe¨tine

epo

renine 1,25-dihydroxycholecalciferol lever

insulineachtige groeifactoren

spijsverteringskanaal

gastrine

IGF-1, IGF-2

secretine cholecystokinine

CCK

pancreatisch polypeptide

PP

maagremmend polypeptide

gastric inhibitory polypeptide = glucosedependent insulinotropic polypeptide

GIP

plaatjesgroeifactor

platelet-derived growth factor

PDGF

omzettingsgroeifactor-b

transforming growth factorb

TGF-b

transforming growth factora

TGF-a

motiline enteroglucagon bloedplaatjes

lymfocyten

interleukinen

vetweefsel

leptine

diverse plaatsen

epidermale groeifactor omzettingsgroeifactor-a

Bron: L.N. Bouman en J.A. Bernards, Medische fysiologie, Bohn Stafleu van Loghum, 2002.

7.1.2

wateroplosbare en niet-wateroplosbare hormonen Fysiologisch is het zinvol om de hormonen in te delen in wateroplosbare en niet-wateroplosbare hormonen. De al of niet oplosbaarheid in water heeft namelijk consequenties voor de volgende zaken: – het hormoontransport in het bloed;

7

Hormoonstelsel

– het al of niet kunnen passeren van het celmembraan van de cel waarin het hormoon werkt; – de werking van het hormoon binnen de cel. Wateroplosbare hormonen Wateroplosbare hormonen zijn altijd eiwithormonen of peptidehormonen. Zij zijn altijd opgebouwd uit ketens van aminozuren. Voorbeelden van eiwithormonen zijn: insuline, glucagon en alle hormonen uit de adenohypofyse. De neurohypofysehormonen, ADH en oxytocine, bestaan uit korte ketens van aminozuren en worden daarom peptidehormonen genoemd. Tot de wateroplosbare hormonen moeten ook gerekend worden de twee hormonen uit het bijniermerg, namelijk adrenaline en noradrenaline (derivaten van het aminozuur tyrosine). De wateroplosbare hormonen kunnen zelfstandig met de bloedstroom mee naar de doelwitorganen. Doordat het celmembraan een vetachtige barrie`re vormt tussen het extra- en het intracellulaire milieu (het celmembraan is een lipidendubbellaag met daarin onder andere cholesterol, zie afb 1.3) zijn de wateroplosbare hormonen niet in staat het celmembraan te passeren. De receptoren voor deze hormonen liggen daarom altijd aan de buitenzijde van de cel. Het extracellulaire hormoon, bijvoorbeeld adrenaline, hecht zich aan een specifieke receptor. Zo zal adrenaline zich kunnen hechten aan een specifieke adrenalinereceptor op het celmembraan van de doelwitcel, bijvoorbeeld een spiercel. Deze binding leidt tot activering van een bepaald enzym (adenylaatcyclase) dat zich bevindt aan het binnenoppervlak van het celmembraan. Het geactiveerde enzym zet vervolgens ATP (adenosinetrifosfaat) om in cAMP (cyclisch adenosinemonofosfaat) waardoor de concentratie hiervan in de cel sterk toeneemt. cAMp wordt de second messenger (tweede boodschapper) genoemd (afb. 7.2). Het extracellulaire hormoon adrenaline wordt beschouwd als de first messenger (eerste boodschapper), die de productie van de tweede boodschapper (in de cel) stimuleert. De tweede boodschapper brengt vervolgens een aantal reacties op gang, een soort enzymatische cascade: een reeks op elkaar volgende reacties, waarbij telkens een geactiveerd enzymmolecuul de activering van een aantal moleculen van een volgend enzym katalyseert (zie afb. 7.2). Hierdoor wordt het effect sterk vergroot. Zo is te begrijpen dat een zeer kleine hoeveelheid hormoon een groot effect kan hebben. In dit voorbeeld heeft uiteindelijk het actieve enzym (fosforylase) in de cel glycogeen omgezet in de brandstof glucose. Hieruit blijkt de sterke samenhang tussen hormonen en de activiteit van bepaalde enzymen. De reactie van de cel op de aanwezigheid van cyclisch AMP verschilt per type cel. Wanneer de binding tussen het hormoon en zijn receptor is bee¨indigd wordt het cyclisch AMP afgebroken en houdt het effect op.

269

270

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 7.2 Een van de effecten van het hormoon adrenaline.

Niet-wateroplosbare hormonen De niet-wateroplosbare hormonen worden gemaakt uit cholesterol (zie hoofdstuk 10) en worden daarom steroı¨dhormonen genoemd: de hormonen uit de bijnierschors en de geslachtsorganen. Ook de schildklierhormonen zijn niet-wateroplosbaar. In het bloedplasma worden voornoemde hormonen gebonden aan plasma-eiwitten die als carrier dienst doen. Slechts een klein gedeelte (enkele procenten) komt in vrije vorm voor. Dit is de biologisch actieve vorm omdat ze zich alleen in deze vorm aan de receptoren van de doelwitcel kunnen hechten en het celmembraan vervolgens kunnen passeren (afb. 7.3). Daarna hechten ze zich in de cel aan de specifieke receptoren in het cytoplasma of zelfs in de celkern. Het receptor-hormooncomplex dat vervolgens ontstaat, is een hechtere binding dan die in het bloedplasma tussen het hormoon en het plasma-eiwit. Het receptor-hormooncomplex leidt tot stimulering van de transcriptie (zie hoofdstuk 13) van bepaalde genen, waarna de translatieprocessen leiden tot vorming van de beoogde functionele eiwitten. Afbeelding 7.3 Werking van een niet-wateroplosbaar hormoon, in dit geval een steroı¨dhormoon. Na binding aan een cytoplasmatische receptor beı¨nvloedt het hormoon de afgifte van mRNA in de kern.

7

Hormoonstelsel

271

In het bloedplasma is er een evenwicht tussen het gebonden en het vrije hormoon. Wanneer het vrije hormoon door de cel wordt opgenomen zal het in het bloedplasma gebonden hormoon ontkoppeld worden van het dragereiwit. 7.1.3 regulatie van de hormoonproductie Bij alle hormonen staat de snelheid waarmee een hormoon wordt afgegeven aan het bloed onder controle van een intern terugkoppelingsmechanisme (negatieve feedback). Het principe is als volgt. Een hormoon oefent invloed uit op een doelwitorgaan waarbij een functie van dit orgaan meer en meer wordt gestimuleerd. Producten van dit orgaan komen in steeds grotere concentraties in het bloed en remmen in steeds grotere mate de productie van het hormoon. Deze producten kunnen ook weer hormonen zijn of metabolieten. Een voorbeeld van het eerste is de productie van testosteron bij de man (afb. 7.4). Dit geslachtshormoon wordt door de testes geproduceerd onder invloed van het hypofysehormoon ICSH (zelfde stof als LH, zie par. 7.2.2). Wanneer de testosteronspiegel in het bloed stijgt wordt de afgifte van ICSH door de hypofyse geremd. Het resultaat is een min of meer constante plasmaspiegel van testosteron. Afbeelding 7.4 Regulatie van de productie van testosteron.

Een voorbeeld waarbij de terugkoppeling plaatsvindt door de concentratie van een metaboliet is het pancreashormoon glucagon. Dit hormoon stimuleert de afgifte van glucose uit de depots (glycogeen). Stijging van de bloedglucoseconcentratie remt het pancreas in de afgifte van glucagon (afb. 7.5). De waarde waarop de plasmaconcentratie wordt ingesteld staat onder invloed van een veelheid van andere factoren, zoals emotie (adrenaline, cortisol, geslachtshormonen etc.), lichaamstemperatuur (schildklierhormoon) of een 24-uursritme (melatonine, cortisol etc.).

272

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 7.5 Regulatie van de productie van glucagon.

7.2

Hypofyse

De hypofyse (hersenaanhangsel) is een hormoonklier ter grootte van een boon (gewicht ongeveer 0,5 g). Hij ligt pal onder de hypothalamus in de sella turcica (Turks zadel), een uitholling van het sfenoı¨d (os sphenoideum). De hypofyse bestaat uit de neurohypofyse (hypofyseachterkwab) en de adenohypofyse (hypofysevoorkwab). 7.2.1 neurohypofyse De neurohypofyse staat met de hypothalamus in verbinding via de hypofysesteel (afb. 7.6), hoofdzakelijk bestaande uit axonen. De hypofysesteel omvat ook een sterk ontwikkeld, veneus poortaderstelsel. Deze korte venen beginnen in de hypothalamus, waar ‘releasing hormones’ (RH) en ‘inhibiting hormones’ (IH) worden afgegeven. De venen eindigen in de adenohypofyse. Daar verlaten de releasing hormones en inhibiting hormones de bloedbaan weer. Zij stimuleren of remmen de afgifte van de adenohypofysehormonen. Voor de meeste adenohypofysehormonen bestaat een eigen releasing en/of inhibiting hormone. Deze stoffen komen dan ook nooit in de grote circulatie terecht. De neurohypofyse geeft twee hormonen af, namelijk het antidiuretisch hormoon (ADH) en het hormoon oxytocine (afb. 7.7). Beide hormonen worden geproduceerd in de cellichamen van zenuwcellen in de hypothalamus. Zij bewegen met de vloeistofstroom door het axon naar het axoneinde in de hypothalamus. Daar worden ze opgeslagen. Na de juiste stimulus worden zij via het bloed van hieruit naar de desbetreffende targetorganen vervoerd. Vanwege hun oorsprong worden de neurohypofysehormonen soms neurohormonen genoemd.

7

Hormoonstelsel

273

Afbeelding 7.6 Functioneelanatomische samenhang tussen hypothalamus en hypofyse.

Afbeelding 7.7 Hormonen van de adenohypofyse en van de neurohypofyse.

274

Fysiologie en anatomie niveau 5

Antidiuretisch hormoon (ADH) ADH is een peptidehormoon. De prikkel voor ADH is een verhoging van de kristalloı¨d-osmotische druk (vooral de natriumconcentratie) van het plasma. Dit wordt geregistreerd in het osmoregulatiecentrum, dat ook in de hypothalamus is gelegen. Het effect van ADH is stimulering van de resorptie van water uit de voorurine en daarmee afname van de mictie (zie par. 2.2.3 en 5.1.2). Een tweede prikkel voor de afgifte van ADH is een (sterke) daling van de arterie¨le bloeddruk, zoals bij hevig bloedverlies. In de hoeveelheden waarin ADH in dat geval aan het bloed wordt afgegeven, komt een tweede effect op de voorgrond: vasoconstrictie in de perifere bloedvaten. ADH is daardoor (mede)verantwoordelijk voor de bleke kleur van een shockpatie¨nt. Vanwege dit effect wordt ADH ook wel vasopressine genoemd.

Intermezzo 7.1 Diabetes insipidus Bij diabetes insipidus is sprake van een sterke diurese. Er wordt dan veel urine geloosd (polyurie) met een geringe concentratie aan opgeloste stoffen. Er bestaan twee vormen: een renale en een centrale diabetes. Bij de renale vorm zijn de nieren ongevoelig voor ADH. Bij deze vorm heeft het dan ook geen zin aan ADH verwante medicijnen te gebruiken. De centrale vorm kan aangeboren zijn, maar kan ook ontstaan door beschadiging van de hypofyse of hypothalamus door ontstekingen, operaties of traumata. Deze patie¨nten hebben baat bij het gebruik van desmopressine (Minrin1), een aan ADH verwant medicijn. Dit middel wordt ook gebruikt bij enuresis nocturna (‘bedplassen’). Ten slotte blijkt het middel de bloedstolling te bevorderen bij patie¨nten met de ziekte van von Willebrand (hoofdstuk 2).

ADH heeft mogelijk nog een groot aantal andere effecten op het lichaam. Zo zou ADH een rol spelen bij agressie, bij de regulatie van de lichaamstemperatuur en bij de vorming van herinneringen bij sociaal gedrag, vooral gedrag dat de paarvorming tussen seksuele partners stimuleert. In de Verenigde Staten is het middel populair bij studenten omdat het de concentratie zou verhogen. Het gebruik is echter niet zonder risico. Oxytocine Oxytocine is, evenals ADH, een peptidehormoon. Het veroorzaakt contractie van glad spierweefsel, met name van de wand van de uterus (baarmoeder) tegen het einde van de zwangerschap. Hieraan ontleent het hormoon zijn betekenis in de verloskunde (oxus = snel; tokos = geboorte). Tijdens de zwangerschap wordt de uterus ongevoelig voor oxytocine door progesteron, dat in grote hoeveelheden door de placenta wordt geproduceerd. Ook neemt de productie toe van het enzym (oxytocinase) dat oxytocine afbreekt. Er is tijdens de zwangerschap wel een toename van de oxytocinereceptoren in het myometrium (spierlaag van de baarmoederwand). Aan het einde van de zwan-

7

Hormoonstelsel

gerschap stijgt de concentratie progesteron in het bloed niet meer (of neemt zelfs iets af ), terwijl de concentratie oestrogenen wel toeneemt. Mogelijk is de toegenomen verhouding oestrogeen/progesteron op het einde van de zwangerschap verantwoordelijk voor de toenemende gevoeligheid van de baarmoeder voor oxytocine. Bij een a` terme uterus is de gevoeligheid twintig keer groter dan halverwege de zwangerschap. Afgifte van oxytocine wordt ook gestimuleerd door prikkeling van mechanoreceptoren in de vagina, cervix, uterus en de tepels. Dit kan gebeuren door uitzetting (distensie) van de zwangere uterus door de foetus, maar ook tijdens een coı¨tus. In dat geval bevorderen de uteruscontracties het transport van de zaadcellen. Catecholaminen (zoals adrenaline, zie par. 7.6.2) verhinderen de afgifte van oxytocine en remmen de werking van al vrijgekomen oxytocine. Bovendien verminderen zij de doorbloeding van de uterus en zorgen zij voor relaxatie van het myometrum (stimulatie b2-receptoren), waardoor (hevige) stress de bevalling kan vertragen of stopzetten. Oxytocine stimuleert ook de contractie van de myo-epitheliale cellen rondom de ductuli en alveoli (melkgangen). Het zorgt er voor dat de melk naar buiten komt (toeschietreflex). De reflex kan psychogeen worden beı¨nvloed. Het denken aan de baby is vaak al genoeg voor het uitdrijven van de melk. Hier is de relatie tussen het zenuwstelsel (het limbische systeem, zie par. 6.14.3) en het hormoonstelsel goed te zien. Als gevolg van het effect van adrenaline op de productie van oxytocine kunnen angst, pijn of stress de lactatie remmen. Tijdens het zogen wordt door prikkeling van de tepels via zenuwen de secretie van oxytocine verhoogd. Dit leidt tot pijnlijke contracties van de nog vergrote uterus, dat bekend staat als het verschijnsel naweee¨n. Dit bevordert de afvloed van bloed en weefselresten (lochia). Ook de man produceert oxytocine. Daar zorgt het hormoon tijdens de ejaculatie voor contracties van de zaadleider. Oxytocine heeft ook een antidiuretische werking. Ten slotte heeft het hormoon effecten op het gedrag. Het is nodig voor de binding tussen moeders en kinderen. Onder invloed van het hormoon verzwakt het de, bij dieren natuurlijke, neiging om afstand te bewaren. 7.2.2 adenohypofyse De adenohypofyse produceert een groot aantal hormonen, die alle een eiwitstructuur hebben (afb. 7.7). Ze kunnen in twee groepen worden onderverdeeld: direct werkende hormonen (groeihormoon en MSH) en de zogenaamde glandotrope (glandulotrope) hormonen, die hun werking uitoefenen op andere klieren (glandula = klier). Direct werkende hormonen Het groeihormoon (GH) wordt ook wel somatotroop hormoon (STH) of somatotropine genoemd. De afgifte van dit hormoon door de hypofyse aan het bloed wordt gestimuleerd door GH-RH (growth hormone releasing hormone) uit de hypothalamus en door het schildklierhormoon. De afgifte wordt geremd door GH-IH (growth hormone inhibiting hormone), ook wel bekend als somatostatine, uit de hypotha-

275

276

Fysiologie en anatomie niveau 5

lamus. Als gevolg van deze twee elkaar tegenwerkende invloeden vertoont de plasmaspiegel van groeihormoon een aantal pieken per dag met tussenpozen van ongeveer vier uur. De grootste piek valt in de nacht (in stadium 4 (diepe slaap) komt het meeste groeihormoon). Groeihormoon stimuleert het vrijmaken van IGF-I (insuline-achtige groeifactor) uit de lever. Deze stof heeft een stimulerende werking op de eiwitsynthese en daarmee op de groei van kraakbeen, spierweefsel en bot. Ook het kraakbeen in de epifysairschijven (par. 11.1.3) in de pijpbeenderen wordt door IGF-I geactiveerd. Zo stimuleert IGF-I de lengtegroei. Na de puberteit daalt de concentratie van IGF-I in het bloed en verdwijnen deze effecten van groeihormoon langzaam. Dat wil niet zeggen dat het hormoon bij volwassenen geen rol meer speelt. In deze leeftijdsfase liggen de effecten van groeihormoon meer op het gebied van het reguleren van de vetverbranding, de opbouw van spierweefsel en de glucosestofwisseling (diabetogeen effect). Ook de diktegroei van het bot vanuit het periost (zie par. 11.1.3) wordt door groeihormoon gestimuleerd. Een tekort aan groeihormoon tijdens de jeugd leidt tot dwerggroei, een teveel tot reuzengroei. Na de puberteit heeft het teveel aan groeihormoon geen effect meer op de pijpbeenderen, wel op de groei van neus, kin, oren, handen en voeten en ondertanden (acromegalie). In de Verenigde Staten is het gebruik van humaan groeihormoon (geproduceerd met behulp van gentechnologie) als antiverouderingsmiddel in opmars. Groeihormoon wordt ook door sporters (bodybuilders) als doping gebruikt. Het melanocyten-stimulerend hormoon (MSH = MCSH, melanotropine) zorgt bij een foetus voor de normale pigmentatie van de huid en de slijmvliezen (melanine = zwart of donkerbruin pigment). Na de geboorte is de concentratie van dit hormoon te klein om effect te hebben, behalve onder bijzondere omstandigheden. Tijdens de zwangerschap is het MSH verhoogd. Dit veroorzaakt, waarschijnlijk samen met oestrogeen en mogelijk ook progesteron, de hyperpigmentatie, die zichtbaar is op de areola mammae (tepelhof ), de genitale huid en de linea alba (zie par. 11.7.2). Chloasma (zwangerschapsmasker) houdt hier nauw verband mee. Er ontstaat een matig tot donkerbruin, grillig gevormde, scherp begrensde hyperpigmentatie in het gezicht, met name op het voorhoofd, de wangen, de slapen, rondom de ogen en de bovenlip. Na de bevalling treedt regressie op. Zonlicht speelt een belangrijke rol in het blijven bestaan van de hyperpigmentatie na de bevalling.

Intermezzo 7.2 Hyperpigmentatie bij de ziekte van Addison Bij de ziekte van Addison (zie ook intermezzo 7.7) bestaat er een hypofunctie van de bijnierschors, meestal als gevolg van een auto-imuunreactie. Hierdoor functioneert de negatieve terugkoppeling tussen bijnierschors en hypofyse onvoldoende. Als gevolg daarvan wordt de adenohypofyse blijvend gestimuleerd.

7

Hormoonstelsel

Zij produceert dan enorme hoeveelheden van het hormoon ACTH dat de bijnierschors stimuleert. Tegelijkertijd wordt ook de afgifte van MSH gestimuleerd, wat hyperpigmentatie van slijmvliezen (tandvlees), huid (gelaat) en recent ontstane littekens tot gevolg heeft. Mogelijk heeft ACTH, in de hoeveelheden waarin het bij de ziekte van Addison voorkomt, zelf ook een stimulerende invloed op de pigmentcellen.

Glandotrope hormonen De veelzijdige invloed van de adenohypofyse blijkt vooral uit het grote aantal glandotrope hormonen dat wordt geproduceerd. Deze hormonen werken indirect doordat ze invloed hebben op andere hormoonklieren. Via terugkoppelmechanismen wordt de productie geregeld naar behoefte. De adenohypofyse produceert de volgende glandotrope hormonen: – thyroı¨d-stimulerend hormoon (TSH), ook thyreotroop hormoon of thyreotropine genoemd, zet de schildklier (thyroı¨d) aan tot vorming van de schildklierhormonen T3 en T4. Deze hormonen hebben via een terugkoppelmechanisme een remmende invloed op de productie van TSH. Door middel van TRH (thyreotropin-releasing hormone) wordt de productie gestimuleerd vanuit de hypothalamus. De productie wordt zowel door de hypofyse als door de hypothalamus geremd door stijging van de concentratie schildklierhormoon (zie par. 7.3); – adrenocorticotroop hormoon (ACTH) is het bijnierschorsstimulerend hormoon. Dit hormoon zet de bijnierschors vooral aan tot productie van glucocorticoı¨den, onder andere cortisol (hydrocortison) (zie par. 7.6). Ook de productie van ACTH staat onder invloed van een releasing hormone (RH) uit de hypothalamus, CRH (corticotropin-releasing hormone). De productie van CRH wordt door cortisol geremd (feedback). ACTH is een deel van een groter molecuul, dat door de hypofyse wordt geproduceerd. Bij de splitsing van dit molecuul ontstaan nog meer stoffen met hormoonwerking, zoals een stof die de lipolyse (vetsplitsing) in de vetdepots stimuleert, waardoor vetzuren vrijkomen; – prolactine is het lactotroop hormoon. Het stimuleert zowel de ontwikkeling van de borstklieren als de melksecretie in de borstklieren na de partus (baring). De productie van prolactine wordt geregeld door twee factoren uit de hypothalamus: PRH (prolactin-releasing hormone), dat de productie stimuleert, en PIH (prolactin inhibiting hormone; dit hormoon blijkt overigens identiek te zijn aan de neurotransmitter dopamine) waardoor de productie van prolactine wordt afgeremd. De productie van prolactine wordt eveneens geremd door hoge concentraties oestrogeen en progesteron. Aan het eind van de zwangerschap is de concentratie van prolactine in het bloed van de moeder tot twintig maal zo hoog als bij niet-zwangeren. Toch blijft de melkproductie in die periode zeer beperkt (deze vloeistof wordt colostrum genoemd). Dit is te verklaren uit de

277

278

Fysiologie en anatomie niveau 5

hoge concentraties oestrogeen en progesteron, die door de placenta worden geproduceerd. Na de bevalling dalen de concentraties van deze hormonen zeer snel en valt hun remmende effect weg, waardoor de lactatie op gang komt. De hoge concentratie prolactine in het bloed remt via een negatieve terugkoppeling het vrijkomen van het releasing hormone LHRH uit de hypothalamus. Hierdoor daalt de afgifte van de gonadotrope hormonen LH en FSH, hormonen die nodig zijn voor de ontwikkeling van de eicel en de ovulatie. Dit leidt tot onderdrukking van de ovulatie, waardoor ook tijdens de zwangerschap de menstruatiecyclus uitblijft (lactatieamenorroe). Omdat PIH dezelfde stof is als dopamine, kan bij gebruik van antipsychotica, die de dopamineconcentratie verlagen, de remming van prolactine verminderen waardoor gynaecomastie (overmatige borstklierontwikkeling bij de man) en galactorroe (melkafscheiding) kunnen ontstaan; – gonadotrope hormonen; deze glandotrope hormonen stimuleren in de gonaden (geslachtsklieren) zowel de productie van geslachtshormonen als de productie van gameten (geslachtscellen). De productie van gonadotrope hormonen wordt vanuit de hypothalamus gestimuleerd door een releasing hormone LHRH of GnRH (gonadotrofine releasing hormone) genoemd. De afgifte hiervan wordt geremd door de geslachtshormonen (feedback). Er zijn twee gonadotrope hormonen: follikelstimulerend hormoon (FSH); dit hormoon bevordert bij de vrouw de groei en de ontwikkeling van de follikels in het ovarium en daarmee ook de productie van het hormoon oestrogeen in de Graafse follikel. Bij de man bevordert FSH de spermatogenese (vorming van zaadcellen) in de testes; luteı¨niserend hormoon (LH); dit hormoon bevordert bij de vrouw vochtophoping in de Graafse follikel, waardoor de druk daarin dermate toeneemt dat de follikel barst en de ovulatie plaatsvindt. Bovendien stimuleert dit hormoon de ontwikkeling van het corpus luteum (gele lichaam) dat na de ovulatie uit de Graafse follikel is ontstaan. Het corpus luteum produceert het vrouwelijk geslachtshormoon progesteron. Bij de man stimuleert LH de interstitie¨le cellen (cellen van Leydig) in de testes tot productie van het mannelijk geslachtshormoon testosteron. LH wordt bij de man daarom ook wel aangeduid met de afkorting ICSH (interstitie¨le-cellenstimulerend hormoon). Ook de placenta produceert gonadotrope hormonen (HCG) (zie hoofdstuk 12). .

.

7.3

Schildklier

De schildklier (thyroı¨d, glandula thyroidea) (afb. 7.8) ligt aan de voorzijde van de hals en bestaat uit twee lobben (‘vleugels’) die door een weefselbrug (isthmus) met elkaar verbonden zijn. De beide lobben liggen tegen de larynx en bedekken de bovenste kraakbeenstukken van de trachea.

7

Hormoonstelsel

279

Afbeelding 7.8 Schildklier van voren (links) en van achteren gezien (rechts). Let op de ligging van de bijschildklieren.

Microscopisch gezien bestaat iedere lob uit en groot aantal follikels (blaasjes) die gevuld zijn met een gelatineuze vloeistof, het colloı¨d. De wand van iedere follikel bestaat uit e´e´n laag epitheel (afb. 7.9). De cellen van dit epitheel zorgen voor de secretie van de hormonen T3 (tri-joodthyronine) en T4 (tetrajoodthyronine, thyroxine). De namen van de hormonen zijn ontleend aan het feit dat ze per molecuul respectievelijk drie en vier atomen jood bevatten. Beide hormonen worden gekoppeld aan eiwit, als thyroglobulinen, inactieve hormonen, opgeslagen in het colloı¨d. Afbeelding 7.9 Schildklierfollikel. Links: opslagfase; rechts: actieve fase (’lege follikel’).

7.3.1 synthese van de schildklierhormonen De synthese van T3 en T4 wordt in twee stappen gestimuleerd. Als eerste produceert de hypothalamus het TRH (thyrotropin-releasing hormoon). Dit hormoon brengt de hypofyse ertoe TSH (thyroı¨d-stimulerend hormoon) af te geven aan de circulatie. Onder invloed van TSH worden de beide hormonen T3 en T4 uit de depotvorm vrijgemaakt. Vrijwel alle schildklierhormonen worden gekoppeld aan plasma-eiwitten, vooral aan het thyroxinebindend globuline (TBG), door het bloed naar de targetorganen vervoerd. Er wordt ongeveer vijftien keer zoveel T4 geproduceerd als T3, maar de binding van T3 aan de receptoren is ongeveer tien keer sterker dan die van T4, zodat het effect van de schildklierhormonen voornamelijk veroorzaakt wordt door T3. T3 en T4 remmen zowel de hypothalamus als de hypofyse bij de afgifte

280

Fysiologie en anatomie niveau 5

van respectievelijk TRH en TSH, zodat hun concentratie op een constant niveau gehouden wordt. Dit niveau wordt door een groot aantal factoren beı¨nvloed (zie verder). Voor de synthese van T3 en T4 is jood in het voedsel noodzakelijk. Bij een tekort aan jood is de schildklier niet in staat voldoende T3 en T4 te produceren, waardoor de plasmaconcentratie van deze stoffen voortdurend is verlaagd. Dit leidt tot struma, wat gekenmerkt wordt door een sterk opgezwollen schildklier. Dit is als volgt te verklaren: bij een lage T3- en T4-spiegel wordt de productie van TRH en TSH onvoldoende geremd. De schildklier wordt daardoor voortdurend gestimuleerd, ook in de productie van follikels. Struma is vooral endemisch in bergstreken, omdat de bodem daar onvoldoende jood bevat. In Europa en de Verenigde Staten wordt jood aan het keukenzout toegevoegd. 7.3.2 werking van de schildklierhormonen De hormonen T3 en T4 hebben een breed werkingsgebied. Ze bevorderen de groei via de eiwitsynthese in de cellen. Een kind met een verhoogde schildklierwerking zal sneller groeien, maar de groei zal ook vroeger stoppen. Zo sluiten onder andere de epifysairschijven eerder dan normaal. Uiteindelijk kan het kind zelfs kleiner uitvallen. Minstens zo belangrijk is het effect van T3 en T4 op de pre- en postnatale ontwikkeling van de hersenen (intermezzo 7.3). Een tweede belangrijk effect van schildklierhormoon is verhoging van de enzymactiviteit in de mitochondrie¨n. Daarmee zijn T3 en T4 bepalend voor het basaalmetabolisme (BM). Onder het basaalmetabolisme wordt verstaan de stofwisseling onder standaardcondities: een omgevingstemperatuur van 22 8C, acht uur niet eten en 48 uur geen eiwit eten en ten minste dertig minuten in lichamelijke en geestelijke rust verkeren (niet slapen). Onder die omstandigheden wordt het metabolisme voornamelijk bepaald door de anabole processen. De snelheid hiervan is opmerkelijk constant. Voor een jonge volwassen man ligt het basaalmetabolisme dan ongeveer op 4 kJ (bijna 1 kcal) per kg lichaamsgewicht per uur. Voor een jonge volwassen man van 70 kg komt dat neer op 6 720 kJ (1 606 kcal) per etmaal. Voor vrouwen is dat 10% lager, vanwege de grotere vetmassa en dus het geringere warmteverlies. Het basaalmetabolisme daalt met de leeftijd en is hoger bij herstel van een ziekte. Bij een omgevingstemperatuur van minder dan 20 8C is het basaalmetabolisme niet toereikend om het lichaam op temperatuur te houden. Het temperatuurregulatiecentrum in de hypothalamus zal dan de afgifte van TRH stimuleren. Uiteindelijk leidt dit tot een verhoogde concentratie van T3 en T4 in het bloed en dus tot een toegenomen verbranding zolang de omgevingstemperatuur onder 20 8C blijft. Bij dit proces is de integratie, die er bestaat tussen neurologische en hormonale regulatie, goed waarneembaar. Ook het dag/nachtritme beı¨nvloedt de concentratie van T3 en T4: ’s nachts is de concentratie lager en de lichaamstemperatuur daalt. Bij vrouwen is het basaalmetabolisme onder invloed van progesteron na de ovulatie tot de menstruatie (luteale fase) 20% hoger dan daarvoor,

7

Hormoonstelsel

wat tot uitdrukking komt in een stijging van de lichaamstemperatuur met 0,3 8C of meer. De anabole processen in de foetus zijn er verantwoordelijk voor, dat het basaalmetabolisme van de moeder tijdens zwangerschap ook is verhoogd.

Intermezzo 7.3 Hypothyreoı¨die Bij een tekort aan schildklierhormoon (hypothyreoı¨die) bij een kind zal de groei achterblijven. Ernstige congenitale hypothyreoı¨die (CHT) of athyreoı¨die geeft aanleiding tot cretinisme, dat wordt gekenmerkt door dwerggroei en mentale retardatie. Congenitale hypothyreoı¨die is een van de vele stofwisselingsziekten, die met de hielprik (hoofdstuk 13) kan worden opgespoord. Zonder behandeling zal de geestelijke en lichamelijke ontwikkeling van het kind ernstig achterblijven. De behandeling bestaat uit het slikken van synthetisch schildklierhormoon zoals levothyroxine (Thyrax1). Naast de aangeboren vorm van hypothyreoı¨die bestaan er mildere vormen van een verminderde werking van de schildklier, die kunnen ontstaan door ontstekingen, een joodtekort en bestraling. De symptomen passen grotendeels bij het beeld van een trage stofwisseling: traagheid, slaperigheid, een lage hartslagfrequentie, obstipatie en een neiging tot overgewicht. Bij het uitvallen van de schildklierfunctie kan myxoedeem ontstaan: zwelling in het gezicht, vooral onder de ogen door afzetting van eiwitvezels in het interstitium. Ter onderscheid met oedeem door ophoping van weefselvocht wordt deze vorm ook wel ‘nonpitting’-oedeem genoemd (hierin is geen nablijvend kuiltje te drukken). Er is nog geen verklaring voor dit verschijnsel. In de meest voorkomende vorm van hyperthyreoı¨die (ziekte van Graves) zijn in het bloed antilichamen aantoonbaar, die de receptoren voor TSH veel langduriger prikkelen dan TSH zelf met een overproductie van T3 en T4 tot gevolg. Deze antilichamen (TSI: thyroı¨d-stimulerend immunoglobuline) zijn het product van een auto-immuunreactie tegen de eigen schildklier. Door het terugkoppelsysteem is de concentratie TSH in het bloed van deze patie¨nten wel lager dan normaal. De symptomen bestaan uit prikkelbaarheid, het slecht verdragen van warmte, gewichtsverlies enz. Een opvallend symptoom is exoftalmie, waarbij de oogbol naar voren verplaatst is.

Behalve voornoemde hormonen produceert de schildklier eveneens het hormoon calcitonine dat wordt geproduceerd door cellen die aan de buitenkant langs de follikels liggen, de zogenaamde C-cellen (parafolliculaire cellen). Calcitonine (werkt bloedcalciumverlagend) heeft bij de mens waarschijnlijk een gering effect.

281

282

Fysiologie en anatomie niveau 5

7.4

Bijschildklieren

De bijschildklieren (glandula parathyroidea) (afb. 7.8) zijn kliertjes die, als enkele millimeters grote doperwtjes, tegen en in de achterzijde van de schildklier liggen. De meestal vier bijschildklieren produceren het parathyreoı¨d hormoon (parathormoon of PTH). De targetorganen van parathormoon zijn: botweefsel, nieren en darmwand. Parathormoon verhoogt de calciumspiegel op de volgende manieren: – mobilisatie van calcium vanuit de botten naar het bloed; – bevordering van de terugresorptie van calcium in de nieren; – bevordering van de calciumresorptie vanuit de darm naar het bloed; dit gebeurt mede onder invloed van vitamine D (zie hoofdstuk 10). Zoals in hoofdstuk 10 wordt uitgelegd moet de concentratie van calcium in het bloed binnen nauwe grenzen constant blijven. Dit is niet omdat een lage calciumspiegel direct gevolgen zou hebben voor het skelet, maar omdat het plasmacalcium een belangrijke rol speelt bij impulsgeleiding en contractie van spieren, inclusief het hart. Het is gebleken dat het calciumgehalte van het bloed op zichzelf de prikkel is voor de productie van parathormoon: bij een laag calciumgehalte stijgt de productie van parathormoon en bij een hoge calciumconcentratie in het bloed daalt de productie. Parathormoon heeft ook invloed op het fosfaatgehalte van het bloed. Het verlaagt de fosfaatspiegel door in de nieren de excretie van fosfaten te bevorderen. 7.5

Pancreas

Het pancreas (alvleesklier) ligt retroperitoneaal (achter het peritoneum) in de bovenbuik en is ongeveer 15-20 cm lang. Het pancreas bestaat uit de pancreaskop (caput), het corpus (lichaam) en de cauda (staart) (afb. 7.10). De pancreaskop past in de bocht van het duodenum en sluit aan op het dunnere corpusdeel, dat overgaat in de cauda, die reikt tot aan de milt. Het is een klier met een dubbele functie: exocrien en endocrien. In dit hoofdstuk komt alleen het endocriene deel aan de orde: de eilandjes van Langerhans. In hoofdstuk 10 wordt de exocriene functie behandeld (par. 10.16). Afbeelding 7.10 Pancreas: ligging (links) en microfoto (rechts). a. eilandje van Langerhans; b. exocrien klierweefsel; c. afvoerbuis voor pancreassap.

7

Hormoonstelsel

7.5.1 de eilandjes van langerhans Het endocriene deel wordt gevormd door de eilandjes (insulae) van Langerhans, die samen slechts ongeveer 2 tot 3% uitmaken van het totale pancreasweefsel. Ze liggen vooral in de cauda. Ieder eilandje is een celgroepje met een gemiddelde diameter van ongeveer 150 mm. Het aantal cellen in een eilandje varieert van ongeveer 80 tot 200. Het totale aantal eilandjes bedraagt 1 tot 1,5 miljoen. De eilandjes bevatten drie belangrijke soorten cellen die ieder een peptidehormoon produceren: – a-cellen (alfacellen); ze vormen ongeveer 15-20% van het totale aantal eilandjescellen en produceren het hormoon glucagon; – b-cellen (be`tacellen); ze vormen 60-70% van het totaal aantal cellen en produceren het hormoon insuline. Insuline wordt gesynthetiseerd in de vorm van een voorstadium (pro-insuline). Kort voor de secretie wordt uit het midden van het pro-insuline een peptideketen geknipt (C-peptide: connecting peptide). Het actieve insuline bestaat dan uit twee peptideketens (keten A en B), die met bruggen aan elkaar zijn gebonden. Het C-peptide, dat ook aan het bloed wordt afgegeven, heeft geen fysiologische betekenis. Het heeft een veel langere levensduur dan insuline zelf en wordt met de urine uitgescheiden. Om die reden kan de activiteit van het pancreas tegenwoordig in de urine worden bepaald; – d-cellen (deltacellen); deze vrij kleine cellen maken ongeveer 10% uit van het totaal; ze produceren, evenals de hypothalamus, het hormoon somatostatine. 7.5.2 insuline en glucagon Een maaltijd kan in totaal wel 200 g koolhydraten bevatten. Toch stijgt de glucoseconcentratie in het bloed na deze maaltijd nooit verder dan 1,4 g/l (dit komt overeen met 7,5 mmol/l). Drie tot vier uur na de maaltijd is de glucoseconcentratie altijd nog 0,9 g/l (5 mmol/l). Blijkbaar is het essentieel dat de bloedglucoseconcentratie niet te veel schommelt. Een te lage glucosespiegel (hypoglykemie) leidt tot een tekort aan voedingsstoffen in de hersenen, omdat dit orgaan afhankelijk is van het door het bloed aangevoerde glucose. Bij een te hoge spiegel (>10 mmol/l) verliest het lichaam glucose met urine (glucosurie, hoofdstuk 5). Behalve dat daarmee een belangrijke brandstof verloren gaat, heeft hyperglykemie ook nog schadelijke effecten op de meeste organen. De pancreashormonen insuline en glucagon spelen de belangrijkste rol bij het constant houden van de bloedglucosespiegel. De belangrijkste prikkel voor de afgifte van insuline is stijging van de glucoseconcentratie. Dit hormoon zal dus na de maaltijd worden afgegeven. Voordat het glucose in het bloed is opgenomen zijn de b-cellen reeds gesensibiliseerd door hormonen zoals het GIP (glucose-dependent insulinotropic polypeptide, gastric inhibitory polypeptide) dat in het maag-darmkanaal wordt gevormd onder invloed van het voedsel (zie weefselhormonen; tabel 7.1 en hoofdstuk 10). Door de sensibilisatie zal de productie van insuline worden gestimuleerd. Insuline zorgt ervoor, dat het glucose snel in de lichaamscellen wordt opgenomen;

283

284

Fysiologie en anatomie niveau 5

het heeft een hypoglykemische werking. Door het verbruik van glucose dreigt de concentratie in het bloed tussen twee maaltijden te veel te dalen. Het pancreas reageert daar op met de afgifte van glucagon. Door dit hormoon wordt glucose vrijgemaakt uit de voorraden (glycogeen in vooral de lever) en aan het bloed afgegeven. Glucagon heeft een hyperglykemische werking. De hypoglykemische werking van insuline wordt bereikt op de volgende wijze: – insuline is noodzakelijk voor de permeabiliteit van het celmembraan voor glucose. De opname van glucose in de hersenen is insuline-onafhankelijk; – in de lever- en spiercellen bevordert insuline de glycogenese (glycogeenvorming: omzetting van glucose in glycogeen). In hoeverre glucose wordt afgebroken of opgeslagen hangt af van de energiebehoefte van een cel; – insuline heeft een remmende invloed op het proces van de gluconeogenese in de lever (par. 10.17.4).

Intermezzo 7.4 Diabetes mellitus Bij diabetes mellitus is de afgifte van insuline door het pancreas afwezig of onvoldoende. Dit kan worden veroorzaakt doordat de b-cellen te weinig of in het geheel geen insuline produceren (diabetes mellitus type 1). Deze vorm begint meestal op vroege leeftijd. Bij de andere vorm (diabetes mellitus type 2) verloopt de productie van insuline steeds trager en neemt de gevoeligheid van de lichaamscellen voor het hormoon steeds verder af. Deze vorm openbaart zich meestal op latere leeftijd, vaak na een langdurige periode van overgewicht. Door de te lage insulinespiegel in het bloed is bij beide typen de glucoseconcentratie in het bloed verhoogd. Wanneer deze de renale drempel van 10 mmol/l (zie hoofdstuk 5) overschrijdt, bevat de urine ook glucose (glucosurie) en wordt de diurese (de hoeveelheid geloosde urine) sterker dan normaal (polyurie). Als gevolg daarvan heeft de patie¨nt voortdurend dorst. Veel plassen en dorst is een ongewone combinatie en daarmee vaak een aanwijzing voor diabetes mellitus. Verder ontwikkelen zich talloze vaatdefecten met een veelheid aan gevolgen, zoals een sterk verhoogde kans op CVA’s, hartinfarcten, blindheid enzovoort. Omdat de lichaamscellen geen glucose kunnen opnemen moeten zij noodgedwongen al hun energie halen uit de verbranding van vetten. In zo’n situatie worden er giftige verbindingen gevormd, die bekend staan onder de naam ketonen, ketozuren of ketonlichamen. Deze verbindingen, waartoe ook aceton gerekend wordt, zijn te ruiken in de adem en het transpiratievocht van de patie¨nt. Zij verlagen de pH van het bloed en zijn ook neurotoxisch en kunnen tot een coma leiden. Dit coma wordt een ketoacidotisch (‘hyperglykemisch’) coma genoemd. Een

7

Hormoonstelsel

patie¨nt met een ketoacidose moet soms bicarbonaat krijgen om de pH te corrigeren en insuline om de celmembranen weer doorlaatbaar te maken voor glucose. Diabetes type 2 is vaak lang onder controle te houden met een dieet en orale antidiabetica. Een patie¨nt met diabetes type 1 moet vaak al vanaf de kindertijd insuline spuiten. Daarbij moet de dosis steeds worden aangepast aan het dieet en de (te verwachten) inspanning. Wanneer er te veel insuline wordt gebruikt kan de glucoseconcentratie te sterk dalen. De lichaamscellen hebben dan wel voldoende glucose, maar de hersenen niet. Zij zijn immers volledig afhankelijk van de hoeveelheid glucose uit het bloed. Bij een concentratie van glucose van 3 mmol/l (0,5 g/l) worden de hersencellen extra prikkelbaar. De patie¨nt raakt geagiteerd en begint te zweten. Bij een concentratie van 1 mmol/l (0,2 g/l) raakt de patie¨nt bewusteloos. Bij nog lagere concentraties kan hij in hypoglykemisch coma geraken. Bij ernstige hypoglykemie is toediening van glucose en glucagon geı¨ndiceerd.

Insuline heeft niet alleen invloed op de glucosestofwisseling, maar eveneens op de vet- en eiwitstofwisseling. De invloed op de vetstofwisseling bestaat hierin dat insuline het proces van de lipogenese (opbouw van lipiden, triglyceriden) bevordert en tegelijkertijd de lipolyse (afbraak van triglyceriden in de vetdepots) remt. Beide processen spelen zich voornamelijk af in de vetcellen. Met betrekking tot de eiwitstofwisseling bevordert insuline de permeabiliteit van het celmembraan voor de aminozuren, zodat die gemakkelijker door de cel worden opgenomen. In de cellen bevordert insuline de eiwitopbouw en remt het de afbraak van eiwitten. Samengevat vervult insuline de volgende drie functies: – hypoglykemische werking; – bevordering van de eiwitopbouw; – bevordering van de vetopbouw. Bij gebrek aan insuline stijgt daardoor het bloedglucosegehalte, terwijl de afbraak van eiwitten en vetten zal toenemen. Een groot aantal hormonen heeft een anti-insuline-effect en verhoogt daarmee de concentratie bloedglucose. Deze hormonen stimuleren processen, waarbij de vraag naar glucose is verhoogd. Hiertoe behoren: – adrenaline, dat wordt geproduceerd in perioden van actie en verhoogde waakzaamheid (zie hoofdstuk 6); – cortisol, dat vooral door stress wordt geı¨nduceerd (zie par. 7.6.1); – schildklierhormoon; – groeihormoon.

285

286

Fysiologie en anatomie niveau 5

Intermezzo 7.5 Glucosetolerantietest (GTT) Na een intraveneuze injectie van glucose zal de bloedglucosespiegel bij een gezond persoon slechts gedurende korte tijd toenemen. De reden hiervan is de snelle productie van insuline als antwoord op de injectie en de opname van glucose in de lever en de spieren. Door de glucoseconcentratie en de insulinespiegel in het bloed te bepalen op verschillende momenten voor en na de inname van glucose (intraveneus of oraal), kan een indruk verkregen worden of de onderzochte persoon diabetes heeft. In afbeelding 7.11 is het resultaat vastgelegd. Na een injectie van 50 g glucose stijgt bij een gezond persoon de glucoseconcentratie van 5 mmol/l zeer snel naar 25 mmol/l. Daarna daalt de glucosespiegel vrij snel evenals de insulinespiegel. In geval van een type-2-diabetespatie¨nt komt de insulineproductie slechts langzaam op gang (de beginpiek ontbreekt) zodat de bloedglucoseconcentratie oploopt tot ongeveer 35 mmol/l. Afbeelding 7.11 Beloop van de glucose- en insulineconcentraties in het bloedplasma na een intraveneuze injectie van 50 g glucose bij een gezond proefpersoon en een patie¨nt met diabetes type 2. gluc = glucose ins = insuline

7.5.3 somatostatine Somatostatine remt zowel de endocriene functie (productie van insuline en glucagon) als de exocriene functie (productie van spijsverteringsenzymen) van het pancreas. Ook de activiteit van een groot aantal processen in het maag-darmkanaal wordt door somatostatine onderdrukt. Zo wordt de afgifte van gastrine en pepsine verminderd, de maaglediging vertraagd en de doorbloeding en motiliteit van de darm verminderd. De gezamenlijke effecten duiden erop dat somatostatine de snelheid waarmee voedingsstoffen in het bloed en in de

7

Hormoonstelsel

287

lichaamscellen komen vertraagt. Het middel (of octreotide, een afgeleide verbinding) wordt wel gebruikt ter voorkoming van bloedingen in het maag-darmgebied en bij de behandeling van gastrine-producerende tumoren. Het pancreassomatostatine is overigens dezelfde stof als het somatostatine (GH-IH) uit de hypothalamus, dat de afgifte van groeihormoon onderdrukt. Octreotide heeft om die reden ook effect bij acromegalie (zie onder groeihormoon in par. 7.2.2). 7.6

Bijnieren

Iedere bijnier (bijnier = adren) (afb. 7.12) ligt als een driehoekig kapje op de nier en is opgebouwd uit de cortex (schors) en de medulla (merg). Afbeelding 7.12 Ligging en bouw van de bijnieren.

De cortex is een geel gekleurde laag (ongeveer 2 mm dik) die zich ontwikkeld heeft uit hetzelfde weefsel als de gonaden. Dit is een verklaring voor de productie van geslachtshormonen door de bijnierschors. Overigens is de betekenis daarvan onder normale omstandigheden te verwaarlozen. Het medullaire deel van de bijnieren heeft zich ontwikkeld uit embryonaal sympathisch zenuwweefsel. Cortex en medulla, anatomisch een eenheid, zijn fysiologisch onafhankelijk van elkaar. 7.6.1 bijnierschors De cortex bestaat van binnen naar buiten uit de volgende drie concentrische lagen (afb. 7.13): – zona glomerulosa; – zona fasciculata; – zona reticularis. De cortexhormonen worden corticosteroı¨den (kortweg corticoı¨den) genoemd, omdat ze evenals de geslachtshormonen afgeleid zijn van cholesterol. Wat hun werking betreft worden ze ingedeeld in drie groepen: mineralocorticoı¨den, glucocorticoı¨den en geslachtshormonen. Mineralocorticoı¨den De mineralocorticoı¨den hebben invloed op de mineraalhuishouding en worden geproduceerd in de zona glomerulosa. Het meest bekende

288

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 7.13 Schematische bouw van de bijnier (links) en van een detail van de cortex (rechts).

mineralocorticoı¨d is het hormoon aldosteron, dat in de nieren zorgt voor de terugresorptie van natrium en water (natriumretentie) en de excretie van kalium (kaliumdepletie). Dit verklaart dan ook dat een lage natrium- en een hoge kaliumconcentratie in het bloed stimulerend werken op de afgifte van aldosteron. Het hormoon maakt deel uit van het RAA-systeem (RAAS) dat betrokken is de regulatie van de bloeddruk (par. 2.2.3). Glucocorticoı¨den De glucocorticoı¨den worden geproduceerd door de beide binnenste lagen van de cortex. Het bekendste glucocorticoı¨d is cortisol (hydrocortison). De synthese van cortisol in de middelste laag van de bijnierschors wordt gestimuleerd door ACTH (adrenocorticotroop hormoon) uit de adenohypofyse onder invloed van CRH (corticotropin-releasing hormone) uit de hypothalamus. Cortisol remt zijn eigen synthese, zowel op het niveau van de hypothalamus als op dat van de hypofyse, zodat de plasmaconcentratie redelijk constant wordt gehouden. Het 24uursritme (de biologische klok) heeft wel invloed op deze concentratie: ’s morgens vroeg is deze het hoogst. Daarmee wordt het lichaam voorbereid op de activiteiten van de dag. De laagste concentratie wordt midden in de nacht bereikt. Talloze factoren hebben invloed op de instelwaarde van de plasmaconcentratie van cortisol. Deze factoren worden samen de stressfactoren genoemd. Dit kunnen zowel fysieke als psychische prikkels zijn. Voorbeelden van fysieke prikkels zijn: (fel) licht, (hard) geluid, hoge temperaturen, zware inspanning en verwondingen. Zelfs de kleur licht uit een tl-balk heeft invloed op de hoeveelheid cortisol in het bloed. Psychische prikkels zijn bijvoorbeeld zware inspanning, angst en spanning. Hier is de verbinding tussen het zenuwstelsel en het hormoonstelsel evident. Cortisol wordt in het bloed gebonden aan een plasma-eiwit: cortisolbindend globuline. Alle effecten van cortisol zijn erop gericht om de hersenen ten tijde van stress adequaat te laten functioneren. Omdat de hersenen voor hun energievoorziening volledig afhankelijk zijn van de glucose die

7

Hormoonstelsel

door het bloed wordt aangevoerd, komen de effecten van cortisol vooral neer op: – vrijmaken van glucose uit de voorraden en nieuwvorming van glucose; dit gebeurt door: remming van de opname van glucose in de lichaamscellen (antiinsuline-effect); hierdoor wordt ook de lipogenese (de vorming van vetten uit koolhydraten) geremd. Omdat de opname van glucose in hersencellen onafhankelijk is van insuline, blijft deze gegarandeerd; stimulering van de lipolyse (splitsen van vetten) in het adipeus weefsel zorgt voor een alternatieve energiebron; stimulering van de gluconeogenese (nieuwvorming van glucose) uit vooral aminozuren. Deze aminozuren komen beschikbaar omdat cortisol ook de afbraak van (lichaams)eiwitten, in bijvoorbeeld spieren, stimuleert; – remmen van processen die energie en aminozuren gebruiken; vooral de vorming van antilichamen en bepaalde witte bloedcellen wordt door cortisol geremd en als zodanig heeft het hormoon dus een ontstekingsremmend effect. Het hormoon onderdrukt tevens allergische reacties. De dag- en nachtvariatie in de concentratie van cortisol en de invloed op ontstekingsprocessen is af te lezen uit het verloop van de koorts (vooral bij kinderen). ’s Morgens is de concentratie van cortisol het hoogst en wordt de afweer dan ook het meest onderdrukt en is de koorts het laagst. .

.

.

Naast de invloed van cortisol op de glucosehuishouding, waar de naam glucocorticosteroı¨d van is afgeleid, heeft het hormoon ook nog een (zwakkere) mineralocorticoı¨de werking, vergelijkbaar met aldosteron: het stimuleert de resorptie van natrium in de nieren, ten koste van kalium. Vanwege de eigenschappen van cortisol bij vermindering van de algemene afweer en immuniteit worden afgeleiden van dit hormoon veel gebruikt als geneesmiddel. De bekendste stoffen zijn: prednison (methylprednisolon, prednisolon), betamethason en dexamethason. Het toepassingsgebied bestrijkt reumatologische aandoeningen, astma, multipele sclerose, ontstekingen aan het bewegingsapparaat en nog veel meer. Geslachtshormonen In de zona reticularis vindt de productie plaats van androgenen (mannelijke geslachtshormonen) en vrouwelijke geslachtshormonen: oestrogenen en progesteron. Deze productie is gering in verhouding tot die in de gonaden (zie hoofdstuk 12). De productie in de cortex speelt waarschijnlijk een rol bij de ontwikkeling van de primaire en secundaire geslachtskenmerken (haargroei in de schaamstreek en oksels) en bij de groeispurt tijdens de kinderleeftijd.

289

290

Fysiologie en anatomie niveau 5

Intermezzo 7.6 Adrenogenitaal syndroom (AGS) Dit syndroom ontstaat door een overmatige productie van de androgenen in de bijnierschors. Het is een autosomaal recessief erfelijke aandoening waarbij er een defect is aan het enzym 21hydroxylase (21-hydroxylasedeficie¨ntie). Hierdoor wordt onvoldoende cortisol gevormd. Ook de aanmaak van aldosteron kan verlaagd zijn. Er is nu geen negatieve feedback zodat de concentratie ACTH stijgt. Dit leidt weer tot congenitale hyperplasie van de bijnierschors met overproductie van androgenen, zoals testosteron. Testosteron veroorzaakt bij meisjes tijdens het intra-uteriene leven een virilisatie van de uitwendige genitalie¨n. Er kan zelfs een scrotum ontstaan door fusie van de labia (schaamlippen) en een urethrale penis (uitmonding van de urethra in de top van de vergrote clitoris). Bij het jongetje is ook een versterkte virilisatie. Het scrotum kan donker gepigmenteerd zijn door een MSH-achtig hormoon dat ook, tegelijk met ACTH, verhoogd wordt aangemaakt. De penis kan aan de forse kant zijn. Omdat ook de aldosteronproductie door het enzymdefect verminderd kan zijn, kan al binnen twee weken na de geboorte een addisoncrisis optreden met shock, projectielbraken en zoutverlies. AGS is een van de vele stofwisselingsziekten die met de hielprik (zie hoofdstuk 13) kan worden opgespoord.

Intermezzo 7.7 Hypo- en hyperfunctie van de bijnierschors. Hypofunctie Bij de ziekte van Addison is er een hypofunctie van de bijnierschors met als gevolg lage spiegels van aldosteron en cortisol. Het tekort aan aldosteron kan leiden tot hyponatrie¨mie, hyperkalie¨mie, acidose en dehydratie. Door het tekort aan cortisol is de patie¨nt onvoldoende in staat glucose vrij te maken uit de voorraden en nieuw glucose aan te maken, met spierzwakte tot gevolg. De patie¨nt is ook buitengewoon ontvankelijk voor stress en onschuldige infecties zijn al snel levensbedreigend. De hyperpigmentatie bij de ziekte van Addison is al besproken in intermezzo 7.2. Hyperfunctie Het cushingsyndroom ontstaat bij hyperfunctie van de bijnierschors, vaak door overproductie van ACTH, ook buiten de hypofyse. Opvallend is het vrijmaken van vet uit het onderste deel van het lichaam, terwijl in de bovenste helft (waaronder de nek) juist vet wordt afgezet. Oedemen in het gelaat geven de patie¨nt het vollemaansgezicht. De androgene werking van de bijnier kan

7

Hormoonstelsel

acne en hirsutisme (mannelijk beharingspatroon bij vrouwen) veroorzaken. De bloedglucoseconcentratie na een maaltijd kan bij het cushingsyndroom hoog oplopen, wat vaak leidt tot glucosurie. Overal in het lichaam wordt eiwit afgebroken, wat in het bijzonder tot uitdrukking komt in atrofie van de spieren. Vermindering van de eiwitsynthese in witte bloedcellen verzwakt het immuunsysteem zodat deze patie¨nten vaak overlijden aan infecties. Ook in de huid zijn minder eiwitvezels aanwezig, waardoor de huid dun is en er kenmerkende paarse striae (strepen) ontstaan.

7.6.2 bijniermerg Het bijniermerg ontwikkelt zich embryonaal, oorspronkelijk als deel van het sympathische zenuwstelsel. De cellen uit dit systeem produceren noradrenaline als neurotransmitter (zie hoofdstuk 6). In een later ontwikkelingsstadium gaan deze cellen zich differentie¨ren tot kliercellen, waarbij noradrenaline voor 80% wordt omgezet in adrenaline. Adrenaline en noradrenaline worden daarna beide in het bloed afgegeven in een verhouding 4:1. De conclusie kan zijn dat adrenaline werkt als hormoon en noradrenaline vooral (maar dus niet uitsluitend) als neurotransmitter in het sympathische zenuwstelsel. Wanneer het lichaam in een ‘sympathische’ toestand verkeert (alarmsituaties: FFF-reacties (fight-, flight-, fright-reactions)) worden de organen zo dubbel beı¨nvloed, namelijk hormonaal (voornamelijk via adrenaline) en neurologisch via noradrenaline als neurotransmitter. Voor de hormonen adrenaline en noradrenaline worden steeds meer de Amerikaanse namen gehanteerd respectievelijk epinefrine en norepinefrine, afgeleid van epinephros, de Griekse naam voor bijnier. Adrenaline en noradrenaline worden samen met de neurotransmitter dopamine, gerekend tot de groep van de catecholaminen. Adrenaline heeft effect op alle organen. In de lever en in de spieren bevordert het de omzetting van glycogeen tot glucose waardoor de bloedglucosespiegel stijgt. Doordat adrenaline de hartslagfrequentie en het slagvolume en daardoor ook het hartminuutvolume (hmv) verhoogt, zal de bloeddruk stijgen. De ademhaling wordt door adrenaline versneld, de bloedvaten in de actieve spieren worden erdoor verwijd, terwijl vrijwel alle andere bloedvaten erdoor worden vernauwd. Zo zal de doorbloeding van het maag-darmkanaal en de huid worden geremd. De effecten van noradrenaline als hormoon zijn voor een groot deel vergelijkbaar met die van adrenaline. Er zijn wel wat accentverschillen. Zo geeft noradrenaline een sterkere vasoconstrictie in huid en spijsverteringsorganen en worden de skeletspieren en de longen juist meer door adrenaline beı¨nvloed.

291

292

Fysiologie en anatomie niveau 5

7.7

Gonaden

De gonaden (ovaria, testes) hebben een dubbele functie: productie van gameten (geslachtscellen, voortplantingscellen) en de productie van geslachtshormonen. De ovaria produceren oestrogeen (oestron) en progesteron. Oestrogeen wordt geproduceerd in de wand van de Graafse follikel onder invloed van het hormoon FSH uit de adenohypofyse. Progesteron wordt geproduceerd in het corpus luteum (geel lichaam) onder invloed van het hormoon LH. De testes produceren het mannelijk geslachtshormoon testosteron onder invloed van het hormoon LH uit de adenohypofyse. Gezien de sterke samenhang tussen de hormoonproductie en de processen met betrekking tot de voortplanting, wordt dit integraal aan de orde gesteld in hoofdstuk 12.

8

Zintuigen

Voor de informatievoorziening zijn de zintuigen onontbeerlijk. Ze stellen de mens in staat om waar te nemen wat er rondom hem en in hem gebeurt. Een zintuig is een orgaan dat een bepaald soort prikkels, waarvoor het gevoelig is, in de vorm van een impuls via een afferente zenuw doorgeeft aan een bepaald gedeelte van de hersenen waar men zich al dan niet van de prikkel bewust wordt. De omzetting van een adequate (passende) prikkel naar impulsen vindt plaats in de zintuigcellen (sensoren). Prikkels komen niet alleen vanuit de buitenwereld maar ook vanuit het lichaam zelf, zoals pijn, hongergevoel, dorst, spanning en angst. Enkele voorbeelden van prikkels van buiten het lichaam zijn koude, warmte, lawaai, donker/licht, kleur en geur. 8.1

Sensoren

Informatie over ons lichaam en de wereld daarbuiten kan als verschillende vormen van energie worden ontvangen: als geluid, licht, warmte, chemische energie enzovoort. Sensoren zijn in staat om deze vormen van energie om te zetten in elektrische energie in de vorm van een verandering in de membraanpotentiaal (sensorpotentiaal). Dit verschijnsel wordt transductie genoemd. Iedere sensor kan slechts e´e´n vorm van energie omzetten. Iedere passende prikkel leidt tot een verandering in de permeabiliteit van het sensormembraan en zo tot depolarisatie van de sensor (zie ook par. 6.2). De grootte van deze depolarisatie is afhankelijk van de grootte van de prikkel. Een voorbeeld is de prikkelvorming in de staafjes in het oog (zie par. 8.1.4). Deze bevatten de stof rodopsine, dat onder invloed van het licht ontleed wordt, waardoor een sensorpotentiaal ontstaat. Deze wordt overgedragen aan de zenuwcel waarmee het staafje in verbinding staat. Vele staafjes zijn aangesloten op dezelfde zenuwcel. Is er nu een zwakke lichtprikkel, dan kunnen deze zwakke prikkels van vele staafjes opgeteld worden. Dit in tegenstelling tot de kegeltjes; elk kegeltje heeft zijn eigen zenuwcel. Vandaar dat men in de schemer geen kleuren ziet: men ziet alleen met de staafjes en die onderscheiden geen kleuren. Er is sprake van een generatorpotentiaal wanneer het sensormembraan voldoende gedepolariseerd is om een actiepotentiaal op te wekken. Hierbij wordt het analoge signaal van de generatorpotentiaal omgezet naar het digitale signaal van een zenuwvezel: wel of geen actiepo-

C.A. Bastiaanssen et al., Fysiologie en anatomie, DOI 10.1007/978-90-313-8098-5_8, © Bohn Stafleu van Loghum, 2007

294

Fysiologie en anatomie niveau 5

tentiaal (afb. 8.1). Prikkels, die niet tot een actiepotentiaal leiden, worden subliminale prikkels genoemd. Een afferent neuron, dat de informatie doorgeeft aan het centrale zenuwstelsel, is vaak (eventueel via schakelcellen) geschakeld met meerdere sensoren. De drempelwaarde van het afferente neuron wordt overschreden indien de sensorpotentiaal van e´e´n sensor groot genoeg is of wanneer voldoende sensoren tegelijk depolariseren. Alleen in dat geval geeft het afferente neuron een actiepotentiaal af en worden we de prikkel bewust (supraliminale prikkel). Sterkere sensorische prikkels genereren meer actiepotentialen per seconde (afb. 8.1 en 8.2). Afbeelding 8.1 Omzetting van het analoge signaal van de generatorpotentiaal naar het digitale signaal in de afferente zenuwvezel (actiepotentialen) bij een zwakke prikkel (A) en een sterke prikkel (B).

Afbeelding 8.2 Schematische voorstelling van de respons van druksensoren in de huid bij lichte (A) en sterke druk (B).

Andere factoren die bij het opvangen van informatie door sensoren een rol spelen zijn: – adequate (passende) prikkel; zintuigcellen zijn slechts gevoelig voor bepaalde prikkels. Deze prikkels worden specifiek genoemd. Toch kunnen ook niet-adequate prikkels een prikkeling van een bepaald

8

–

–

–

–

Zintuigen

zintuig veroorzaken. Zo is licht de adequate prikkel voor het oog, maar het geven van een stomp op het oog (overprikkeling met een niet-adequate prikkel) laat iemand ‘sterretjes zien’; onderscheidingsdrempel; in het algemeen kan men verschillen tussen in sterkte uiteenlopende prikkels wel waarnemen, tenzij de verschillen te klein zijn. Het minimale verschil dat men nog kan waarnemen is de zogenaamde onderscheidingsdrempel. Deze is per zintuig sterk uiteenlopend; gevoeligheid; het menselijk oog kan in principe slechts lichtprikkels waarnemen waarvan de golflengte ligt tussen 400 en 800 nm. Het menselijk oor is slechts gevoelig voor trillingen waarvan de frequentie ligt tussen 16 Hz en 20.000 Hz. Uit ervaring weet men dat niet iedereen even goed hoort, ruikt of ziet. Zo kunnen oude mensen hoge tonen niet goed waarnemen (zie intermezzo 8.9); aandacht voor een prikkel; wanneer de aandacht is afgeleid, is men zich van vele zintuigprikkels, die men normaal wel zou waarnemen, niet bewust. De drempelwaarde is als het ware verhoogd. Bovendien worden irrelevante prikkels in de thalamus uitgefilterd. Denk bijvoorbeeld aan de omstandigheden waarin zakkenrollers opereren; adaptatievermogen; dit is het aanpassingsvermogen van een zintuig aan veranderde omstandigheden. Zo zal het oog zich moeten aanpassen wanneer men vanuit een sterk verlichte ruimte in een minder lichte ruimte komt. Het aanpassen aan een zwakke prikkel, zoals toch nog iets zien bij weinig licht, noemt men positieve adaptatie. Het na een tijdje niet meer ruiken van stank is een voorbeeld van negatieve adaptatie: het reukorgaan geeft een sterke, nare prikkel niet langer door.

Naargelang de aard van de prikkels kan men de volgende soorten zintuigcellen onderscheiden: – chemosensoren, gevoelig voor chemische stoffen; hiertoe behoren de reuk-, de smaak- en de pH-sensoren (in de aortaboog en de sinus caroticus, zie par. 2.2.2); – thermosensoren, gevoelig voor temperatuurverschillen; hiertoe behoren de warmte- en koudezintuigen in de huid en de hypothalamus (zie hoofdstuk 9); – mechanosensoren, gevoelig voor mechanische prikkels; hiertoe behoren in de huid de tastzin, de drukzin en de pijnzin. Inwendige mechanosensoren zijn de spier- en gewrichtszin, de pijnzin en de druksensoren in de bloedvaten. Ook het gehoororgaan en het evenwichtsorgaan bevatten mechanosensoren; – fotosensoren of elektromagnetische sensoren, gevoelig voor licht; ze bevinden zich in de retina (netvlies) van het oog. Vaak wordt ook nog de volgende indeling gehanteerd: – propriosensoren; deze geven informatie omtrent bewegingen en spanningen in de spieren, de lichaamsstand en de stand van de verschillende lichaamsdelen ten opzichte van elkaar. Hiertoe behoren de zintuigcellen die gelegen zijn in het uitvoerend orgaan

295

296

Fysiologie en anatomie niveau 5

zelf zoals spieren, pezen, banden en gewrichten, alsmede de zintuigcellen van het evenwichtsorgaan; – exterosensoren; deze zijn gelegen in de huid en het onderhuids bindweefsel. Ze nemen rechtstreeks prikkels uit de omgeving op. Hiertoe behoren onder andere de tastzintuigen, de drukzintuigen en de temperatuurzintuigen; – interosensoren; deze zijn gelegen in de inwendige organen en geven informatie van hieruit aan de hersenen en het ruggenmerg. Ze bevinden zich in de wand van bijvoorbeeld hart, bloedvaten, darmkanaal, longen, urinewegen en uterus (baarmoeder); – telesensoren; deze vangen signalen uit het uitwendig leefmilieu op; hiertoe behoren het oog, het oor en de neus. De prikkels kunnen dan ook van verre worden opgevangen. Daarnaast zijn er nocisensoren: sensoren gevoelig voor bedreigende beschadiging (Latijn: noxa = schade) aan weefsels. Ze komen in het hele lichaam voor. De informatie, die ze doorgeven, wordt ervaren als pijn. 8.1.1 chemosensoren Chemosensoren bevinden zich in het reukzintuig en het smaakzintuig. Ook sensoren voor pH, pCO2 en pO2 in onder andere de aortaboog en sinus caroticus behoren tot de chemosensoren. Reukzintuig Het reukzintuig bevindt zich in het reukslijmvlies, dat gelegen is boven in de linker- en rechterneusholte op de bovenste concha (neusschelp) en op het deel van het septum nasi (neustussenschot) dat er tegenover ligt (afb. 4.5). Het reukslijmvlies bevat behalve de reukzintuigcellen ook steuncellen (afb. 8.3). Het oppervlak van het reukslijmvlies (ongeveer 5 cm2) is relatief klein vergeleken met dat van vele dieren. Omdat het reukslijmvlies hoog in de neus ligt, probeert men met snuiven voldoende lucht op te vangen in dit deel van het slijmvlies om goed te kunnen ruiken. Afbeelding 8.3 Schema van een gedeelte van het reukslijmvlies, omgekeerd getekend.

De reukzintuigcellen zijn dunne, langgerekte cellen, die zeer fijne cilie¨n (trilhaartjes) bezitten die uitsteken in het slijmlaagje dat het reukepitheel bedekt. Aan de andere zijde bevinden zich lange, dunne uitlopers die zich verenigen tot twintig bundeltjes zenuwvezels ( fila

8

Zintuigen

olfactoria) die via kanaaltjes in de zeefplaat (het horizontale deel van het etmoı¨d) de schedelholte bereiken. Deze fila olfactoria vormen samen de nervus olfactorius (reukzenuw, hersenzenuw I; zie ook par. 6.6). In de schedelholte staat de reukzenuw in verbinding met de bulbus olfactorius, een kolfachtige verdikking. De bulbus olfactorius vormt het begin van de tractus olfactorius (reukbaan), die rechtstreeks (zonder tussenliggende schakelingen) naar het reukcentrum in het cerebrum loopt (par. 6.4). In een toestand van verlaagd bewustzijn ruiken mensen daarom nog steeds (denk aan het gebruik van ammoniak bij bewustelozen). Door middel van het reukzintuig ruikt men gasvormige stoffen. De reukstoffen moeten echter in water oplosbaar zijn om tot de cilie¨n van de reukzintuigcellen te kunnen doordringen. Zo zijn ozon en stikstofdioxide nauwelijks in water oplosbaar en daarmee praktisch niet te ruiken. Zoutzuur en ammoniak lossen zeer goed in water op en ruiken in kleine hoeveelheid al erg sterk. De reukzintuigcellen zijn zeer gevoelig, met andere woorden: er is maar een zeer geringe concentratie van de reukstof nodig om tot een gewaarwording te leiden. De reuk heeft ook invloed op de smaakgewaarwording; zo zal men bij verkoudheid, als het reukslijmvlies grotendeels door slijm is afgedekt, minder goed kunnen proeven. Er bestaat ook verband tussen de reukgewaarwording en de werking van de parasympathische zenuwstelsel (een gedeelte van het autonome zenuwstelsel, par. 6.10). Aangename gassen stimuleren de secretie van speeksel en maagsap; onaangename geuren kunnen een braakneiging veroorzaken. Het reukzintuig waarschuwt de mens tegen schadelijke invloeden. Vele schadelijke stoffen hebben een onaangename geur. Wel bestaat het gevaar dat de reukzintuigcellen zich snel aanpassen aan de nieuwe omgeving (negatieve adaptatie). Als men bijvoorbeeld een ruimte binnengaat waar een onaangename geur hangt, merkt men deze na betrekkelijk korte tijd niet meer op. Smaakzintuig Het smaakzintuig ligt vooral op de tong en ook in het palatum molle (zachte gehemelte). Ook smaaksensoren worden geprikkeld door wateroplosbare stoffen. De smaakzintuigcellen op de tong liggen in de smaakbekers van de smaakpapillen (afb. 8.4). Dit zijn vooral de omwalde papillen die in een V-vormige lijn achter op de tong zijn gelegen; ze zijn omgeven door een gootje. In mindere mate vindt men ook smaakbekers in de draadvormige en paddenstoelvormige papillen. De draadvormige papillen zijn over de gehele tong verspreid; de paddenstoelvormige papillen liggen vooral aan de randen en op de punt van de tong. De smaakbekers bevatten naast de zintuigcellen ook steuncellen; de zintuigcellen bevatten microvilli die door een kleine opening naar buiten steken (afb. 8.5). Met behulp van deze microvilli kunnen slechts opgeloste stoffen worden geproefd. Men kan vier smaken onderscheiden: zoet, zuur, zout en bitter. Alle smaaksensoren zijn

297

298

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 8.4 Lokalisatie van de smaakpapillen op de tong.

Afbeelding 8.5 Smaakbekers in de omwalde papil (boven) en een smaakbeker sterk vergroot (onder).

gevoelig voor alle smaken, maar er is per sensor een overheersende smaak. De smaaksensoren in het achterste deel van de tong zijn verbonden met afferente vezels van de nervus glossopharyngeus (hersenzenuw IX). In het voorste deel van de tong zijn de smaaksensoren verbonden met de nervus facialis (aangezichtszenuw, hersenzenuw VII). De ‘smaak’ is een combinatie van gewaarwordingen, waarbij niet alleen het smaakgevoel maar ook de temperatuur en vooral de reuk een rol spelen. De gewaarwording met het smaakzintuig is veel ongevoeliger dan die met het reukzintuig. Door de smaak herkent men niet alleen het voedsel, maar het regelt ook de sapafscheiding in de mond (speeksel) en in de maag (maagsap). pH-sensoren De pH-sensoren zijn gelegen in de wand van de aortaboog en de arteriae carotes. Ze reageren op de pH van het bloed. Een verlaging

8

Zintuigen

van de pH prikkelt deze chemosensoren, waardoor een toename van de longventilatie ontstaat. Hierdoor daalt het CO2-gehalte in het bloed, waardoor de pH stijgt (zie hoofdstuk 4). 8.1.2 thermosensoren Aan de buitenzijde van het menselijk lichaam, namelijk in de huid, zijn er thermosensoren die gevoelig zijn voor temperatuurschommelingen en die een belangrijke rol spelen bij de regulatie van de lichaamstemperatuur. De warmtezintuigen liggen verspreid in de huid, vooral op de handen, in het gezicht en in de slijmvliezen van de neusholte, de mondholte en de slokdarm. Ze liggen diep in de dermis (lederhuid). Het zijn evenals de koudezintuigen kolfvormige orgaantjes van vrije zenuwuiteinden. Ze worden geprikkeld bij verwarming van de huid waardoor vasodilatatie optreedt. Hoge temperaturen (boven 41 8C) geven bovendien een pijngewaarwording. De koudezintuigen liggen eveneens verspreid in de huid, veel in de cornea (het hoornvlies) van het oog en onder de slijmvliezen van mond- en keelwand. Ze liggen vlak onder de epidermis (opperhuid) en daarmee veel oppervlakkiger dan de warmtezintuigen. Het aantal koudesensoren per oppervlakte-eenheid is veel groter dan het aantal warmtesensoren. Ze worden geprikkeld bij afkoeling van de huid waardoor vasoconstrictie optreedt. Omdat het aantal warmteen koudesensoren in de vroege jeugd sneller toeneemt dan het lichaamsoppervlak is de dichtheid (aantal sensoren per huidoppervlak) bij kinderen groter dan bij volwassenen. Kinderen zijn daarom gevoeliger voor temperatuurverschillen, bijvoorbeeld van het badwater. In een deel van het diencephalon, namelijk in de hypothalamus, ligt onder andere een centrum voor de temperatuurregulatie. De zenuwcellen van dit centrum regelen zowel de warmteafgifte als de warmteproductie. Deze zenuwcellen zijn gevoelig voor de temperatuurverandering van het langsstromende bloed (par. 9.5). 8.1.3 mechanosensoren In de huid treft men mechanosensoren aan voor de tast- en de drukzin (afb. 8.6). De tastzin en de drukzin zijn gevoelig voor vervormingen van de huid. De zintuigcellen zijn vaak gegroepeerd in zogeheten lichaampjes. Veel tastzintuigen dicht onder de epidermis in de papillen van de dermis. Men treft ze veel aan in de vingertoppen en in de lippen. De tastzin geeft een indruk van de aard van een aangeraakt oppervlak. Door tastzintuigen rondom de haarschacht zijn de haren ook gevoelige tastorgaantjes. De drukzintuigen liggen dieper in de huid. Daarmee kunnen sterke vervormingen (door zware voorwerpen) worden waargenomen. Prikkels kunnen ook, zoals bij enkele andere huidzintuigen, door naakte (niet-merghoudende) zenuwtakjes rechtstreeks worden opgevangen. De mechanosensoren zijn ongelijk over het lichaamsoppervlak verdeeld. Het onderscheidend vermogen naar plaats van tastprikkels op bijvoorbeeld de lippen is bijzonder groot. Tot de inwendige mechanosensoren behoren de spier- en gewrichts-

299

300

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 8.6 Ligging van de verschillende mechanosensortypen in de huid. Lichaampje van Meissner: tastsensoren worden geprikkeld bij puntvormige aanraking; lichaampje van Merkel: snel adapterende tastsensoren; lichaampje van Ruffini: sensoren gevoelig voor de spanning (rek) in de huid; lichaampje van Vater-Pacini: druksensoren.

zin en de druksensoren. De spier- en gewrichtszintuigen hebben als adequate prikkel veranderingen in de spanningstoestand van het betrokken weefsel. De gewrichtszintuigen zijn belangrijk voor de informatie over de houding en de bewegingen, dat wil zeggen de standveranderingen in de gewrichten. De gewrichtszintuigen zijn gelegen in gewrichtskapsels en ligamenten (gewrichtsbanden). In veel skeletspieren komen spierzintuiglichaampjes voor: de spierspoelen. Deze bestaan uit een aantal gemodificeerde spiervezels, omgeven door een spoelvormig kapsel met een lymfe-achtige vloeistof. De spierspoelen zijn gevoelig voor rek. Ook in de pezen van skeletspieren bevinden zich zintuigen die gevoelig zijn voor rek. Ze geven informatie aan het centrale zenuwstelsel over de bestaande spanning in de pezen. Bij het prikkelen van deze inwendige mechanosensoren treden zeer vaak reflexen op (bijv. kniepeesreflex). De inwendige drukzintuigen bevinden zich in de wand van het bloedvatstelsel. Ze reageren op een verandering van de bloeddruk, in bijvoorbeeld de aortaboog en in de sinus caroticus, wat belangrijk is voor de regeling van de arterie¨le bloeddruk en daarom voor de regeling van de werking van het hart (zie hoofdstuk 2). De impulsen van deze drukzintuigen worden naar het vasomotorisch centrum vervoerd dat gelegen is in het verlengde merg. De mechanosensoren in het gehoororgaan en evenwichtsorgaan worden besproken in paragraaf 8.2.2 en 8.2.3.

8

Zintuigen

8.1.4

fotosensoren of elektromagnetische sensoren Fotosensoren of elektromagnetische sensoren in de retina van het oog vangen lichtprikkels (elektromagnetische golven of trillingen) op. In de retina bevinden zich twee soorten zintuigcellen: – staafjes (ongeveer 90 miljoen); dit zijn schemerzintuigen en zijn zeer lichtgevoelig. Ze bevatten de kleurstof rodopsine die door belichting (ongeacht de lichtsoorten (golflengten)) uiteenvalt. Dit zet een serie reacties in gang die leiden tot sensorpotentialen. Staafjes kunnen alleen verschillen in lichtsterkte waarnemen: zwart-witschakeringen. Door de aanwezigheid van de staafjes kan het oog zich aan het donker aanpassen (donkeradaptatie). Voor het opnieuw vormen van rodopsine is vitamine A nodig. Een tekort aan vitamine A kan daarom leiden tot hemeralopie (nachtblindheid): door gebrek aan rodopsine werken de staafjes onvoldoende, waardoor men slecht ziet in het donker of de schemer; – kegeltjes (ongeveer 5 miljoen); dit zijn dagzintuigen. De drempelwaarde is veel hoger dan die van de staafjes. Ze bevatten verschillende pigmenten, zodat alleen licht van een bepaalde golflengte wordt geabsorbeerd. Ze kunnen derhalve ook kleuren waarnemen. Kleurenblindheid wordt veroorzaakt door het ontbreken van een of meer kegeltjespigmenten.

Intermezzo 8.1 Licht en kleur Licht wordt opgevangen door elektromagnetische sensoren. Evenals bij geluid is er bij licht ook sprake van een golfverschijnsel en daarmee ook van golflengte. Iedere kleur van het licht wordt gekarakteriseerd door een bepaalde golflengte. De golflengte van het zichtbare licht varieert van ongeveer 400 nm (violet) tot 750 nm (rood). De kleur groen heeft een golflengte van ongeveer 500 nm. De kleur van een voorwerp wordt bepaald door de lichtsoort (of -soorten) die door het desbetreffende voorwerp worden teruggekaatst of doorgelaten, al naargelang teruggekaatst of doorvallend licht op ons oog valt. Wanneer twee voorwerpen verschillende soorten licht absorberen of terugkaatsen, zullen ze voor ons oog een verschillende kleur hebben. Een voorwerp is dus blauw wanneer het praktisch alleen blauwe stralen reflecteert of doorlaat. Wanneer alle lichtstralen worden teruggekaatst is het voorwerp wit, terwijl een voorwerp zwart is wanneer het geen licht terugkaatst.

8.1.5 nocisensoren Nocisensoren of pijnzintuigen bestaan vaak uit vrije uiteinden van gevoelszenuwen in epidermis (opperhuid) en dermis. Verschillende soorten prikkels, namelijk mechanische, thermische en chemische, kunnen tot pijn leiden. Nocisensoren vertonen geen adaptatie (kiespijn kan dagenlang duren!). Bij kriebels en jeuk liggen de pijnprikkels

301

302

Fysiologie en anatomie niveau 5

beneden de drempelwaarde voor een pijngewaarwording. De pijnzin heeft een waarschuwende functie. Bij beschadiging van weefsels komen stoffen vrij die mogelijk de pijnprikkel op de vrije zenuwuiteinden kunnen overbrengen. In de huid komen minder nocisensoren voor dan mechanosensoren. De plaats van pijnprikkels kan dan ook hoogstens met een nauwkeurigheid van ongeveer 10 cm worden vastgesteld wanneer alleen de nocireceptoren worden gestimuleerd. Als echter tegelijkertijd de mechanoreceptoren worden geprikkeld neemt het vermogen om de pijn te lokaliseren toe. De inwendige nocisensoren bevinden zich in inwendige organen, zoals in de wand van de maag en hersenvliezen. Ook deze nocisensoren bestaan voornamelijk uit vrije zenuwuiteinden. Inwendige pijn kan ontstaan door uitrekking van holle organen, door stoornis in de bloedvoorziening, door kramptoestanden in glad spierweefsel en door ontstekingsproducten. 8.2

Oor

Het gehoororgaan is grotendeels gelegen in het rotsbeen (pars petrosa), onderdeel van het os temporale (slaapbeen). 8.2.1 bouw van het oor Men kan hierbij drie gedeelten onderscheiden: het uitwendige oor (het geluidopvangende gedeelte), het middenoor (het geluidgeleidende gedeelte) en het binnenoor of inwendige oor (het geluidwaarnemende gedeelte en evenwichtsorgaan) (afb. 8.7). Afbeelding 8.7 De bouw van het oor.

Uitwendig oor Het uitwendige oor bestaat uit de oorschelp en de uitwendige gehoorgang. De oorschelp bevat veel elastisch kraakbeen (behalve bij de oorlel), bekleed met huid en enkele spieren, die de mens nauwelijks meer functioneel zijn (dieren richten daarmee hun oren richting het geluid). De uitwendige gehoorgang bevat haartjes en cerumenklieren (smeerklieren) waardoor stof wordt vastgehouden. Hij bestaat gedeeltelijk uit kraakbeen en gedeeltelijk uit been en is ongeveer 2,5 cm

8

Zintuigen

lang. Aan het einde van de uitwendige gehoorgang en daarmee op de grens tussen het uitwendige oor en het middenoor, bevindt zich schuin in de gehoorgang het trommelvlies (membrana tympani). Het heeft een diameter van ongeveer 1 cm. Middenoor Het middenoor bestaat uit een smalle, hoge, met lucht gevulde trommelholte (cavum tympani), gelegen in het rotsbeen. In de mediale wand van de trommelholte kan men twee door vliezen afgedekte openingen onderscheiden, namelijk het ovale en het ronde venster. In de trommelholte bevinden zich drie gehoorbeentjes met hefboomwerking: – malleus (hamer) met de steel tegen het trommelvlies gelegen; – incus (aambeeld), verbonden met malleus en stapes; – stapes (stijgbeugel), met de voetplaat vergroeid met het ovale venster. Via de buis van Eustachius (ongeveer 4 cm lang) is er een verbinding tussen de trommelholte en de farynx (keelholte, op de grens met de neusholte). De achterste wand van de trommelholte vormt de scheiding ten opzichte van het mastoı¨d (het tepelvormig uitsteeksel van het os temporale). Hierin bevinden zich met lucht gevulde ruimten, de mastoı¨dcellen. Het binnenoor, ook wel doolhof of labyrint genoemd, bestaat uit de cochlea (slakkenhuis), het vestibulum en de drie halfcirkelvormige kanalen (canales semicirculares). Binnenoor Het binnenoor is gelegen in het rotsbeen. De hierin uitgespaarde holte is het benig labyrint, bekleed met het periost (botvlies). Hierbinnen bevindt zich een heldere vloeistof: de ectolymfe of perilymfe. In het benig labyrint strekt zich het vliezig labyrint uit dat omgeven is door de perilymfe. Het vliezig labyrint bevat eveneens een vloeistof, namelijk de endolymfe, een slijmachtige vloeistof. De cochlea (slakkenhuis) bestaat uit een spiraalvormig gebouwde ruimte met ongeveer 2,5 winding en een hoogte van ongeveer 5 mm. Het is opgebouwd uit de scala vestibuli (opstijgende trap) en de scala tympani (neerdalende trap) (afb. 8.8a). De scala vestibuli begint bij het ovale venster en eindigt in de top van de cochlea. De scala tympani begint vanaf de top van de cochlea en eindigt bij het ronde venster. De beide trappen zijn gevuld met ectolymfe en staan aan de top van de cochlea met elkaar in verbinding door middel van het helicotrema (helix = winding, spiraal; trema = opening). Tussen de beide trappen bevindt zich scala media (middengang) (afb. 8.8b). Deze is gescheiden van de scala vestibuli door het membraan van Reissner en van de scala tympani door het basale membraan, waarop het orgaan van Corti is gelegen. De scala media bevat endolymfe, geproduceerd door de stria vascularis.

303

304

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 8.8a Doorsnede van de cochlea.

Afbeelding 8.8b Doorsnede door een winding van de cochlea.

8.2.2 gehoororgaan Het orgaan van Corti bestaat uit zintuigcellen met haartjes en steuncellen, waarboven zich het dakmembraan of dekvlies (membrana tectoria) bevindt. De zintuigcellen staan in verbinding met de zenuwvezels van de gehoorzenuw die de impulsen naar de hersenschors geleidt.

Intermezzo 8.2 Geluid Het geluid dat we waarnemen zijn trillingen van de lucht veroorzaakt door een geluidsbron (bijvoorbeeld een stem, een piano). Het geluid kan zich voortplanten via lucht, vloeistoffen en vaste stoffen. Uiteindelijk is het in de praktijk altijd een luchttrilling die een gewaarwording zal teweegbrengen in de hersenen. Wanneer er geen medium is als lucht, dan is horen uitgesloten. Op de maan kunnen astronauten geen ‘normaal’ gesprek voeren. Voortplanting van het geluid betekent niet dat er luchtdeeltjes op ons trommelvlies afkomen. Wat tijdens de voortplanting van het

8

Zintuigen

geluid wordt doorgegeven is de activiteit: de trilling die van het ene deeltje op het andere overgaat. Ten slotte wordt de trilling van de luchtdeeltjes overgebracht op het trommelvlies, dat nu eveneens mee gaat trillen. De luchtdeeltjes blijven tijdens de voortplanting zo praktisch op hun plaats. De voortplantingssnelheid van het geluid in lucht bedraagt ongeveer 340 m/s. Dit is betrekkelijk langzaam in vergelijking tot de snelheid waarmee het licht zich voortplant (ongeveer 300 000 km/s). De voortplantingssnelheid van het geluid in vloeistoffen en in vaste stoffen is veel groter dan in lucht. Zo bedraagt de voortplantingssnelheid van het geluid in water ruim 1 400 m/s, terwijl het geluid zich in ijzer voortplant met een snelheid van ongeveer 5 000 m/s. Door deze hogere snelheid kunnen walvissen bijvoorbeeld op grote afstand via geluiden met elkaar communiceren zonder teveel vertraging. De toonhoogte is afhankelijk van het aantal trillingen per seconde, de frequentie. Bij een snaar die in trilling wordt gebracht hangt de toonhoogte, dus de frequentie, af van de dikte van de snaar, de spanning van de snaar en de lengte. Wanneer een snaar trilt met een frequentie van 400 Hz en de frequentie wordt verhoogd tot 800 Hz, dan horen we een toon die een octaaf hoger ligt dan de eerste toon. De mens kan in principe alleen trillingen waarnemen waarvan het trillingsgetal (de frequentie) ligt tussen 16 Hz en 20 000 Hz. Op hoge leeftijd kan men nog slechts geluidstrillingen waarnemen waarvan de frequentie ligt beneden 13 000 Hz. De sterkte van het geluid wordt bepaald door de amplitude van de trilling, de grootste uitwijking die het trillende punt bereikt (afb. 8.9). Wanneer een stemvork of trom sterker wordt aangeslagen zal de amplitude toenemen: we horen een sterker geluid. De sterkte van het geluid dat we waarnemen wordt uitgedrukt in dB (decibel). De naam (het tiende deel van de eenheid ‘bel’) heeft betrekking op Graham Bell, de uitvinder van de telefoon (1876). Om enig idee te geven van de sterkte van bepaalde geluiden volgen hier enkele voorbeelden ter illustratie. Fluisterstem: 20 dB, rijdende auto: 50 dB, een luidspreker op korte afstand: 80 dB. Een geluidssterkte van 90 dB is de zogenaamde pijngrens, dat wil zeggen geluiden met een sterkte boven 90 dB ervaren we niet meer als geluid, maar ze geven ons slechts een pijngewaarwording; bijvoorbeeld het geluid van een straaljager op zeer korte afstand.

Voortplanting van het geluid in het oor De geluidstrillingen gaan via de uitwendige gehoorgang naar het trommelvlies (afb. 8.10). De oorschelpen hebben bij de mens slechts een geringe betekenis voor het bepalen van de richting van het geluid.

305

306

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 8.9 a Toonhoogte. b Toonsterkte.

Door de bouw van de uitwendige gehoorgang wordt het geluid ongeveer driemaal versterkt. Door de buis van Eustachius, die tijdens het slikken wordt geopend, wordt de druk aan weerszijden van het trommelvlies even groot waardoor het vrij kan meetrillen. Afbeelding 8.10 Vereenvoudigde weergave van de voortplanting van het geluid in het oor.

Intermezzo 8.3 Buis van Eustachius en otitis media Bij faryngitis (keelontsteking) kan de ontsteking zich via de buis van Eustachius voortplanten naar het middenoor en dit kan leiden tot otitis media (middenoorontsteking). Wanneer de buis van Eustachius niet goed werkt leidt dit tot onderdruk in het middenoor, waardoor het slijmvlies hier geı¨rriteerd kan raken en vocht gaat afscheiden, wat ook aanleiding kan zijn voor otitis media. Bij kinderen komt dit vaak voor. Om de beluchting van

8

Zintuigen

307

het middenoor te verbeteren kunnen dan trommelvliesbuisjes worden geplaatst. Een trommelvliesbuisje zorgt voor een open verbinding tussen het middenoor en de uitwendige gehoorgang, waardoor lucht in het middenoor kan komen.

Als het vrij grote trommelvlies in trilling wordt gebracht, wordt de trilling via de gehoorbeentjes ongeveer twintig keer versterkt overgebracht op het ovale venster en derhalve op de ectolymfe van de scala vestibuli van de cochlea. De versterking van de trillingen wordt gedeeltelijk veroorzaakt door de hefboomwerking van de gehoorbeentjes, maar vooral door het kleine oppervlak van het ovale venster. Wanneer het ovale venster in trilling komt kan de ectolymfe in de scala vestibuli bij het helicotrema in de scala tympani stromen, doordat het ronde venster enigszins naar buiten zal uitwijken om de vloeistofstroom op te vangen (vloeistoffen zijn vrijwel niet samendrukbaar). Ook zal door een hogere druk in de scala vestibuli de scala media met het orgaan van Corti in de richting van de scala tympani worden bewogen. Het basale membraan beweegt hierbij in een richting loodrecht op zijn oppervlak. Hierdoor verschuiven het basale membraan en het dakmembraan ten opzichte van elkaar, waardoor de haartjes van de zintuigcellen worden afgebogen. Naarmate het geluid sterker is worden de haartjes sterker afgebogen. De trillingsenergie van de haartjes van de zintuigcellen wordt overgebracht op de vezels van de gehoorzenuw die de impulsen naar het gehoorcentrum in de hersenen geleidt, zodat men zich de geluidsprikkels bewust wordt. De trillingen van het ovale venster planten zich voort als lopende golven van de basis naar de top over het basale membraan. Bij het ovale venster is het basale membraan smal, bij het helicotrema is het breder. Hoge geluiden worden door het smalle gedeelte van het basale membraan geregistreerd en lage geluiden door het brede gedeelte (afb. 8.11). Afbeelding 8.11 Plaatsen van maximale trillingsamplitude voor verschillende frequenties van het basale membraan.

De mens kan slechts die luchttrillingen waarnemen waarvan de frequentie gelegen is tussen 16 Hz en 20.000 Hz. Het menselijk oor is niet voor alle geluidstrillingen even gevoelig. Geluiden tussen 2.000

308

Fysiologie en anatomie niveau 5

en 4.000 Hz kunnen gemakkelijker worden waargenomen dan die daaronder of daarboven. Op hoge leeftijd ligt de grens van het waarnemingsvermogen voor hoge tonen bij 13.000 Hz. Wanneer de uitwendige gehoorgangen zijn afgesloten kan men toch nog geluiden waarnemen. Er is dan sprake van beengeleiding omdat de prikkels dan via de schedelbeenderen worden overgedragen op het orgaan van Corti. De innervatie van het gehoororgaan geschiedt door de nervus vestibulocochlearis (hersenzenuw VIII, par. 6.6). Deze bevat twee takken: de nervus cochlearis (de gehoorzenuw, nervus acusticus) en de nervus vestibularis (evenwichtszenuw).

Intermezzo 8.4 Gehoorverlies Wanneer het trommelvlies en de gehoorbeentjes de trillingen niet meer goed doorgeven aan de cochlea spreekt men van geleidingsdoofheid. Geleidingsdoofheid kan ontstaan door afsluiting van de uitwendige gehoorgang, otitis media, beschadiging van het trommelvlies of afwijkingen aan de gehoorbeentjes zoals otosclerose. Perceptiedoofheid is gehoorverlies veroorzaakt door de verminderde functie van de cochlea of van het betrokken deel van het zenuwstelsel. Meestal zijn de haartjes van de zintuigcellen beschadigd. Lawaaibeschadiging, ouderdom en genetische aanleg kunnen oorzaak zijn van perceptiedoofheid. Bij ouderdomhardhorendheid is er vaak sprake van een combinatie van deze twee vormen van doofheid (presbyacusis). Een gehoortoestel versterkt het geluid en kan de gevolgen van geleidingsdoofheid grotendeels opvangen. Het perceptieverlies door beschadiging van de trilhaarcellen kan niet door het gehoortoestel worden tenietgedaan. Het geluid wordt door het gebruik van het toestel dus wel harder, maar de kwaliteit verbetert er niet door. Om die reden valt het hulpmiddel vaak tegen. Op het ogenblik maken deskundigen zich grote zorgen over blijvende gehoorschade bij jongeren. Hierbij is herhaalde langdurige blootstelling schadelijker dan kortdurende blootstelling aan hard geluid. Dagelijks gebruik van kop- en oortelefoons van walkmans en mp3-spelers blijkt meer schade aan te richten dan incidentele bezoeken aan discotheken en popconcerten. Mogelijk heeft het gehoorzintuig in dat laatste geval nog de kans om tussen de momenten van blootstelling zich enigszins te herstellen.

8.2.3 evenwichtsorgaan Hoewel het evenwichtsorgaan in het inwendige oor is gelegen, moet het toch beschouwd worden als een zelfstandig orgaan. De waarnemingen wordt men zich echter zelden bewust; het zijn hoofdzakelijk reflexen waardoor de juiste stand en de houding van het lichaam worden geregeld (ruimtelijke orie¨ntatie).

8

Zintuigen

Bij de bouw van het gehoororgaan is reeds vermeld dat het labyrint behalve uit de cochlea nog uit het vestibulum en de drie halfcirkelvormige kanalen bestaat. Het vestibulum bevat twee blaasjes: het utriculus (ovale blaasje) en het sacculus (ronde blaasje). De drie halfcirkelvormige kanalen en de beide blaasjes van het vestibulum vormen samen het evenwichtsorgaan. Men kan hierbij twee soorten zintuigen onderscheiden, namelijk de evenwichtszintuigen (positiezintuigen) en de rotatiezintuigen (afb. 8.12).

Afbeelding 8.12 a Bouw van het evenwichtsorgaan; b details van het evenwichtszintuig; c details van het rotatiezintuig.

Evenwichtszintuigen De evenwichtszintuigen zijn gelegen in het utriculus en in het sacculus. In de wand van ieder van deze blaasjes bevindt zich een door zintuigcellen verdikte plaats. Op de zintuigcellen bevinden zich haartjes die zijn verbonden door slijm waarop veel kalkkristalletjes, de evenwichtssteentjes of ‘gehoorsteentjes’ (otolieten = statolieten) liggen. Deze geven afhankelijk van de stand van het hoofd (lichaam) een bepaalde druk op de haren. Bij het rechtop houden van het hoofd is de verdikte plaats met zintuigcellen in het utriculus horizontaal gelegen en in het sacculus verticaal. De drukveranderingen worden door de zintuigcellen in de vorm van impulsen via de evenwichtszenuw naar de hersenen geleid, waardoor men ingelicht wordt over de stand van het hoofd waarna door reflexbewegingen de stand eventueel kan worden gecorrigeerd. De evenwichtszintuigen geven ook informatie over lineaire snelheidsveranderingen (bijv. in een snel wegrijdende auto). In dit geval blijven de otolieten achter bij de beweging van het hoofd, waardoor de zintuigharen worden gebogen. Rotatiezintuigen De rotatiezintuigen zijn gelegen in de drie vliezige halfcirkelvormige kanalen die loodrecht op elkaar staan. Op drie plaatsen waar de kanalen overgaan in het ovale zakje liggen verwijdingen, de zogenaamde ampullen waarin zich zintuigharen bevinden die door een geleimassa zijn verbonden. Bij draaiing van het hoofd (lichaam) komt de vloeistof (endolymfe) door de traagheid in beweging en derhalve ook de zintuigharen die via de zenuw de draaiingversnelling in de vorm van impulsen doorseinen naar de hersenen. Ook nu treden weer

309

310

Fysiologie en anatomie niveau 5

veel reflexbewegingen op ter correctie. Eenparige bewegingen met een constante snelheid worden hiermee derhalve niet waargenomen. Overmatige prikkeling van het evenwichtsorgaan leidt tot duizeligheid. Zintuigen die samen het evenwicht van het menselijk lichaam bepalen zijn behalve het evenwichtszintuig, het gezichtszintuig en de spier- en gewrichtszintuigen (zie ook intermezzo 8.5).

Intermezzo 8.5 Het vestibulaire systeem en nystagmus Onder nystagmus verstaat men een onwillekeurige, ritmische heen-en-weer-beweging met de ogen. Een fysiologische nystagmus kan men zien aan de ogen van een persoon die in de rijdende trein naar buiten kijkt. De beweging van de ogen is van belang om bij een bewegende omgeving het retinabeeld te stabiliseren (zie ook par. 8.3.3). Pathologische nystagmus kan ontstaan door aandoeningen aan het vestibulaire systeem. Hierbij is sprake van een langzame beweging in e´e´n richting, gevolgd door een tegenovergestelde snelle oogbeweging. De oorzaak van deze nystagmus kan perifeer (evenwichtsorgaan, zoals trauma, infectie, bloeding, hydrops en nervus vestibularis) of centraal (vestibulaire kernen in hersenstam of het cerebellum) gelegen zijn. De belangrijkste verschijnselen naast nystagmus zijn evenwichtsstoornissen en draaiduizeligheid vaak met vegetatieve verschijnselen zoals misselijkheid, braken, bleek zien en zweten. De patie¨nt heeft het gevoel dat de omgeving ten opzichte van hem draait. Dit gaat vaak samen met valneiging naar de aangedane kant. De snelle fase van de nystagmus is tegenovergesteld aan de valrichting. Bij een perifere aandoening kunnen tevens gehoorproblemen en tinnitus (oorsuizen) optreden. Nystagmus kan opgewekt worden door een oor uit te spuiten met koud of warm water (calorische nystagmus). Het ontbreken van calorische nystagmus is een van de voorwaarden om hersendood vast te stellen.

8.3

Oog

Het gezichtszintuig is in staat om lichtprikkels (elektromagnetische golven of trillingen) op te vangen en in de vorm van impulsen via de nervus opticus naar de sensibele visuele schors (in de occipitaalkwab, par. 6.4) door te sturen waardoor men kan zien. Bij het gezichtszintuig kan men onderscheid maken tussen de oogbol met de oogzenuw (nervus opticus) en de hulporganen van het oog (afb. 8.13). 8.3.1 ligging, bouw en functie van de oogbol De ogen zijn bolvormig met een diameter van ongeveer 25 mm. Ieder oog is aan de achterzijde omgeven door een vetkussen (steunvet). De ogen liggen in de orbitae (oogkassen) van het cranium. De wand van

8

Zintuigen

Afbeelding 8.13 Bovenaanzicht van de ogen van de mens.

iedere orbita wordt gevormd door een gedeelte van: os frontale, jukbeen, sfenoı¨d, maxilla, etmoı¨d en traanbeen (afb. 11.7 en 11.8). De wand van de oogbol bestaat uit drie lagen: de oogrokken of oogvliezen (afb. 8.14). Van buiten naar binnen zijn dit: – sclera (harde oogvlies); dit is een stevig, wit bindweefselkapsel (oogwit) dat aan de voorzijde overgaat in de sterker gekromde en doorzichtige cornea (hoornvlies). Doordat de cornea sterker gekromd is dan de rest van de sclera is het uitermate geschikt om de lichtstralen te breken. De cornea bevat geen bloedvaten, waardoor transplantatie van de cornea relatief eenvoudig mogelijk is. De cornea is wel zeer pijngevoelig. De sclera geeft stevigheid en bescherming aan het oog en is tevens de aanhechtingsplaats voor de oogspieren; – choroidea (vaatvlies); dit is zo genoemd omdat het zeer rijk is aan bloedvaten, die belangrijk zijn voor de voeding van het oog. Het bevat ook een zwarte pigmentlaag. Aan de voorzijde gaat de choroidea over in de iris (regenboogvlies). De iris bevat zeer veel pigment waardoor de oogkleur bepaald wordt. De iris in blauwe ogen bevat minder pigment dan die in bruine ogen. De opening in het midden is de pupil die door kringspieren in de iris vernauwd kan worden, waardoor de hoeveelheid licht die het oog binnenvalt wordt geregeld. De pupilreflex zorgt voor het vernauwen van de pupil bij invallend licht (miosis). Hierbij is de nervus opticus betrokken als de afferente baan. De parasympathische tak van de nervus oculomotorius, die de pupil aanzet tot vernauwing, vormt de efferente baan in de reflex. De verwijding van de pupil in het donker wordt mydriasis genoemd. Als e´e´n pupil wordt verlicht, vernauwen beide pupillen zich (consensuele pupilreflex). De diameter van de pupil wordt naast door licht ook beı¨nvloed door pijn, angst en stress. Bij de rand van de cornea is de choroidea verdikt tot het zogenaamde corpus ciliare (straalvormig lichaam) waarin de ooglens is opgehangen door middel van lensbandjes; de werking hiervan wordt besproken bij het accommoderen. De iris zit vast aan het cirkelvormig corpus ciliare;

311

312

Fysiologie en anatomie niveau 5

– retina (netvlies); dit bestaat uit twee bladen: pigmentblad, de buitenste laag van de retina; het bevat pigment waardoor licht wordt geabsorbeerd, zodat verstrooiing van het licht wordt voorkomen; een zintuigblad, bestaande uit een laag zintuigcellen (kegeltjes en staafjes) en een dubbele laag zenuwcellen (ganglioncellen) (afb. 8.15). .

.

Afbeelding 8.14 Horizontale doorsnede van het rechteroog.

De retina bevat bloedvaten (afb. 8.16). De retina is niet overal even gevoelig voor licht. De macula lutea (gele vlek) met in het midden de fovea centralis, een klein putje, is de meest gevoelige plaats van de retina doordat hij veel zintuigcellen (bijna uitsluitend kegeltjes) bevat. Deze plek ligt op de lengteas (optische as) van het oog. Onder de optische as van het oog verstaat men de lijn die het middelpunt van de cornea met het middelpunt van de ooglens verbindt. Meer naar de rand toe neemt het aantal kegeltjes in verhouding tot de staafjes sterk af. De blinde vlek (discus nervus opticus, oude benaming: papilla nervi optici) is de plaats waar de nervus opticus de oogbol verlaat, kortweg de papil genoemd. Doordat er geen zintuigcellen liggen is de blinde vlek ongevoelig voor lichtprikkels. De meeste kegeltjes, vooral die in de fovea centralis, zijn ieder verbonden met e´e´n enkele zenuwcel. In de fovea centralis liggen de kegeltjes bovendien dicht op elkaar. Hierdoor is het onderscheidend vermogen in dit deel van de retina het grootst. Staafjes zijn met meerdere tegelijk verbonden aan een zenuwcel. Door deze convergentie kan men met de staafjes niet scherp zien, maar doordat meerdere sensor-

8

Zintuigen

313

Afbeelding 8.15 Schema van de bouw van de retina. Afbeelding 8.16 a. Bloedvaten van de retina rood: arteriolen blauw: venulae; b. Beeld van de achterwand van het oog ( fundus oculi).

potentialen van de staafjes in de gekoppelde zenuwcel bij elkaar worden opgeteld, is de gevoeligheid veel groter. Bij weinig licht werken alleen de staafjes en kunnen we toch vormen en grijsnuances zien.

314

Fysiologie en anatomie niveau 5

De zintuigcellen zijn door uitlopers verbonden met de naar binnen gelegen dubbele laag zenuwcellen. De neuronen van de tweede orde liggen het dichtst bij de zintuigcellen (afb. 8.15). De uitlopers van de neuronen van de derde orde lopen via de oppervlakte van de retina (tegen het corpus vitreum, het glasachtig lichaam, aan) naar de blinde vlek, waar ze als nervus opticus (hersenzenuw II) de oogbol verlaten. De nervus opticus voert de impulsen naar de gezichtscentra in de grote hersenen. In het zogenaamde chiasma opticum kruisen de gezichtszenuwen ten aanzien van de zenuwvezels die van de nasale helften (neuszijde) van de retina komen. De vezels uit de temporale helften (slaapbeenzijde) van de retina kruisen niet, maar gaan in het chiasma opticum aan dezelfde zijde verder (afb. 8.17). Het chiasma bevindt zich aan de basis van de tussenhersenen tussen de hypofyse en de hypothalamus. Een tumor in de hypofyse kan leiden tot druk op het chiasma waardoor er kans is op visusstoornissen. Na het chiasma opticum wordt gesproken van tractus opticus (optische baan).

Afbeelding 8.17 Kruising van de gezichtszenuwvezels uit de naar de neus toegekeerde gedeelten van de retina.

De twee, iets verschillende, omgekeerde en sterk verkleinde beelden die op de retina in het linker- en rechteroog zijn gevormd, worden met behulp van het gezichtscentrum (in de occipitaalkwab) als e´e´n beeld geı¨nterpreteerd. Hierdoor kan men goed diepte zien en afstanden schatten: stereoscopisch zien.

8

Zintuigen

315

Wanneer men vanuit het duister een goed verlichte kamer binnenkomt is men de eerste tijd verblind. Na enige ogenblikken kan men pas weer iets gaan zien. Dit geldt ook omgekeerd: als men vanuit een goed verlichte kamer in het donker komt ziet men aanvankelijk ook niets. Na enkele minuten begint men weer wat te onderscheiden en na geruime tijd heeft het oog zich goed aangepast aan de geringe lichtsterkte. Men spreekt hier van licht- en donkeradaptatie. De donkeradaptatie is afhankelijk van de hoeveelheid rodopsine in de staafjes. Ook het zenuwstelsel is hierop van invloed, want een korte, felle belichting heft de donkeradaptatie wel op maar dit duurt slechts heel kort (enkele seconden). 8.3.2 beeldvorming De oogbol wordt opgevuld met doorzichtige stoffen die samen met de cornea een duidelijk beeld moeten projecteren op de retina. Het zijn het kamervocht, de lens en het corpus vitreum (glasachtig lichaam). Kamervocht Het kamervocht is een heldere vloeistof en bevindt zich in de voorste en achterste oogkamer (afb. 8.18). De voorste oogkamer wordt begrensd door de cornea, de iris en de lens. De inhoud van beide oogkamers bedraagt ongeveer 0,25 ml. De achterste oogkamer is ringvormig en bevindt zich voor en om de lens, achter de iris. Het kamervocht wordt geproduceerd door het corpus ciliare en de iris. Het circuleert voortdurend vanuit de achterste oogkamer door de pupil naar de voorste oogkamer waar het door het trabekelsysteem (steunweefsel) in de hoek tussen de iris en de cornea (kamerhoek) wordt afgevoerd naar het kanaal van Schlemm (een veneus vat gelegen in de sclera). Per minuut wordt ongeveer 2 mm3 kamervocht geproduceerd en afgevoerd via het kanaal van Schlemm. Het kamervocht zorgt voor de handhaving van de oogboldruk. Wanneer de vochtafvoer wordt gehinderd door bijvoorbeeld een ontsteking kan er een te hoge druk ontstaan in de oogbol en spreekt men van glaucoom (zie intermezzo 8.6). De verhoogde oogboldruk beschadigt de nervus opticus waardoor het gezichtsvermogen wordt aangetast. Het kamervocht de volgende functies: – onderhoud van de oogboldruk; – optische functie door breking van licht; – voeding van de lens en de iris. Afbeelding 8.18 Doorsnede van het voorste gedeelte van het oog. De pijlen geven de stroomrichting aan van het kamervocht.

316

Fysiologie en anatomie niveau 5

Intermezzo 8.6 Glaucoom Onder glaucoom verstaat men een aantal afwijkingen die een verhoogde intra-oculaire druk met elkaar gemeen hebben. Bij een verhoogde intra-oculaire druk treedt er namelijk onherstelbare schade op aan zenuwvezels van de nervus opticus door de slechte vaatvoorziening. Hierdoor neemt de visus af en ontstaat er uiteindelijk blindheid. Bij primair glaucoom maakt men onderscheid tussen acuut glaucoom (geslotenkamerhoekglaucoom), chronisch glaucoom (openkamerhoekglaucoom) en congenitaal (aangeboren) glaucoom. Bij een acuut glaucoom treedt een plotselinge verhoging van de oogboldruk op doordat de kamerhoek, waar het vocht wordt afgevoerd, is afgesloten. De kans op een dergelijke afsluiting is groter bij ouderen, omdat de ooglens het hele leven door groeit waardoor de voorste oogkamer ondieper is. Chronisch glaucoom is de meest voorkomende vorm van glaucoom. Het vocht wordt steeds trager afgevoerd door een toenemende weerstand in het afvoersysteem, waardoor de oogboldruk geleidelijk stijgt. De symptomen treden meestal op in beide ogen. Congenitaal glaucoom ontstaat ten gevolge van belemmering van de afvoer van kamervocht door achterblijvend embryonaal weefsel in de kamerhoek. Bij de geboorte hebben deze baby’s opvallend mooie, grote ogen. De therapie bestaat uit goniotomie: het openen van de kamerhoek en de verwijdering van het embryonale weefsel. De volgende oogafwijkingen kunnen secundair glaucoom tot gevolg hebben: – laesie van de kamerhoek door een trauma; – verstopping van de kamerhoek door een ontstekingsproces; – intra-oculaire tumoren.

Intermezzo 8.7 Beeldvorming door lenzen Een lens is een doorzichtig lichaam dat is begrensd door een of twee gebogen oppervlakken. Wanneer er lichtstraal valt op de lens zal deze door de overgang van materiaal gebroken worden. De breking wordt versterkt door de kromming van de lens. In principe zijn er twee soorten lenzen: – bolle lenzen (convexe of positieve lenzen) hebben een convergerende werking: de lichtstralen in een bundel lopen na de lens naar elkaar toe; – holle lenzen (concave of negatieve lenzen) hebben een divergerende werking: de lichtstralen in een bundel lopen na de lens van elkaar af. Hier wordt alleen de beeldvorming van bolle lenzen, waarvan de

8

317

Zintuigen

beide oppervlakken bolvormig zijn (biconvexe lenzen, zoals de lens in het oog), beschreven. Voor de beeldvorming door bolle lenzen gelden de volgende regels: – lichtstralen die invallen evenwijdig aan de hoofdas worden gebroken (gaan na de lens verder) door het brandpunt; – lichtstralen die door het optische middelpunt (het snijpunt van het midden van de lens met de hoofdas) gaan, gaan ongebroken verder. Gebruikmakend van deze regels kunnen we beelden construeren (zie afb. 8.19). Het voorwerp LL’ wordt door de lens afgebeeld op BB’. Naarmate een positieve lens sterker gekromd is zal convergerende werking sterker zijn. De afstand tussen het brandpunt tot het optisch middelpunt, de brandpuntsafstand (f ), is dan kleiner. De sterkte van een lens is omgekeerd evenredig met de brandpuntsafstand: de sterkte van een lens is gelijk aan 1/f. De sterkte van een lens met een brandpuntsafstand van 20 cm zal dus tweemaal zo groot zijn als van een lens met een brandpuntsafstand van 40 cm. De sterkte van een lens wordt uitgedrukt in dioptriee¨n. Het aantal dioptriee¨n is gelijk aan 1/f (f in m); hieruit volgt dat een lens een sterkte heeft van 1 dioptrie, wanneer de brandpuntsafstand 1 m bedraagt. Wanneer bijvoorbeeld een brillenglas een sterkte heeft van + 2,5 [dioptrie] geldt dan: 1/f = 2,5. Hieruit volgt dat het een positieve lens is met een brandpuntsafstand van 40 cm. Afbeelding 8.19 Beeldvorming door een bolle lens. F = brandpuntafstand.

Lens De lens bevindt zich tussen de pupil en het corpus vitreum; de vorm is biconvex (dubbelbol) met een diameter van 9 `a 10 mm en een dikte van ongeveer 4 mm. Hij is opgebouwd uit glasheldere lensvezels en wordt omgeven door een kapsel met lensbandjes die de verbinding vormen met het corpus ciliare. Hierdoor is de lens opgehangen in het corpus ciliare waarin zich de accommodatiespier bevindt. Het corpus vitreum bestaat uit een heldere geleimassa die voor 98% uit water bestaat en voor de handhaving van de bolvorm van het oog zorgt. De lichtstralen moeten respectievelijk de cornea, het kamervocht, de lens en het corpus vitreum passeren voordat ze worden opgevangen door de zintuigcellen van de retina. Zoals reeds vermeld is, draagt de

318

Fysiologie en anatomie niveau 5

sterk gekromde cornea bij aan de breking van de lichtstralen. Vooral de soepele elastische lens moet ervoor zorgen dat er scherp wordt waargenomen. Doordat de lens niet van plaats kan veranderen, zoals in een fototoestel wel het geval is, moet om het beeld voortdurend scherp op de zintuigblad te krijgen, de brandpuntsafstand telkens veranderd worden door het boller of platter maken van de lens. Deze vormverandering van de lens wordt accommodatie genoemd. De accommodatie vindt plaats door de accommodatiespier in het corpus ciliare. Na contractie van deze spier hangen de lensbandjes slap waardoor de lens door zijn elasticiteit boller wordt (voor het dichtbij zien). Bij verslapping van de accommodatiespier worden de lensbandjes strak getrokken waardoor de lens minder bol wordt (voor het waarnemen op afstand). Dichtbij zien is meer vermoeiend dan wanneer het oog op oneindig is ingesteld (het rustend oog) (afb. 8.20). Doordat het accommodatievermogen beperkt is, heeft het oog een zogenaamd nabijheidspunt: dit is het dichtst bij het oog liggende punt dat nog scherp kan worden waargenomen bij maximale accommodatie (afb. 8.21). Afbeelding 8.20 Accommodatie van de ooglens.

Afbeelding 8.21 Beeldvorming door het oog (N = nabijheidspunt). a. maximale accommodatie; b/c. accommodatie bij de oudere mens. Door middel van een leesbril (pluslens) komt het nabijheidspunt (N) dichter bij het oog te liggen (N1).

8

Zintuigen

319

Intermezzo 8.8 Oogcorrecties Terwijl bij kinderen het nabijheidspunt op ongeveer 10 cm afstand ligt, komt het bij het ouder worden steeds verder weg te liggen, doordat de lens minder gebold kan worden en men presbyoop of verziend is. Daardoor is op den duur vaak een leesbril vereist die de brekende werking van de cornea en de lens moet versterken. Een leesbril is dus positief (afb. 8.21). Het kan ook voorkomen dat de oogbol te lang is of de lens te bol is, waardoor men myoop of bijziend is. Dit kan bij het ouder worden soms (bij een benodigde bril van minder dan –2) gecompenseerd worden door het minder bollen van de lens, waardoor geen bril meer nodig is. Soms is de oogbol te kort waardoor men (over)verziend of hypermetroop is. Het normale oog noemt men in dit verband emmetroop. Door middel van een bril of contactlenzen kunnen deze gebreken vaak worden verholpen (afb. 8.22).

Afbeelding 8.22 Correcties van oogafwijkingen; a. correctie bij te lange oogbol (myopie, bijziendheid); b. correctie bij te korte oogbol (hypermetropie, verziendheid).

Het gebied dat door een niet bewegend oog wordt waargenomen wordt het gezichtsveld genoemd. Het gebied dat door beide ogen gezien wordt is het binoculair gezichtsveld. In het horizontale vlak wordt het gezichtsveld mediaal beperkt door de neus (afb. 8.23). 8.3.3 hulporganen van het oog De hulporganen van het oog zijn de oogleden, de oogspieren, het traanapparaat en de wenkbrauwen. Oogleden Oogleden bedekken de oogbol. Door de ooglidspieren kunnen de oogleden gesloten en geopend worden. Door prikkeling van de oogwimpers of de cornea worden de oogleden zeer snel gesloten: de lidslagreflex. Hierdoor wordt het oog tegen te sterk licht en stof be-

320

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 8.23 Gezichtsveld van het rechteroog.

schermd. Bij neurologisch onderzoek wordt getest of de betrokken verbindingen nog functioneel zijn door een lidslagreflex uit te lokken. Bij een corneareflex wordt met de punt van een watje van buiten naar binnen gestreken over de conjunctiva (oogwit), richting de cornea. Zodra de cornea wordt aangeraakt, geeft de nervus trigeminus prikkels af dat leidt een reflectorische contractie van de musculus orbicularis oculi, geı¨nnerveerd door de nervus facialis, waardoor de patie¨nt met de ogen knippert. Per persoon verschilt de gevoeligheid. Mensen met contactlenzen hebben meestal een geringe corneareflex. Ook wanneer iets plotseling het oog nadert sluiten we in een reflex onze ogen. Bij deze dreigreflex vormt de nervus opticus de afferente baan en de efferente baan verloopt zoals bij de corneareflex. Sterke geluids-, pijn- en lichtprikkels roepen ook het knipperen van de ogen op. Bij de wimpers bevinden zich veel smeerkliertjes die talg produceren, waardoor de huid van de oogleden soepel wordt gehouden. De binnenbekleding van de oogleden zet zich nog even voort op de oogbol waardoor deze beweeglijk wordt vastgehouden in de orbita, vandaar de naam conjunctiva, oogbindvlies. Het is zeer dun epitheel en uiteraard doorschijnend. De conjunctiva begrenst de ruimte tussen de binnenkant van een ooglid en de oogbol. Deze ruimte wordt dan ook conjunctivaalzak genoemd. Op die plaats worden vaak oogdruppels toegediend. Oogspieren Aan ieder oog zijn zes spieren (drie paar) bevestigd (afb. 8.24): – de musculus rectus superior en de musculus rectus inferior (de bovenste en onderste rechte oogspier); – de musculus rectus medialis en de musculus rectus lateralis (de binnenste en buitenste rechte oogspier); – de musculus obliquus superior en de musculus obliquus inferior, twee schuine oogspieren. De oogspieren verbinden de oogbol met de oogkaswand. Door de paarsgewijs gerangschikte oogspieren kunnen de ogen in vele rich-

8

Zintuigen

321

Afbeelding 8.24 Linkeroog met oogspieren. A De zes uitwendige oogspiertjes van het linkeroog, van links gezien. B Vooraanzicht van hetzelfde oog.

tingen min of meer onafhankelijk van elkaar worden bewogen. De oogspieren worden geı¨nnerveerd door drie paar motorische zenuwen, namelijk de nervus oculomotorius (hersenzenuw III), de nervus trochlearis (hersenzenuw IV) en nervus abducens (hersenzenuw VI) (zie par. 6.6). Een aparte oogbeweging is de nystagmus: een rukkende, ritmische oogbeweging waarbij het oog eerst langzaam beweegt met het gefixeerde voorwerp mee en daarna een zeer snelle beweging terug maakt naar de uitgangsstand, bijvoorbeeld bij het naar buiten kijken terwijl men in een rijdende trein zit of bij lezen. Deze beweging van de ogen is van belang om het beeld op de retina te stabiliseren (zie ook intermezzo 8.5). Traanapparaat Het traanapparaat bestaat uit traanklieren, traankanaaltjes en traanzakken (afb. 8.25). Aan de laterale zijde van het oog bevindt zich een traanklier, gelegen op de oogbol achter het bovenste ooglid. In de traanklier wordt het traanvocht geproduceerd dat door sluitbewegingen van het bovenste ooglid over de oogbol verdeeld wordt. Hierdoor wordt uitdroging (troebeling) van de cornea verhinderd; alleen vochtige ogen zijn transparant. Bovendien ontstaat er een zeemeffect van de oogbol in combinatie met de oogleden. Via twee traankanaaltjes per oog (e´e´n uit ieder ooglid) komt het traanvocht vanuit de binnenste ooghoek in de traanzak. Van hieruit komt het door de traanbuis in de

322

Fysiologie en anatomie niveau 5

neusholte in de onderste neusgang. Dit is de grootste neusgang waar alle ingeademde lucht langs strijkt, waardoor de ademlucht goed bevochtigd wordt. Het traanvocht bestaat hoofdzakelijk uit een oplossing van NaCl (keukenzout). Het traanvocht is echter niet alleen een afscheidingsproduct van de traanklier, maar er wordt ook vocht aan toegevoegd van de slijmklieren in de conjunctiva en van de talgklieren in de oogleden. Het bevat ook een enzym (lysozym) dat bacterie¨n doodt door ze op te lossen. Per ooglidslag wordt ongeveer 10 microliter (= 0,01 ml) traanvocht weggespoeld. Hieruit volgt dat het toedienen van meer dan 1-2 oogdruppels a` 50 microliter (= 0,05 ml) niet veel zin heeft. Onder emotionele omstandigheden kan de traanafscheiding dusdanig toenemen dat de afvoer het niet kan verwerken. Afbeelding 8.25 De ligging van de onderdelen van het traanapparaat.

Wenkbrauwen Wenkbrauwen voorkomen dat zweet van het voorhoofd in de ogen loopt.

Intermezzo 8.9 Zintuigen en veroudering De zintuigen nemen bij veroudering duidelijk in doelmatigheid af. De lens van het oog wordt minder elastisch en de accommodatiespieren gaan in functie achteruit, waardoor het gezichtsvermogen op korte afstand afneemt. Vanaf ongeveer 45 jaar moeten veel mensen dan een leesbril gebruiken. Cataract (grijze staar) is een vertroebeling van de ooglens waardoor het gezichtsvermogen wordt verminderd. Cataract is een fysiologische ouderdomsaandoening.

8

Zintuigen

Ook een veelvoorkomend verschijnsel bij ouderen is arcus senilis: ouderdomskring, ontstaan door een afzetting van cholesterol in de cornea. Deze afzetting komt niet voor in de zone voor de pupil, waardoor de visus niet wordt aangetast. Bij ouderen neemt door degeneratie van de retina vooral het aantal kegeltjes in de retina af. Bekend hierbij is maculadegeneratie (MD), afname van de functie van macula lutea (gele vlek), waarin voornamelijk kegeltjes zijn gelegen. Er zijn twee vormen van ouderdomsmaculadegeneratie: – sereuze (natte) vorm; vaatgroei vanuit de choroidea tot onder de retina, leidt tot lekkage van plasma waardoor een subacute visusdaling en daarmee gepaard gaande vervorming van het beeld (metamorfopsie) optreedt. Uiteindelijk ontstaat er een littekenweefsel in de macula met secundaire atrofie van de daarboven liggende fotoreceptoren; – atrofische (droge) vorm; in de loop van de jaren treedt een langzaam progressieve atrofie op van de fotoreceptorlaag en de retinale pigmentlaag in de macula. De oorzaak voor het ontstaan van maculadegeneratie is niet bekend. Ook glaucoom vindt met name plaats bij ouderen (zie intermezzo 8.6). Ook het gehoorvermogen wordt slechter, vooral ten gevolge van verminderde beweeglijkheid van de gehoorbeentjes; soms ook door verstopping van de uitwendige gehoorgang door oorsmeer (cerumenprop). Presbyacusis (ouderdomshardhorendheid) is het verlies van gevoeligheid voor geluidsprikkels met het toenemen van de leeftijd. Ook door atrofie van het orgaan van Corti treedt gehoorverlies op. Vooral hoge tonen (boven 2.000 Hz) kan men op oudere leeftijd nog moeilijk waarnemen (afb. 8.26). Ook de evenwichtszin vermindert; het bewegingsbeeld wordt in toenemende mate labiel en onzeker. De gewenningsperiode na het veranderen van de lichaamshouding (zitten, staan) wordt veel langer. De smaak- en reukzin is bij veel ouderen sterk afgenomen. Het minder goed kunnen proeven is kwaliteitsverlies in het leven; het verminderen van het reukvermogen ook, maar is bovendien gevaarlijk, omdat geuren ook waarschuwend kunnen werken.

323

324

Afbeelding 8.26 Gehoordrempel bij verschillende geluidsfrequenties in afhankelijkheid van de leeftijd.

Fysiologie en anatomie niveau 5

9

Huid en thermoregulatie

De huid omhult grotendeels ons lichaam en daarmee de begrenzing met de buitenwereld. De huid speelt daarom een belangrijke rol in de bescherming van het lichaam tegen schadelijke invloeden. Daarnaast zorgt de huid mede voor thermoregulatie, uitscheiding (excretie) en zintuiglijke waarneming (zie hoofdstuk 8). 9.1

Bouw van de huid

De huid is uit verscheidene lagen opgebouwd en omhult het gehele lichaam. Van buiten naar binnen kan men de volgende lagen onderscheiden: de epidermis (opperhuid), de dermis (lederhuid, ook wel corium of cutis) en de subcutis (onderhuids bindweefsel, ook wel hypodermis) (afb. 9.1). Afbeelding 9.1 Schema van een stukje van de huid, sterk vergroot.

9.1.1 epidermis In de epidermis bevinden zich drie verschillende soorten cellen:

C.A. Bastiaanssen et al., Fysiologie en anatomie, DOI 10.1007/978-90-313-8098-5_9, © Bohn Stafleu van Loghum, 2007

326

Fysiologie en anatomie niveau 5

– keratinocyten; ze produceren keratine (hoornstof). Ze ontstaan in de onderste laag van de epidermis. De nieuwgevormde keratinocyten schuiven steeds een beetje op naar de oppervlakte van de huid, omdat ze door de voortdurende aanmaak van nieuwe cellen naar boven worden geduwd. Uiteindelijk schilferen de cellen aan de bovenkant af. De afschilfering is behalve op de behaarde hoofdhuid bij roos en bepaalde huidziekten gewoonlijk niet zichtbaar. Gemiddeld wordt de gehele epidermis elke dertig dagen volledig vervangen. Bij psoriasis duurt dit proces ongeveer een week, waardoor in dat geval de schilfering wel zichtbaar wordt. De functie van keratine, geproduceerd door de keratinocyten is het verschaffen van een barrie`re door afdichting van de intercellulaire ruimte tegen het binnendringen van vocht en vreemde stoffen. Slijmvliezen, zoals in de mondholte en de vagina, bezitten geen keratinocyten. Dit epitheel wordt ‘niet verhoornend epitheel’ genoemd. De afwezigheid van een barrie`re verklaart de sterke mate van permeabiliteit (opname van geneesmiddelen); – melanocyten; ze maken melanosomen (pigmentkorrels), die zij doorgeven aan de keratinocyten. Het melanine (pigment) bedekt het oppervlak van de keratinocyten zodat deze beschermd zijn tegen schadelijke UV-straling. Behalve in de huid worden melanocyten ook aangetroffen in haarfollikels, slijmvliezen, het oog, het oor en de hersenen; – cellen van Langerhans; dit zijn immunologisch actieve macrofagen. De cellen helpen bij het herkennen van lichaamsvreemde stoffen en presenteren deze aan het immuunsysteem. Na contact met de antigenen, die door de epidermis de huid zijn binnen gedrongen (zoals bij allergisch contact eczeem het geval is), kunnen zij zich uit de epidermis losmaken en zich via de lymfe naar de regionale lymfeklier laten vervoeren. Hoewel de totale epidermis erg dun is, zijn er toch nog vier laagjes te onderscheiden (afb. 9.2). De keratinocyten ontstaan in de binnenste

Afbeelding 9.2 Cellagen van de epidermis.

9

Huid en thermoregulatie

laag en migreren naar buiten. Daarbij vormen zij achtereenvolgens de volgende lagen: – stratum basale, de binnenste enkele laag cellen van de epidermis op het basaalmembraan; deze laag grenst aan de dermis. Deze dringt met kleine regelmatig gevormde uitstulpingen (de zgn. papillen) die gerangschikt liggen in lijnen, de epidermis binnen. Door deze verankering is de epidermis bestand tegen dwarse schuifkrachten. Aangezien de epidermis geen bloedvaten bevat worden de cellen van het stratum basale vanuit een plexus van capillairen in de dermis (subpapillaire plexus) van zuurstof en voedingsstoffen voorzien. Deze capillairenplexus staat in verbinding met een vaatstelsel, dat gelegen is op de grens van dermis en subcutis (het cutane netwerk). Omdat de epidermis voor zijn voeding geheel afhankelijk is van de diffusie vanuit de onderliggende dermis, is de hechting aan het basaalmembraan voor het voortbestaan van de epidermis van het grootste belang. Een blaar ontstaat wanneer een splijting tussen de twee lagen optreedt en het plasma uit de capillairen tussen de twee lagen komt. Het blijkt dat splijting sneller plaatsvindt bij een grotere onderdruk en bij een hogere huidtemperatuur. Het stratum basale is de enige laag waarin onder normale omstandigheden celdeling plaatsvindt, waardoor de epidermis aangevuld wordt. Het vermogen tot aanmaak van nieuwe cellen maakt dat de huid bij een verwonding vrij snel dichtgroeit. Bij jonge mensen verloopt de celdeling sneller dan bij ouderen. Onder normale omstandigheden neemt slechts 30% van de basale keratinocyten aan het delingsproces deel. De overige basale cellen bevinden zich in de rustfase. Bij onder andere psoriasis en wondgenezing wordt een groot deel van de rustende cellen aangezet tot deling; – stratum spinosum (stekelcellige laag); hierin vormen de cellen met uitsteeksels verbindingen met de naburige cellen waardoor ze stevigheid geven aan de huid. Deze laag vormt samen met het stratum basale het stratum germinativum (kiemlaag): de laag waarin keratinocyten gevormd worden. In het stratum spinosum komen de cellen van Langerhans het duidelijkst voor; – stratum granulosum (korrellaag); enkele lagen platte cellen die granula (korrels) bevatten. Het golgi-apparaat geeft granula af met een chemische voorloper van keratine; – stratum corneum (hoornlaag), de buitenste laag van de epidermis; deze laag bestaat uit sterk afgeplatte, dode cellen waarin geen kern of celorganellen meer te herkennen zijn. Deze cellen zijn een voortzetting van de keratinocyten uit de onderliggende lagen van de epidermis en bevatten keratine (hoornstof ). Keratine versterkt de huid en is waterafstotend. De laag wordt soepel gehouden door de talg uit de talgklieren en het geringe door de huid tredende vocht (perspiratie). In de meest oppervlakkige lagen van het stratum corneum zijn de celgrenzen niet meer te herkennen en spreekt men van hoornschilfers, die gemakkelijk loslaten en worden afgestoten. Deze losse schilfers vormen het stratum disjunctum. De afschilfering is gewoonlijk niet te zien. Hierbij speelt de druk van opschuivende cellen van onderaf een rol en in mindere mate ex-

327

328

Fysiologie en anatomie niveau 5

terne wrijving (onder gipsverband schilfert de huid ook af ). Hoewel de opbouw van de epidermis grotendeels genetisch bepaald is, wordt de dikte van het stratum corneum mede bepaald door externe prikkels. Zo verdikt de hoornlaag zich onder de voeten bij veel lopen op blote voeten. Wanneer het stratum corneum zeer dik is, spreekt men van eelt; dit vindt men bijvoorbeeld op de handpalmen en voetzolen. De epidermis is aan de buitenzijde niet glad, maar geribbeld. Deze huidlijsten aan de buitenzijde van de epidermis hangen samen met de papillen van de dermis die in de epidermis binnendringen. Ze geven een richel aan de huidoppervlakte: vingerafdruk. De richels ontwikkelen zich op de huid van de foetus in de derde en vierde maand en veranderen daarna niet meer. Ze worden alleen nog groter. Het patroon van de vingerafdruk is erfelijk. Bij stoornissen in de ontwikkeling van de foetus gedurende de derde en vierde maand kunnen ook de vingerafdrukken sterk gaan afwijken, bijvoorbeeld bij het syndroom van Down. Het watergehalte van de epidermis bedraagt ongeveer 70%. Het percentage water in de hoornlaag, ongeveer 15%, is grotendeels afhankelijk van factoren in de omgeving zoals licht, vochtigheid en temperatuur. Wanneer bij bijvoorbeeld droge koude het vochtgehalte daalt onder de 10% treden kloofjes en schilfering op. Zoals verder nog uiteengezet zal worden, worden de zweetklieren, haren en talgklieren gevormd door het stratum basale van de epidermis (zie par. 9.3). Pigmentvorming De kleur van de huid wordt door een groot deel bepaald door het aanwezige pigment. Ieder mens heeft ongeveer evenveel pigmentcellen. De activiteit van de melanocyten, de hoeveelheid en de rijpheid van de melanosomen bepalen iemands huidkleur. Bij donkere mensen bevatten de melanocyten veel meer en rijpere melanosomen en zijn de keratinocyten veel voller geladen met melanosomen dan bij blanke mensen. Onder invloed van zonlicht neemt de activiteit en de melanineproductie van de melanocyten toe. Hypopigmentatie van de huid kan veroorzaakt worden door een afname van de melanocyten, maar ook door een verminderde activiteit hiervan, waardoor minder melanosomen doorgegeven worden aan de keratinocyten. Hyperpigmentatie kan ontstaan door een toename van de melanocyten, een toename van hun activiteit of een combinatie van beide. Het melanocytenstimulerend hormoon (MSH) uit de hypofyse heeft bij de mens maar een matige invloed op de melanocyten. Bij een te kort aan cortisol uit de bijnierschors ontstaat een overproductie van ACTH en mogelijk ook van MSH. Beide hormonen versterken de pigmentatie van de huid. Dit is waar te nemen als cafe´-au-lait-vlekken bij de ziekte van Addison (zie hoofdstuk 7). Mensen die geen tot moeilijk melanine aanmaken (albino’s, zeer blonde mensen of mensen met rood haar) hebben een tekort aan het beschermende pigment en hebben daarmee een groter risico op ver-

9

Huid en thermoregulatie

branden en huidcarcinoom dan mensen, die wel makkelijk bruin worden of van nature een donkere huid hebben. Naast melanine komt er in de huid nog een tweede pigment voor: caroteen. Deze kleurstof is onder andere verantwoordelijk voor sproeten, de haarkleur bij roodharigen en veroorzaakt soms oranje vlekken in de iris. Caroteen speelt geen rol bij het onschadelijk maken van UV-straling. 9.1.2 dermis De dermis is opgebouwd uit bindweefsel en bestaat uit twee lagen: de papillaire laag en de netvormige laag. De papillaire laag grenst aan het stratum basale van de epidermis, waardoor een hechte verbinding ontstaat tussen deze beide lagen. De papillen bestaan uit losmazig bindweefsel met collagene en elastische vezels en veel bloedvaatjes daaromheen. De netvormige laag bevat veel collagene en elastische vezels; door de met elkaar vervlochten bundels collagene vezels krijgt de huid zijn trekvastheid. Deze vezels verlopen volgens een bepaald patroon: de splijtlijnen. Een chirurg snijdt in de richting van de splijtlijnen. Hierdoor worden de vezels min of meer uit elkaar geschoven en niet doorgesneden, zodat de wond minder gaapt. Wanneer de huid sterk uitgerekt wordt (bijv. bij een zwangerschap) ontstaan er scheurtjes in de dermis en in de subcutis. Deze zijn tijdens de zwangerschap als rode strepen (striae) te zien. Na de bevalling ontwikkelt zich littekenweefsel, waardoor de striae een witte kleur krijgen. In de dermis bevinden zich verschillende structuren: bloed- en lymfevaten, zintuigcellen en zenuwuiteinden, haarwortels met talgklieren en gladde spiervezels, zweetklieren en cellen met een afweerfunctie. De afvoerbuizen van de zweetklieren en de talgklieren doorboren de epidermis. 9.1.3 subcutis De subcutis (onderhuids bindweefsel, hypodermis) is losser van structuur dan de bovenliggende huidlagen. De collagene en elastische vezels van de subcutis lopen door tot de netvormige laag van de dermis. De subcutis bevat, behalve veel bloedvaten en zenuwvezels, ook vet. De hoeveelheid vet hangt vooral af van de voedingsgewoonten. 9.1.4 vascularisatie van de huid De huid ontvangt het bloed vanuit de grote arterie¨n, die onder de subcutis lopen. Van hieruit lopen takken naar het grensgebied van subcutis en dermis, waar zij het cutane netwerk vormen. Vanuit het cutane netwerk doorkruisen takken de dermis tot onder de laag dermispapillen. Deze (sub)papillaire plexus levert het arterie¨le bloed aan de capillairen, die de contouren van de dermispapillen volgen en die de voedingsstoffen aanleveren voor de epidermis. Vanuit dit capillairnetwerk lopen venulen in omgekeerde richting naar de grote venen. Naast het papillaire netwerk van capillairen bestaan er in de huid

329

330

Fysiologie en anatomie niveau 5

talrijke arterioveneuze anastomosen (AVA), directe verbindingen tussen een arteriole en een venule, dus buiten de capillairen om. De relatieve verdeling van het bloed over het oppervlakkige papillaire netwerk en de arterioveneuze anastomosen enerzijds en de dieper gelegen vaten anderzijds, worden sterk beı¨nvloed door het sympathische zenuwstelsel (par. 6.10). Bij een verhoogde sympathische activiteit, zoals tijdens een schrikreactie, vindt vasoconstrictie plaats in de meest oppervlakkige vaten in de huid, waardoor het bloed zich meer terugtrekt in de dieper gelegen cutane plexus en in de onder de subcutis gelegen arterie¨n. Hierdoor wordt de huid bleek. Bovendien neemt het totale vaatbed af. Dit heeft een verhogend effect op de arterie¨le bloeddruk. Ook in een koude omgeving wordt het sympathische systeem vanuit de hypothalamus geactiveerd, waardoor het bloed zich terugtrekt in de dieper gelegen huidlagen. Hierdoor wordt afkoeling tegengegaan. 9.2

Functies van de huid

De algemene functies van de huid zijn: bescherming, thermoregulatie, uitscheiding (excretie) en zintuiglijke waarneming. De beschermende functie geldt zowel tegen mechanische invloeden (bijv. tegen stoten en het binnendringen van bacterie¨n en virussen) als tegen fysische invloeden (bijv. tegen uitdrogingen en tegen straling door pigmentvorming) en chemische invloeden (bijv. tegen schadelijke stoffen). Bij de regeling van de lichaamstemperatuur spelen verschillende mechanismen een rol. Bij het afscheiden van zweet door de zweetkliertjes wordt door het verdampen van zweet warmte onttrokken aan de huid, waardoor het lichaam afkoelt. Ook de bloedvaten in de dermis zijn betrokken bij de thermoregulatie. Door de bloedstroom kan warmte worden afgegeven aan de omgeving wanneer de temperatuur van de omgeving lager is dan die van de huid. Deze warmteafgifte is afhankelijk van de bloeddoorstroming. Bij lichamelijke inspanning treedt automatisch vasodilatatie (vaatverwijding) op waardoor de grotere warmteproductie gevolgd wordt door een grotere warmteafgifte via de huid. Wanneer het koud wordt treedt vasoconstrictie (vaatvernauwing) op waardoor de warmteafgifte zo veel mogelijk wordt beperkt. Dit alles staat onder invloed van het autonome zenuwstelsel. Het onderhuidse vetweefsel zorgt voor warmte-isolatie en draagt als zodanig ook bij aan de thermoregulatie. Hoewel de primaire functie van de zweetklieren gelegen is in het reguleren van de lichaamstemperatuur, zijn de zweetklieren ook te beschouwen als uitscheidingsorganen (excretieorganen). Ten slotte bevat de huid enkele soorten zintuigen, namelijk thermosensoren (koude- en warmtezintuigen, par. 8.1.2) en mechanosensoren (tast-, druk- en pijnzintuigen, par. 8.1.3). In de huid wordt bovendien onder invloed van zonlicht uit een voorstadium vitamine D geproduceerd, hetgeen van belang is voor de resorptie van calcium in de darm en nier (zie par. 10.8.1 en 5.1.2).

9

Huid en thermoregulatie

Intermezzo 9.1 Invloed van zonlicht op de huid De straling van de zon bestaat uit het zichtbare licht, infrarode straling en ultraviolette straling (UV-straling). De ozonlaag in de dampkring houdt een groot gedeelte van de UV-straling tegen. UV-straling heeft de volgende effecten op de huid: – vorming van vitamine D: wanneer de huid wordt bestraald met ultraviolette straling wordt het onderhuids opgeslagen ergosterol (provitamine D) omgezet in vitamine D; – pigmentvorming: ultraviolette stralen zetten de huid aan tot vorming van pigment; – vernietiging DNA: de bactericide (bacteriedodende) werking van UV-stralen berust op de vernietiging van het DNA. Het DNA absorbeert namelijk zeer veel UV-straling. De energie van UVstraling wordt ook geabsorbeerd door het DNA in de huidcellen. Door deze opname kan het DNA veranderen. Wanneer de beschadiging niet opgemerkt wordt voordat de cel zich deelt of verkeerd gerepareerd wordt, kan de groei autonoom worden en een maligniteit doen ontstaan zoals een basaalcelcarcinoom of melanoom; – afbraak elastinevezels: UV-straling breekt de elastische vezels in de dermis af. Wanneer de afbraak van deze vezels de aanmaak overschrijdt wordt de huid slap en ontstaan rimpels. Zo speelt UV-straling een rol bij vervroegde veroudering van de huid. Hoe de huid reageert op blootstelling aan UV-straling hangt af van het huidtype. Er worden zes verschillende huidtypen onderscheiden: – huidtype 1: verbrandt zeer snel, wordt niet bruin; – huidtype 2: verbrandt meestal, wordt een beetje bruin; – huidtype 3: verbrandt zelden, wordt goed bruin; – huidtype 4: verbrandt (bijna) nooit, wordt diep bruin (mediterrane type); – huidtype 5: verbrandt (bijna) nooit, wordt zeer bruin (Aziatische type); – huidtype 6: verbrandt nooit, wordt zeer donker bruin (negroı¨de type); sterfte door huidkanker komt bij het negroı¨de ras vrijwel niet voor.

9.3

Bijzondere vormsels

Aan of in de huid kan men een aantal bijzondere vormsels onderscheiden: haren, nagels en diverse klieren. 9.3.1 haren In de huid bevindt zich de haarwortel in het haarzakje. Het gedeelte van het haar dat buiten de huid uitsteekt heet haarschacht. Aan de basis van de haarfollikel (haarzakje) zit een indeuking waarin zich de haarpapil bevindt. Van hieruit wordt de basis van de haarfollikel gevoed, waar-

331

332

Fysiologie en anatomie niveau 5

door groei van het haar kan plaatsvinden. Deze groei vindt plaats vanuit het stratum basale. De haren groeien steeds van onderuit en worden naar buiten geschoven. De haartoppen zijn derhalve de oudste gedeelten. Een hoofdhaar groeit gemiddeld 8-12 cm per jaar. Haren zijn dood materiaal en bevatten vetten, water, mineralen, melanine en keratine. Bij ongeboren kinderen ontwikkelt zich over bijna het gehele lichaamsoppervlak het zogenaamde lanugo (wolhaar). Dit valt voor of kort na de geboorte uit en wordt dan vervangen door het zachte babyhaar. Tijdens de puberteit ontwikkelt zich zowel bij jongens als bij meisjes haren in de oksels en schaamhaar, terwijl bij jongens ook baardgroei optreedt. Het uiteindelijke gepigmenteerde haar wordt terminaal haar genoemd. Bij het ouder worden van de mens verliest het haar pigment en wordt daardoor wit of grijs. Bovendien valt het dan ook sneller uit. Haar groeit cyclisch: het kent een fase van groei, een tussenfase en een fase van rust. Elke soort terminaal haar (wimpers, wenkbrauwen, hoofdhaar, snor- en baardhaar, neus- en oorharen, axillair haar en lichaamshaar) heeft zijn eigen periodes. In de periode van groei (anagene fase) is het haarzakje actief en produceert haar. Ook is er veel myeline aanwezig. Na enkele maanden (wimpers 3-4 maanden) of jaren (hoofdhaar gemiddeld 2-4 jaar) houdt de groei op komt het haarzakje in de katagene fase: de haar- en myelineproductie wordt gestopt. Het haar komt los in de haarfollikel te liggen en wordt afgestoten. In de telogene fase is de haarfollikel in rust. Na deze fase begint de haarfollikel weer met de anagene fase. In de nauwe ruimte tussen de haarwortel en het haarzakje mondt een talgklier uit. Aan de haarzakjes zijn kleine gladde spiertjes bevestigd die zich onder invloed van bepaalde prikkels kunnen samentrekken waardoor de haren die scheef in de huid zijn ingeplant, rechtop gaan staan. Zo ontstaat kippenvel (pilo-erectie). Doordat zich rondom de haarzakjes uiteinden van sensibele zenuwvezels bevinden, kunnen de geringste bewegingen van de haren worden gevoeld. Ze dienen derhalve ook als tastorganen. Bij vele dieren spelen de haren een belangrijke rol bij de warmteisolatie; bij de mens is dit van weinig belang.

Intermezzo 9.2 Haaruitval (alopecia) Haaruitval is een natuurlijk proces. Bepaalde omstandigheden kunnen haaruitval beı¨nvloeden. Tijdens de zwangerschap bijvoorbeeld komen door invloed van oestrogenen minder haren in het eind van de katagene fase, de fase waarin ze uitvallen. Na de zwangerschap vindt extra haaruitval plaats en herstelt de haargroei zich. Wanneer de uitgevallen haren niet meer ingenomen worden door nieuwe haren ontstaat kaalheid. De bekendste vorm is alopecia androgenetica (alopecia senilis), kaalhoofdigheid bij oudere mannen (in mindere mate bij oudere vrouwen) waarbij onder invloed van het hormoon dihydrotestosteron haarwortels

9

Huid en thermoregulatie

333

verloren gaan. De gevoeligheid van haarwortels voor dihydrotestosteron is erfelijk bepaald. Omdat vrouwen minder mannelijke hormonen hebben, zoals dihydrotestosteron, hebben zij minder last van deze vorm van kaalheid. Wanneer onder bepaalde omstandigheden, zoals stress en na de menopauze, de hoeveelheid mannelijke hormonen toeneemt, kan ook bij vrouwen toenemende haaruitval optreden. Ook cytostatica veroorzaken vaak kaalheid. Cytostatica grijpen in op plaatsen met veel delende cellen, zoals haarfollikels. Na een cytostaticakuur herstellen de haarfollikels zich vaak weer.

9.3.2 nagels Nagels (afb. 9.3) bevinden zich aan de uiteinden van de vingers en tenen. Ze bestaan uit harde, dunne, doorschijnende plaatjes die uit dode cellen met veel hoornstof bestaan. Aan de basis en zijkanten zijn de nagels ingebed in een huidplooi: de nagelwal. De nagel is voor het grootste gedeelte vergroeid met de hieronder gelegen laag: het nagelbed. De nagel groeit bij de nagelwortel vanuit het stratum basale. Van hieruit schuift de nagel over het nagelbed naar buiten. De top van de nagel is derhalve het oudste deel. Het begin van de nagelplaat, het jongste deel, vormt soms een zichtbaar half maantje (lunula), zoals bij de duimnagels. Dit gedeelte is witter doordat het nog onvoldoende verhoornd is en de onderliggende losse structuur van het bindweefsel daardoor zichtbaar is. Nagels vormen een goede bescherming van de uiteinden van vingers en tenen. Bovendien bevorderen ze het tastvermogen. Afbeelding 9.3 Lengtedoorsnede door een vingertop waarbij te zien is hoe de nagel is ingebed in de binnenste laag van de epidermis.

334

Fysiologie en anatomie niveau 5

9.3.3 zweetklieren Zweetklieren zijn buisvormige klieren die via de huidporie¨n uitmonden op het huidoppervlak. Ze bevinden zich in de dermis en soms in de subcutis. Er zijn twee soorten zweetklieren te onderscheiden: – eccriene zweetklieren (kleine zweetklieren); zweetklieren, die over het gehele lichaam verspreid voorkomen, met name in de hoofdhuid, handpalmen en voetzolen. Het zijn buisvormige klieren, die via porie¨n in de huid uitmonden aan het lichaamsoppervlak. Zij scheiden een waterige vloeistof af die onder andere keukenzout, ureum, melkzuur en ammonia bevat. Deze zweetklieren spelen een belangrijke rol in de regulatie van de lichaamstemperatuur. Ook bij nervositeit worden deze zweetklieren aangezet tot productie; – apocriene zweetklieren (grote zweetklieren of geurklieren); deze ontwikkelen zich pas na de puberteit en zijn sterk gekronkeld en liggen diep in de huid. Ze komen uitsluitend voor op plaatsen waar haargroei optreedt zoals in de oksels, rondom de anus en de geslachtsorganen en rondom de tepels. Ze staan dan ook in verbinding met de haarzakjes. Het product van de zweetklieren is reukloos, maar door ontbinding van de opgeloste stoffen in het apocriene zweet door bacterie¨n, die op de huid leven, ontstaat de karakteristieke zweetlucht. Deze bacterie¨n komen vooral voor in de oksels. Vrouwen hebben ongeveer tweemaal zo veel geurklieren als mannen. Er bestaat een fysiologische variatie in de activiteit van de apocriene klieren tijdens de menstruatie en de zwangerschap. Deze variatie wordt waarschijnlijk bepaald door de geslachtshormonen. Mensen van het mongolide ras hebben een zwak en die van het negroı¨de ras een sterk ontwikkeld apocrien zweetklierapparaat. De productie van zweet vertoont grote overeenkomsten van die van de urine in de nieren (zie hoofdstuk 5). In de zweetklier zelf vindt filtratie plaats. Het filtraat heeft dezelfde samenstelling als bloedplasma, met uitzondering van eiwitten. In de afvoerbuis wordt het grootste deel van de nuttige stoffen teruggeresorbeerd, zodat het zweet, dat het lichaamsoppervlak bereikt, voornamelijk bestaat uit water met afvalstoffen. De resorptie van zout staat onder controle van het hormoon aldosteron (zie hoofdstuk 7). Bij excessief zweten dreigt de natriumconcentratie in het bloed te dalen. Het lichaam reageert hierop met een verhoogde afgifte van aldosteron, waardoor er meer natrium uit de afvoerbuis van de zweetklier (en in de nieren) wordt teruggeresorbeerd. Als gevolg daarvan verliest het lichaam steeds minder zout. Het sympathische zenuwstelsel verzorgt voor een groot deel de activiteit van de zweetklier. De sympathicus kan langs verschillende wegen prikkels ontvangen, wat leidt tot zweetproductie op verschillende locaties. – Prikkels van de frontale hersenschors (psychisch) leidt tot zweetproductie in de huid van de handpalmen, voetzolen, oksels en het

9

Huid en thermoregulatie

voorhoofd. Het zweten dat optreedt bij flauwvallen, braken en hypoglykemie vertoont hetzelfde patroon. – Prikkels van het temperatuurregulatiecentrum in de hypothalamus stimuleert de zweetproductie over de gehele huid maar soms meer in de oksels. Nachtzweten (bijv. bij de ziekte van Hodgkin) en zweten bij alcoholintoxicatie vertonen hetzelfde patroon. – Prikkels van de smaakpapillen (gustatoir) stimuleren vooral de zweetklieren verspreid over het gezicht en de behaarde hoofdhuid. – Hormonale prikkels zoals bij een hyperfunctie van de schildklier, corticosteroı¨dengebruik en bij hypoglykemie leiden ook tot zweetproductie. 9.3.4 talgklieren Talgklieren zijn trosvormige klieren die zich in de dermis bevinden. Ze monden meestal uit in de haarzakjes. Ze scheiden talg af dat de huid en haren vettig en soepel houdt; hierdoor wordt de huid beschermd tegen uitdroging en het binnendringen van micro-organismen. De productie van de talgklieren wordt beı¨nvloed door hormonen. Door testosteron neemt het aantal talgklieren en de grootte ervan toe. In de puberteit nemen de klieren sterk in grootte toe. Oestrogenen werken remmend op de talgklieren. 9.3.5 cerumenklieren Cerumenklieren zijn smeerklieren in de gehoorgang. Het cerumen (oorsmeer) houdt de huid van de gehoorgang en het trommelvlies vettig en soepel. Het cerumen is waterafstotend, wat van belang is voor het goed kunnen horen. 9.3.6 mammae Mammae (afb. 9.4) zijn borstklieren. Dit zijn voorbeelden van organen die bij beide geslachten in aanleg aanwezig zijn, maar bij de vrouw wel en bij de man niet tot volle ontwikkeling komen. De mammae ontstaan uit de melklijsten. Dit zijn verdikkingen van de epidermis in het embryo, die zich aan beide zijden uitstrekken vanaf de oksel tot de lies. Meestal ontwikkelt zich bij de mens beiderzijds e´e´n mamma uit de melklijst. Soms blijven ook andere delen van de melklijst bestaan. Dit kan leiden tot extra tepels (polythelie) en of extra mammae (polymastie). Wanneer de mammae uitgegroeid zijn, bestaat slechts een klein gedeelte uit borstklierweefsel. Het grootste gedeelte van de mammae bestaat uit steunweefsel, namelijk vetweefsel en bindweefsel. Het klierweefsel bestaat uit ongeveer twintig kwabjes, elk bestaande uit de eindvertakkingen van de melkgangen met glad spierweefsel, die uitmonden op de top van de tepel. Het gladde spierweefsel van de melkgangen en de kringspier van de tepel kunnen onder invloed van neurale en hormonale prikkels samentrekken. Rondom de tepel bevindt zich de tepelhof (aureola mammae). Dit is een twee tot zes cm wijde, ronde, gepigmenteerde huidzone met kleine oneffenheden. Deze worden veroorzaakt door de in de tepelhof gelegen talgklieren (montgomeryklieren).

335

336

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 9.4 Lengtedoorsnede van een borstklier. Links: borst van een niet zwangere, niet-zogende vrouw. Rechts: borst in de zoogperiode. Pas in de zwangerschap ontwikkelt het klierweefsel zich sterk.

De grootte van de borsten wordt voornamelijk bepaald door de hoeveelheid vetweefsel. Tijdens een zwangerschap is het buizensysteem van het klierweefsel sterk uitgebreid en neemt het aantal cellen sterk toe. Dit gebeurt onder invloed van hormonen. Na de geboorte van het kind komt de melkproductie op gang onder invloed van het hormoon prolactine dat door de adenohypofyse wordt geproduceerd en afgescheiden (par. 7.2.2). De melkafgifte of melkejectie (het ‘toeschieten’ van de melk) geschiedt onder invloed van het hormoon oxytocine dat afkomstig is uit de neurohypofyse (par. 7.2.1). De productie ervan vindt overigens plaats in de hypothalamus, van waaruit het wordt vervoerd naar de neurohypofyse. Het hormoon oxytocine brengt het gladde spierweefsel van de melkgangen tot contractie. De afgifte van prolactine en oxytocine wordt gestimuleerd door de prikkeling van de tepel tijdens het zogen. 9.4

Lichaamstemperatuur

Bij de mens is de gemiddelde inwendige lichaamstemperatuur ongeveer 37 8C. De organen zijn hierop ingesteld. Zo hebben vele enzymen hun optimale werking bij 37 8C. Bij deze temperatuur verlopen de chemische reacties in het lichaam veel sneller dan bij lagere temperaturen. Het voordeel van een hogere lichaamstemperatuur heeft voor het menselijk lichaam als consequentie dat deze lichaamstemperatuur binnen nauwe grenzen moet worden gehandhaafd. Een afwijking van enkele graden naar boven of naar beneden brengt het organisme reeds in gevaar. In het lichaam bestaan plaatselijke verschillen in temperatuur; dit is afhankelijk van de plaatselijke stofwisselingsactiviteiten en van de mate van doorbloeding.

9

Huid en thermoregulatie

337

9.4.1 kern- en schiltemperatuur De kerntemperatuur is de temperatuur van borst-, buik- en schedelholte. Deze ligt meestal tussen 36,5 8C en 37,5 8C. De kerntemperatuur kan bij zware lichamelijke inspanning tijdelijk oplopen tot bijna 40 8C. De temperatuur van de huid wordt schiltemperatuur genoemd. Deze is niet overal gelijk: op de borst- en buikwand benadert deze nog het meest de kerntemperatuur, terwijl hij daar op de voeten wel 10 graden onder kan liggen. De schiltemperatuur wordt natuurlijk ook veel meer dan de kerntemperatuur beı¨nvloed door de temperatuur van de omgeving (afb. 9.5). Afbeelding 9.5 Schematische voorstelling van de kern- en schiltemperatuur bij een lage (a) en een hoge omgevingstemperatuur of bij lichamelijke inspanning (b).

Het verschil in temperatuur tussen de kern- en schiltemperatuur heet de deltatemperatuur. Dit kan een belangrijke parameter zijn in de beoordeling van de huiddoorbloeding. Onder fysiologische omstandigheden is de deltatemperatuur ongeveer 8-9 8C. Indien de hoogte van de deltatemperatuur toeneemt, kan worden aangenomen dat de huiddoorbloeding is verminderd. Dit kan bijvoorbeeld een reactie zijn op shock, waarbij er herverdeling van het bloed ten gunste van de centrale organen plaatsvindt. Een rectale temperatuurmeting geeft een betere indicatie van de kerntemperatuur dan metingen in de oksel of onder de tong. Bij een auriculaire meting (in de gehoorgang) wordt de kerntemperatuur bepaald aan de hand van de infrarode straling, die door het trommelvlies wordt afgegeven. Deze meting heeft grote praktische voordelen. De betrouwbaarheid is echter kleiner dan die van een rectale meting. 9.4.2 fysiologische processen Er komen niet alleen plaatselijke verschillen voor in de lichaamstemperatuur maar ook verschillen bij fysiologische processen zoals: – bij lichamelijke inspanning wordt de lichaamstemperatuur hoger; – ’s morgens bij het ontwaken is de lichaamstemperatuur het laagst, terwijl in de namiddag de temperatuur het hoogst is. In de loop van de dag loopt de temperatuur geleidelijk op. Het verschil bedraagt

338

Fysiologie en anatomie niveau 5

meestal niet meer dan 1 8C, maar het kan wel tot 2 8C oplopen zonder dat het gevaar betekent voor het goed functioneren van het lichaam; – bij de vrouw komen verschillen in lichaamstemperatuur voor die samenhangen met de cyclus van de menstruatie. Na de menstruatie is de lichaamstemperatuur ongeveer 0,5 8C lager dan tijdens de ovulatie. 9.5

Thermoregulatie

Zoals reeds vermeld is kunnen afwijkingen van de lichaamstemperatuur gevaarlijk zijn voor de gezondheid. De lichaamstemperatuur kan te hoog worden als de warmteproductie toeneemt en de hoeveelheid afgestane warmte niet onmiddellijk in dezelfde mate toeneemt. Dit vindt met name plaats bij het begin van een lichamelijke inspanning. Ook kan de lichaamstemperatuur te hoog worden als de warmteafgifte geheel of gedeeltelijk wordt belemmerd door uitwendige omstandigheden, bijvoorbeeld door een warme, vochtige omgeving. In het menselijk lichaam moet het evenwicht tussen warmteproductie en warmteafgifte gehandhaafd blijven (thermobalans). Afwijkingen van de normale lichaamstemperatuur dienen zo veel mogelijk te worden beperkt. Als de lichaamstemperatuur hoger wordt of dreigt te worden, zal getracht worden deze verhoging door middel van een regulatiemechanisme tegen te gaan door de warmteafgifte te verhogen. Dit kan plaatsvinden door een vasodilatatie in de huid en in de slijmvliezen van de bovenste luchtwegen en door het stimuleren van de afscheiding door de zweetkliertjes. Als de lichaamstemperatuur lager wordt of dreigt lager te worden zal door vasoconstrictie in de huid getracht worden de warmteafgifte zo veel mogelijk te beperken. 9.5.1 thermosensoren Thermosensoren (par. 8.1.2) zijn zintuigcellen die gevoelig zijn voor temperatuurveranderingen. Hiertoe behoren de warmte- en koudezintuigen in de huid. De warmtezintuigen worden geprikkeld bij verwarming van de huid waardoor reflectorisch via het thermoregulatiecentrum in de hypothalamus vasodilatatie optreedt. De koudezintuigen worden geprikkeld bij afkoeling van de huid waardoor reflectorisch vasoconstrictie optreedt. Vanuit de warmte- en koudezintuigen in de huid wordt via zenuwbanen het centrale zenuwstelsel geı¨nformeerd. Dit gebeurt via deze zenuwbanen veel sneller dan via de bloedbaan. Er zijn ook centrale thermosensoren; ze zijn gelegen in het voorste gedeelte van de hypothalamus (onderdeel van het diencephalon) waardoor ook de bloedtemperatuur invloed heeft op de thermoregulatie. De centrale thermosensoren registreren de kerntemperatuur, de perifere warmte- en koudesensoren registreren de schiltemperatuur. Het achterste gedeelte van de hypothalamus fungeert als schakelstation naar de hersenstam en het ruggenmerg voor de efferente (afvoerende) zenuwbanen naar de zweetklieren en de spieren.

9

Huid en thermoregulatie

339

9.5.2 warmteafgifte De warmteafgifte wordt veroorzaakt door fysische processen, namelijk door straling, geleiding, stroming en verdamping van water aan het lichaamsoppervlak (afb. 9.6). Afbeelding 9.6 Schema van het warmtetransport.

Straling Bij straling of radiatie geven warmere lichamen warmte af aan koudere lichamen, waarbij de stralingsrichting meestal van de huid af is. Bij aanwezigheid van de zon of een heet voorwerp is dit omgekeerd en neemt de huid warmte op. De hoeveelheid afgegeven of opgenomen warmte hangt samen met de grootte van het lichaamsoppervlak en van het temperatuurverschil tussen de huid en de omgeving. Geleiding Passief warmtetransport in het lichaam vindt plaats via geleiding of conductie: warmte wordt in de vorm van botsingen van moleculen afgestaan aan de omgeving, die kouder is. Ook hierbij is de hoeveelheid warmte die per tijdseenheid wordt afgestaan afhankelijk van de grootte van het huidoppervlak en het temperatuurverschil tussen de huid en de omringende stof. Stroming Rondom het lichaam bevindt zich een isolerende laag die de lichaamstemperatuur aanneemt. De dikte van deze laag is sterk afhankelijk van de stroming van het omringende medium en van de warmtecapaciteit (warmte-opnemend vermogen) hiervan. Zo wordt de gevoelstemperatuur bepaald door de windkracht, omdat de isolerende luchtlaag bij harde wind snel wordt afgevoerd. Water heeft een veel grotere warmtecapaciteit dan lucht. Daarom overlijdt iemand in water van 78 C binnen enkele uren en kan men in lucht van dezelfde temperatuur nog lang in leven blijven. Bij de ademhaling wordt door

340

Fysiologie en anatomie niveau 5

de slijmvliezen van de luchtwegen door geleiding en stroming warmte afgegeven als de temperatuur van de ingeademde lucht lager is dan 37 8C. Verdamping Als de warmteafgifte door straling, geleiding of stroming niet voldoende is, wordt de verdamping belangrijk. Door middel van de zweetsecretie kan het menselijk lichaam verdampingswarmte onttrekken aan de huid. Hierdoor kan het hogere temperaturen van de omgeving verdragen. Het is hierbij wel noodzakelijk, dat het zweet daadwerkelijk verdampt. Wanneer de omgeving een hoge vochtigheidsgraad heeft wordt verdamping moeilijk of onmogelijk. Een patie¨nt die kletsnat is van het zweet koelt waarschijnlijk slecht af omdat het zweet op de huid blijft liggen en niet verdampt. In de woestijn heeft men door de lage luchtvochtigheid juist een droge huid en draagt verdamping voor een groot deel bij aan de warmteafgifte. Onder standaard omstandigheden wordt de meeste warmte afgegeven door straling (ongeveer 60%). Daarop berust het gebruik van met metaal beklede folie bij slachtoffers. Deze folie weerkaatst namelijk de straling, die het lichaam afgeeft. Het effect van de folie is veel geringer bij een verkeersslachtoffer, die op een natte straat ligt. De dunne folie heeft weinig effect op warmteverlies door geleiding naar de natte straat. Het zal duidelijk zijn dat zowel de kleding als het onderhuidse vetweefsel invloed hebben op de thermoregulatie. Het onderhuidse vetweefsel belemmert het passieve warmtetransport van het inwendige van de mens naar de huid. De kleding belemmert het warmtetransport van het huidoppervlak naar de omgeving. Hierbij is de aard van de kleding belangrijk voor het al of niet goed beschermen tegen de koude. Zo heeft wollen kleding door het handhaven van een luchtlaag een goede isolerende werking. Fysiologische thermoregulatie De fysiologische thermoregulatie komt vooral tot uiting bij de regeling van de huidvaten en de zweetklieren. Bij een ongekleed menselijk lichaam in rust in een omgeving van 30 8C kan de vrijkomende warmte gemakkelijk aan de omgeving worden afgestaan. Bij een geringe daling van de temperatuur van de omgeving treedt een vasoconstrictie in de huid op. Door een vermindering van de doorbloeding in de huid wordt minder warmte aan de huid afgegeven. De temperatuur van de huid wordt lager waardoor tevens de warmteafgifte door straling en geleiding wordt tegengegaan. Bij een geringe stijging van de omgevingstemperatuur treedt een vasodilatatie op waardoor meer warmte aan de omgeving wordt afgestaan. Wanneer de temperatuur van de omgeving flink toeneemt wordt, hoewel er een sterke vasodilatatie in de huid optreedt, het verschil in temperatuur tussen het huidoppervlak en de omgeving zo klein dat de

9

Huid en thermoregulatie

warmteafgifte door straling en geleiding onvoldoende is. Bij temperaturen boven de 30 8C zal dan ook de zweetsecretie worden gestimuleerd (afb. 9.7). Als de temperatuur van de omgeving hoger is dan die van de huid kan de warmteafgifte uitsluitend plaatsvinden door verdamping. Wanneer de luchtvochtigheid dan ook nog 100% is, heeft de mens geen middelen meer om zijn warmte kwijt te raken.

Afbeelding 9.7 Schema van de temperatuurregeling met behulp van de koude- en warmtezintuigen.

9.5.3 warmteproductie Als de warmteafgifte groter is dan de warmteproductie moet deze laatste worden opgevoerd. Dit vindt plaats door het stimuleren van de stofwisselingsprocessen. De spieren zijn de belangrijkste warmteleveranciers. Bij het uitvoeren van bewegingen door de spieren komt vaak veel warmte vrij. In rust en in een koude omgeving is de spierstofwisseling belangrijk als warmtebron. Als de lichaamstemperatuur daalt, stimuleert het warmteregulerend centrum in de hypothalamus enkele activiteiten. De warmteproductie op verschillende wijzen worden opgevoerd (afb. 9.7): – verhoogde activiteit van het sympathische zenuwstelsel, waardoor het katabolisme wordt gestimuleerd; de afscheiding van adrenaline door het bijniermerg wordt verhoogd. Ook de glucagonproductie

341

342

Fysiologie en anatomie niveau 5

in het pancreas neemt toe. Zo wordt de omzetting van glycogeen tot glucose bevorderd. Zoals eerder beschreven beperkt het sympathische zenuwstelsel ook de warmteafgifte door een activering van de formatio reticularis (in de hersenstam), die als een soort alarmcentrale fungeert. Hierdoor worden centra gestimuleerd die de spiertonus verhogen, wat tot een verhoging van de warmteproductie leidt; – reacties, zoals rillen en klappertanden, die zorgen voor een verhoging van de warmteproductie; deze reacties kunnen ook gedeeltelijk reflectorisch ontstaan vanuit de koudezintuigen in de huid; – uitvoeren van willekeurige spierbewegingen; het zich bewust zijn van koude zet de mens vaak aan tot het stampen met de voeten en het over elkaar slaan van de armen; – verhoging van de schildklieractiviteit; de afscheiding van TSH (thyroı¨dstimulerend hormoon) door de adenohypofyse wordt vanuit de hypothalamus gestimuleerd. De invloed hiervan op de stofwisseling is vooral van betekenis bij de aanpassing aan zeer lage temperaturen. 9.5.4 koorts Bij koorts wordt de warmteproductie opgevoerd en de warmteafgifte geremd. Men spreekt van koorts als de verhoogde lichaamstemperatuur (hoger dan 38 8C) gepaard gaat met algemene afweerreacties van het lichaam. Koorts kan bij allerlei ziekten voorkomen, vooral bij infecties, maar ook bij velerlei andere ontstekingsprocessen en bij weefselverval (bij myocardinfarct, sommige maligne tumoren). Koorts ontstaat als het thermoregulatiecentrum in de hypothalamus invloed ondervindt van in het bloed aanwezige pyrogene (koortsverwekkende) stoffen. Dit zijn bijvoorbeeld giftige stoffen afkomstig van uiteenvallende leukocyten (met name granulocyten) of restanten van dode micro-organismen (endotoxinen). Deze pyrogene stoffen verhogen de instelwaarde van het thermoregulatiecentrum in de hypothalamus naar bijvoorbeeld 40 8C. Omdat de kerntemperatuur dan nog 37 8C is ervaart de patie¨nt dit alsof hij onderkoeld is. Daardoor zullen alle hierboven beschreven reacties optreden (vasoconstrictie in de huid, klappertanden, rillen, versterking van het katabolisme etc.). Pas wanneer de kerntemperatuur gelijk is aan de nieuwe instelwaarde van 40 8C is de patie¨nt in thermisch evenwicht. (Dit proces is te vergelijken met het hoger instellen van de thermostaat van de centrale verwarming. De temperatuur in de kamer is niet direct verhoogd, nadat men aan de knop heeft gedraaid. Eerst moet de ketel een tijdje branden.) Wanneer de koorts wijkt daalt eerst de instelwaarde van het warmtecentrum. Het lichaam is dan nog op 40 8C en dus oververhit. De patie¨nt ligt met een rood hoofd en zwetend in bed totdat de lichaamstemperatuur weer de normale waarde van 37 8C heeft bereikt.

10

Voedsel en spijsvertering

De mens moet ervoor zorgen dat hij voldoende voedingsstoffen opneemt, vocht inbegrepen. De meeste voedingsstoffen worden eerst verteerd alvorens ze vanuit het darmkanaal in het bloed kunnen worden opgenomen. Het spijsverteringskanaal produceert daarvoor de benodigde stoffen om de vertering te kunnen uitvoeren. De spijsverteringsprocessen kunnen pas goed begrepen worden nadat er inzicht is verkregen in de bouw van de verschillende voedingsstoffen. Daarom wordt in dit hoofdstuk eerst aandacht besteed aan voedingsstoffen. 10.1

Voedsel en stofwisseling

In alle levende organismen en dus ook in het menselijk lichaam moeten voortdurend allerlei stoffen worden omgezet: opgebouwd en afgebroken. Het totaal van de chemische reacties die voor deze omzettingen zorgen, wordt stofwisseling of metabolisme genoemd. Bij de stofwisseling wordt anabolisme (opbouwstofwisseling) en katabolisme (afbraakstofwisseling) onderscheiden. Bij het katabolisme wordt energie vrijgemaakt, bijvoorbeeld bij de verbranding van glucose tot koolstofdioxide en water. Deze energie kan bijvoorbeeld worden benut voor spieractiviteit of hersenactiviteit (impulsvorming en impulsgeleiding). Ook kunnen de energie en sommige tussenproducten van het katabolisme worden gebruikt voor het anabolisme. Een voorbeeld is de opbouw van lichaamseiwitten. De benodigde aminozuren komen vrij bij de vertering van eiwit uit het voedsel; het katabolisme levert eveneens de benodigde chemische energie voor de opbouw van de eiwitten. Voor een goede stofwisseling is afstemming tussen spijsvertering, ademhaling, circulatie en excretie een voorwaarde. De stofwisseling op celniveau wordt celmetabolisme genoemd en is besproken in hoofdstuk 1 (par. 1.5). 10.1.1 voedsel en energie De moleculen, waaruit de brandstoffen uit ons voedsel zijn opgebouwd, zijn over het algemeen te groot om direct in bloed of lymfe opgenomen te worden. De spijsverteringsenzymen splitsen deze moleculen daarom eerst in kleinere moleculen. Uit koolhydraten ontstaan zo monosachariden, uit eiwitten ontstaan aminozuren en uit vetten vetzuren en glycerol. Na transport via bloed en lymfe worden deze tussenproducten in de

C.A. Bastiaanssen et al., Fysiologie en anatomie, DOI 10.1007/978-90-313-8098-5_10, © Bohn Stafleu van Loghum, 2007

344

Fysiologie en anatomie niveau 5

cel opgenomen, waarbij de uiteindelijke verbranding (= reactie met zuurstof) plaatsvindt. Deze verbranding in de levende cellen wordt biologische oxidatie genoemd. De energie die bij verbranding vrijkomt wordt uitgedrukt in joule (J). Vroeger werd uitsluitend de eenheid calorie (cal) gebruikt (1 cal = 4,184 J; 1 kcal = 4,184 kJ). Afhankelijk van geslacht, leeftijd, gewicht en lichamelijke beweging varieert bij de mens de totale behoefte van ongeveer 7 500 – 12 500 kJ per etmaal. Een groot gedeelte hiervan, ongeveer 7 000 kJ, is nodig voor het zogenaamde basaalmetabolisme of de grondstofwisseling. Hieronder wordt verstaan de stofwisseling ‘in rust’ (zie par. 7.3.2). Omdat in koolhydraten al verbindingen met zuurstof voorkomen levert hun verbranding de minste energie 17 kJ (= 4 kcal) per gram. In de verbranding van eiwit moet het lichaam zelf ook veel energie investeren. Hoewel in eiwitten minder zuurstofbindingen voorkomen dan in koolhydraten, levert de verbranding van eiwitten ook ongeveer 17 kJ per gram op. Vetten hebben de hoogste energetische waarde. Een gram vet levert bij verbranding 38 kJ (= 9 kcal). In Nederland wordt gemiddeld 37% van de dagelijkse energie-inname in de vorm van vetzuren ingenomen, zoals aanwezig in vetten en olie¨n, terwijl koolhydraten en eiwitten respectievelijk 45% en 15% aan de energieinname bijdragen. Omdat vet de grootste energie-inhoud heeft is het erg zinvol dat ons lichaam de overtollige energie hoofdzakelijk opslaat in de vorm van vet. We zouden namelijk nog zwaarder worden wanneer de opslag zou plaatsvinden in de vorm van koolhydraten of eiwitten, voornamelijk omdat deze stoffen ook nog eens hun eigen gewicht aan water binden. 10.1.2 enzymen In levende organismen vindt bij een gematigde temperatuur een groot aantal chemische reacties plaats, die buiten deze organismen zeer onwaarschijnlijk zijn. Dit kan worden verklaard door de aanwezigheid van enzymen of biokatalysatoren. Een voorbeeld is de reactie tussen koolstofdioxide en water (par. 4.4.2). Deze reactie verloopt in vitro, dat wil zeggen buiten het lichaam, buitengewoon langzaam. In een glas bier zijn beide stoffen (koolstofdioxide en water) in ruime mate aanwezig. Toch ontstaat hier (gelukkig) geen koolzuur (H2CO3). In een erytrocyt gebeurt dit wel dankzij de aanwezigheid van het enzym koolzuuranhydrase. Alle katalysatoren, en daarmee ook de enzymen, hebben de eigenschap, dat zij een chemische reactie versnellen en dat zij onveranderd uit de reactie komen. Daarom kan een klein beetje katalysator grote hoeveelheden stof doen omzetten. Naast de algemene eigenschappen hebben enzymen nog een paar bijzondere kenmerken: – enzymen zijn altijd eiwitten; veel enzymen blijken behalve een eiwitgedeelte ook nog een niet-eiwitgedeelte te bevatten. Het nieteiwitgedeelte wordt co-enzym genoemd. Pas wanneer het co-enzym aan het eiwitgedeelte is gekoppeld kan het enzym als geheel

10

Voedsel en spijsvertering

functioneren. Van de meeste vitaminen is bekend dat het co-enzymen zijn, hetgeen verklaart waarom we per dag slechts geringe hoeveelheden vitaminen hoeven op te nemen; – enzymen zijn specifiek; hiermee wordt bedoeld dat ieder enzym slechts e´e´n bepaalde reactie kan beı¨nvloeden. Zo kan het enzym amylase slechts zetmeel (amylum) splitsen, het enzym sacharase (sucrase) slechts sacharose (sucrose, riet- of bietsuiker), terwijl het enzym pepsine slechts in staat is om eiwitten te splitsen. De werking van een enzym is te vergelijken met een slot-sleutelmechanisme. Op iedere stof (slot) past slechts e´e´n bepaald enzym (afb. 10.1). De stof die wordt omgezet wordt substraat genoemd, de bindingsplaats op het enzym wordt actief centrum (‘active site’) genoemd. Na binding van het substraat aan het actieve centrum ontstaat er een enzymsubstraatcomplex, waarna het substraat wordt omgezet en het enzym onveranderd tevoorschijn komt. Veel medicijnen werken doordat zij zich ook aan het actieve centrum van een enzym binden. Er ontstaat een competitie tussen medicijn en substraat. Het effect van het medicijn is afhankelijk van de verhouding van de concentraties substraat en medicijn (‘competitieve remming’); – de activiteit van de enzymen is afhankelijk van de temperatuur; bij hogere temperatuur neemt de activiteit toe. Er is een bepaalde temperatuur waarbij de activiteit het hoogst (optimaal) is. Deze temperatuur wordt het optimum genoemd. Voor veel enzymen in het menselijk lichaam ligt dit temperatuuroptimum ongeveer bij 40 8C; bij koorts verlopen de meeste reacties sneller dan bij een normale lichaamstemperatuur. Bij temperaturen boven de 40 8C gaan de enzymen snel kapot; – de activiteit van de enzymen is afhankelijk van de pH (zie hoofdstuk 1). De pH in het spijsverteringskanaal varieert heel sterk. In de mondholte bedraagt de pH ongeveer 7, terwijl in de maag door de aanwezigheid van maagzuur de pH ongeveer 2 bedraagt. In de dunne darm is de pH van de darminhoud 7-8 door de neutraliserende werking van de stof NaHCO3 (natriumbicarbonaat) uit het pancreassap. De enzymen in het spijsverteringskanaal zijn aan deze omstandigheden aangepast doordat ze een pH-optimum hebben dat ongeveer gelijk is aan de pH van het milieu waarin ze werkzaam zijn. Zo heeft het enzym amylase uit het speeksel een pH-optimum van 7, terwijl het enzym pepsine, dat in de maag werkzaam is, optimaal werkt bij een pH van 1,5-2. Het enzym lipase, afkomstig uit het pancreas en werkzaam in de dunne darm, heeft een pH-optimum van 7-8. De pH van het bloed is echter vrij constant, gemiddeld 7,4 met slechts een geringe variatie van 7,35 tot 7,45, zodat enzymen, die in het bloed werkzaam zijn, alleen bij deze pH functioneren. 10.1.3 nucleı¨ nezuren Met de voeding komen ook grote hoeveelheden nucleı¨nezuren (DNA, RNA zie hoofdstuk 13) ons lichaam binnen. Het zijn macromoleculen die ook verteerd moeten worden tot de bouwstenen, de nucleotiden,

345

346

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 10.1 Schema van de enzymwerking. S = substraat; E = enzym; P1 en P2 = eindproducten.

om vervolgens vanuit de dunne darm opgenomen te worden in het bloed. De benodigde enzymen voor de vertering hiervan worden nucleasen genoemd, die zich bevinden in het pancreassap (zie par. 10.16.2). In het menselijk lichaam vinden voortdurend celdelingen plaats waarbij per celdeling enkele miljarden nucleotiden vereist zijn. Bij de afbraak van nucleı¨nezuren ontstaan onder andere purinederivaten. Uit de afbraak van purinen ontstaat urinezuur dat wordt uitgescheiden met de urine. Bij een verminderde excretie van urinezuur of door een overproductie van urinezuur kan hyperurikemie optreden. Een overproductie van urinezuur kan het geval zijn wanneer er veel cellen worden afgebroken (bij leukemie en chemotherapie bij maligne tumoren) en bij consumptie van kernrijk voedsel zoals vlees, vooral orgaanvlees (lever, zwezerik, nieren). Tijdens hyperurikemie kunnen zich uraatkristallen (kristallen van zouten van urinezuur) afzetten in de nieren en urinewegen, maar ook in gewrichten en weke delen. Dit laatste staat bekend als jicht. De kristalafzetting treedt vooral op in de gewrichten van de grote teen. 10.2

Noodzakelijke voedingsstoffen

De belangrijkste bouwstoffen voor het menselijk lichaam zijn water, mineralen en eiwitten. De bouwstoffen zijn vooral belangrijk voor de groei. Tijdens de groei moeten er nieuwe cellen en tussencelstof (bij steunweefsels) worden geproduceerd. Gedurende de groeiperiode zal door de toename in gewicht en omvang het anabolisme sterker zijn dan het katabolisme. De bouwstoffen dienen, behalve voor de groei, ook voor de synthese van nieuwe cellen ter vervanging van afgestorven cellen. In het menselijk lichaam worden er per seconde ongeveer 2,5 miljoen erytrocyten (rode bloedcellen) afgebroken, die in dezelfde tijd ook moeten worden aangemaakt om anemie (bloedarmoede) te voorkomen. Ook na een periode van voedselgebrek, uitdroging of ziekte moeten er vele cellen worden bijgemaakt. Bij voedselgebrek en dergelijke omstandigheden overheersen de katabole reacties, zodat dergelijke toestanden nooit lang achtereen kunnen voortduren. Naast de bovengenoemde bouwstoffen bevat het voedsel koolhydraten, eiwitten en vetten als energieleveranciers. De Gezondheidsraad, een adviescollege van de regering, geeft in Nederland per voedingsstof aanbevelingen voor de hoeveelheid die dagelijks nodig is (ADH, aanbevolen dagelijkse hoeveelheid). Om de ADH vast te stellen, is gekeken naar de hoeveelheid die nodig is om ziekte door tekorten te

10

Voedsel en spijsvertering

voorkomen en de stofwisseling optimaal te laten verlopen. Ook is rekening gehouden met de benutting van de aangeboden voedingsstoffen door het lichaam, de aanleg van reserves en verliezen met urine, ontlasting en transpiratievocht. Een evenwichtig samengestelde voeding bevat ruimschoots voldoende van alle benodigde voedingsstoffen. Daarbij horen uiteraard ook de vitaminen die worden besproken in paragraaf 10.8. Informatie over evenwichtig samengestelde voeding is te vinden bij de Stichting Voedingscentrum Nederland. 10.3

Koolhydraten

De koolhydraten (sachariden, suikers) worden ingedeeld in monosachariden, disachariden en polysachariden. 10.3.1 monosachariden De monosachariden, ook wel enkelvoudige suikers genoemd, hebben als molecuulformule C6H12O6. Enkele bekende voorbeelden zijn: glucose (druivensuiker), fructose (vruchtensuiker) en galactose, dat een bestanddeel is van lactose (melksuiker). Omdat monosachariden de enige suikers zijn die direct uit het spijsverteringskanaal kunnen worden opgenomen in het bloed, worden zij ook wel ‘snelle suikers’ genoemd. Enkele minuten na het eten van deze suikers begint de concentratie van glucose in het bloed al te stijgen. Van de monosachariden kan alleen glucose in alle lichaamscellen worden opgenomen. De andere monosachariden, zoals galactose, moeten eerst in de lever worden omgezet tot glucose.

Intermezzo 10.1 Galactosemie Patie¨nten met de klassieke vorm van galactosemie (zie ook hoofdstuk 13) missen het enzym voor de omzetting van galactose in glucose, met als gevolg dat het galactose zich in het bloed ophoopt. De ziekte, die alleen ontstaat als beide ouders drager zijn (zie par. 13.3.1), manifesteert zich enkele dagen na blootstelling aan lactose bevattende melk (borstvoeding/flesvoeding) door onder andere voedingsstoornissen en hypoglykemie. Wanneer de ziekte niet snel wordt onderkend, kan het kind binnen enkele dagen overlijden als gevolg van nier- of leverinsufficie¨ntie en/of sepsis. Wanneer men bij een kind deze ziekte vermoedt, wordt uit voorzorg alleen sojamelk gegeven. Een kenmerk bij een kind met galactosemie is ook dat het kind binnen enkele weken cataract (staar) ontwikkelt. Tegenwoordig is bij 80% van de kinderen binnen twee weken na de geboorte zekerheid over de diagnose. Galactosemie is opgenomen in het screeningsprogramma voor pasgeborenen (zie par. 13.4.2). Het verdere leven van de kinderen zal streng galactosebeperkt moeten zijn: geen melk of yoghurt en zeer weinig groente of fruit.

347

348

Fysiologie en anatomie niveau 5

10.3.2 disachariden De disachariden, ook wel ‘dubbele suikers’ genoemd, zijn ontstaan uit de samenvoeging van twee monosachariden onder afsplitsing van een molecuul water. De formule van disachariden luidt dan ook: C12H22O11. Er zijn drie bekende disachariden: – maltose (moutsuiker); ieder molecuul is opgebouwd uit twee moleculen glucose. Zoals hieronder beschreven ontstaat maltose vooral als tussenproduct bij de vertering van zetmeel; – sacharose (sucrose, rietsuiker, bietsuiker); deze stof wordt in het dagelijks leven suiker genoemd. Een molecuul sacharose is opgebouwd uit een molecuul glucose en een molecuul fructose; – lactose (melksuiker); deze disacharide komt veel voor in (moeder)melk (lac = melk). Ieder molecuul is opgebouwd uit een molecuul glucose en een molecuul galactose. Iedere disacharide wordt door zijn eigen specifieke enzym gesplitst. Zo wordt de melksuiker lactose door lactase in de darmwand gesplitst in glucose en galactose. Bij vrijwel alle zoogdieren verdwijnt dit enzym na de zoogperiode. Alleen bij ongeveer 85% van de mensen van de Europese rassen blijft dit enzym het gehele leven aanwezig. De meeste anderen worden lactose-intolerant. Suikermalabsorptie leidt tot een verhoging van de osmolariteit van de darminhoud. Hierdoor wordt water aangetrokken. Na het consumeren van lactose ontstaan buikkrampen, winderigheid en diarree. Lactose wordt aan talloze voedingsmiddelen en medicijnen toegevoegd als vulstof. Lactulose is een suiker die door geen enkel mens kan worden afgebroken omdat het enzym daarvoor ontbreekt. Deze sacharide verhoogt daarom de osmolariteit van de darminhoud. Het is een bestanddeel van veel laxantia. 10.3.3 polysachariden De polysachariden of samengestelde suikers bestaan uit moleculen die zijn opgebouwd uit een zeer groot aantal eenheden glucose. De molecuulformule luidt: (C6H10O5)n, waarbij n het aantal glucosemoleculen weergeeft waaruit het polysacharidemolecuul is opgebouwd. Het getal n kan zeer groot zijn (soms wel bijna 30.000). De belangrijkste polysachariden zijn: – zetmeel (= amylum); dit is de stof waarin de plant zijn reservevoedsel opslaat. Graanproducten, pasta’s en aardappelen zijn belangrijke zetmeelleveranciers. In de mondholte wordt zetmeel door het speekselenzym amylase in kleinere ketens gesplitst. Het amylase uit het pancreas vervolgt in het duodenum deze vertering, waarbij het eindproduct maltose ontstaat. Het enzym maltase in de darmwand splitst deze stof uiteindelijk tot glucose, dat in het bloed kan worden opgenomen; – glycogeen; deze stof, die veel op zetmeel lijkt, wordt aangetroffen in lever- en spiercellen. In deze cellen worden telkens veel moleculen glucose tot e´e´n molecuul glycogeen samengevoegd. Glycogeen is dan ook te beschouwen als de dierlijke opslagvorm van glucose. Wanneer het lichaam glucose nodig heeft wordt glycogeen omge-

10

Voedsel en spijsvertering

zet in glucose. Bij de vorming van glycogeen speelt het hormoon insuline (afkomstig uit de eilandjes van Langerhans in het pancreas) een belangrijke rol. Een groot aantal hormonen heeft een antagonistisch effect op insuline en stimuleren zo de omzetting van glycogeen in glucose. Voorbeelden zijn glucagon, adrenaline en cortisol (zie hoofdstuk 7); – cellulose (celstof ); dit is het hoofdbestanddeel van celwanden bij plantencellen (en als zodanig een belangrijk bestanddeel van bijvoorbeeld papier). Het lichaam van de mens beschikt (in tegenstelling van dat van herkauwers) niet over het enzym cellulase en is daarom niet in staat cellulose te verteren. De cellulosevezels veranderen door het maagzuur wel van vorm. Zij binden daarna in de dunne en dikke darm veel water en zorgen voor een gezonde darmpassage. Daarom is het van belang veel vezelrijk voedsel (bruinbrood, fruit en groenten) te eten. Laxeermiddelen als psylliumzaad (Metamucil1 en Volcolon1) bestaan ook grotendeels uit cellulosevezels. Bij patie¨nten die een maagresectie hebben ondergaan kunnen de cellulosevezels een ileus (belemmerde darmpassage) veroorzaken. Daarom moet bij deze patie¨nten bijvoorbeeld een sinaasappel eerst worden geperst en vervolgens worden gezeefd. Sommige polysachariden zijn niet alleen opgebouwd uit monosachariden. Mucopolysachariden zijn verbindingen bestaande uit een eiwit, een uronzuur (bijv. glucuronzuur) en een koolhydraat. Deze mucopolysachariden zijn een bestanddeel van bindweefsel, kraakbeen, vaatwand en cornea. Heparine, belangrijk bij hemostase (par. 2.1.9), is een voorbeeld van een mucopolysacharide. De koolhydraten (suikers) zijn de voornaamste energiebron voor de mens. Voor een overzicht van de verteringsprocessen van de koolhydraten wordt verwezen naar afbeelding 10.2. 10.4

Eiwitten

Eiwitten of proteı¨nen zijn moleculen die zijn opgebouwd uit een groot aantal aminozuren. Aminozuren bevatten de aminogroep (-NH2). Om die reden zijn eiwitten de belangrijkste stikstofbron voor de mens. Omdat normaliter bijna alle stikstof in het lichaam is ingebouwd in eiwitten, is de stikstofbalans een goede maat voor de eiwitbalans. Een positieve stikstofbalans van 3 tot 5 g per dag is wenselijk voor anabolisme en wondgenezing. De stikstofbalans kan berekend worden door de totale hoeveelheid stikstofinname op een dag (g/24 uur) te verminderen met de totale hoeveelheid uitgescheiden stikstof. De stikstofexcretie kan geschat worden door de hoeveelheid stikstof in 24-uursurine te meten (g/24 uur) en daar 2 g bij op te tellen. De correctiefactor van 2 g is om het gemiddelde stikstofverlies via huid en feces te verrekenen. De chemische binding tussen aminozuren wordt een peptidebinding genoemd. Een dipeptide is een stof waarvan de moleculen zijn opge-

349

350

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 10.2 Overzicht van de vertering en de resorptie van koolhydraten. De desbetreffende enzymen zijn in rood aangegeven.

bouwd uit twee aan elkaar gekoppelde aminozuren; bij een tripeptide zijn dat er drie. Wanneer er vele aminozuren aan elkaar gekoppeld zijn is er sprake van een polypeptide. Ieder eiwitmolecuul bestaat uit een of meer polypeptideketens. Zo bestaat het hormoon insuline uit twee polypeptideketens (zie hoofdstuk 7). 10.4.1 aminozuren Er bestaan ruim twintig verschillende aminozuren, waardoor er een zeer grote variatie in eiwitten mogelijk is. Niet alleen het aantal aminozuren in een eiwitmolecuul is bepalend, maar met name de volgorde waarin ze aan elkaar zijn gekoppeld. Deze volgorde wordt bepaald door de informatie op het DNA (zie hoofdstuk 13). Van de ruim twintig verschillende soorten aminozuren zijn er tien (voor volwassenen slechts acht) essentie¨le aminozuren, dat wil zeggen aminozuren die de mens zelf niet kan maken uit de overige aminozuren. De andere aminozuren worden de niet-essentie¨le aminozuren genoemd (tabel 10.1). Zij kunnen naar behoefte door het lichaam worden gemaakt door de aminogroep over te brengen van het ene molecuul naar het andere. De enzymen die dit katalyseren worden de transaminasen genoemd. Voor de essentie¨le aminozuren ontbreken deze enzymen. Zij moeten daarom per se met het voedsel worden opgenomen. Wanneer bij volwaardige eiwitten (eiwitten waarin alle essentie¨le aminozuren voorkomen) de essentie¨le aminozuren voorkomen in een verhouding die ongeveer overeenkomt met de behoefte van het menselijk lichaam, wordt gesproken van eiwitten met hoge biologische waarde. Hiertoe behoren vooral de dierlijke eiwitten. Bij eiwitten, zoals die bijvoorbeeld voorkomen in brood, peulvruchten en groenten, wijkt de verhouding van de essentie¨le aminozuren sterk af van die

10

351

Voedsel en spijsvertering

Tabel 10.1

Essentie¨le en niet-essentie¨le aminozuren.

essentie¨le aminozuren

niet-essentie¨le aminozuren

fenylalanine

alanine

isoleucine

arginine

leucine

asparaginezuur

lysine

cysteı¨ne

methionine

glycine

threonine

glutaminezuur

tryptofaan

hydroxyproline

valine

ornithine

cysteı¨ne (voor prematuren)

proline

histidine (voor zuigelingen)

serine tyrosine

in lichaamseiwitten. Dergelijke eiwitten hebben een lage biologische waarde. Dat wil echter niet zeggen dat bij vegetarie¨rs een eiwitondervoeding dreigt. Door plantaardige voedingsmiddelen te combineren kan het voedsel toch een volwaardige eiwitsamenstelling hebben. Zo vullen granen en peulvruchten elkaar prima aan. De aanbevolen hoeveelheid eiwit die een volwassene per dag moet eten wordt geschat op 0,8 gram per kilo lichaamsgewicht. In bijzondere omstandigheden (na een operatie, na radio- of chemotherapie, na een CVA of bij hoge koorts) kan de behoefte verdubbelen. De gemiddelde eiwitconsumptie in Nederland is ongeveer 100 g per dag, bijna twee maal de aanbevolen hoeveelheid. Overconsumptie van eiwit is onder andere geassocieerd met nierstenen en mogelijk atherosclerose. Bij een tekort aan eiwit in het voedsel, bij een gestoorde opname of bij eiwitverlies zullen er onvoldoende lichaamseigen eiwitten gemaakt kunnen worden. Dit uit zich allereerst in atrofie van spieren en oedemen door een verlaagde COD van het bloed (zie hoofdstuk 2). 10.4.2 eiwitvertering In afbeelding 10.3 is een schema weergegeven van de eiwitvertering. De splitsing begint in de maag. Zoutzuur ontvouwt de opgerolde polypeptideketens, zodat het enzym pepsine deze op specifieke plaatsen in kortere ketens kan knippen. In de dunne darm worden daarna proteı¨nasen, waaronder trypsine, uit het pancreas toegevoegd. Ieder van deze enzymen knipt op andere plaatsen in de polypeptideketens, zodat uiteindelijk losse aminozuren worden gevormd. Deze worden opgenomen in het bloed. In eerste instantie zal het lichaam deze aminozuren gebruiken om, zonodig na transaminering, lichaamseigen eiwitten te maken. Het overschot dient als energiebron. Evenals vetten en koolhydraten worden ook aminozuren verbrand tot koolstofdioxide en water. De aminogroepen van de overtollige aminozuren kunnen echter niet worden verbrand. Zij worden in de lever in een aantal stappen omgezet in ureum. Dit wordt door de nieren

352

Fysiologie en anatomie niveau 5

uitgescheiden. Bij patie¨nten met een leverfunctiestoornis kan de omzetting tot ureum verminderd zijn. Hierdoor kunnen allerlei tussenproducten, zoals aminen en ammoniak, in het bloed vrijkomen. Deze verbindingen zijn neurotoxisch waardoor de patie¨nt in een coma kan geraken (coma hepaticum).

Afbeelding 10.3 Overzicht van de vertering en de resorptie van eiwitten en vetten. De desbetreffende enzymen zijn in rood aangegeven.

10.5

Lipiden

Met lipiden worden de niet-wateroplosbare verbindingen in ons lichaam aangeduid. Hiertoe behoren onder andere triglyceriden, fosfolipiden en sterolen. 10.5.1 triglyceriden De vetten en olie¨n in ons voedsel hebben de chemische naam triglyceriden. Zij danken hun naam aan het feit, dat de moleculen zijn opgebouwd uit e´e´n molecuul glycerol en drie moleculen vetzuur. Bij onverzadigde vetzuren komt er op e´e´n (enkelvoudig onverzadigd) of meer (meervoudig onverzadigd) plaatsen in het vetzuurmolecuul een dubbele binding voor tussen twee naast elkaar liggende koolstofatomen. De plaats van deze binding wordt in de naam aangegeven;

10

Voedsel en spijsvertering

bijvoorbeeld omega-6 betekent een dubbele binding na het zesde koolstofatoom gerekend vanaf het einde (Grieks omega) van het molecuul. Van de vetzuren in ons voedsel is ongeveer 35% afkomstig van verzadigde vetzuren. Enkelvoudig en meervoudig onverzadigde vetzuren dragen bij voor respectievelijk 38% en 27%. Palmitinezuur en stearinezuur zijn de meest voorkomende verzadigde vetzuren in de voeding. De meest voorkomende enkelvoudig en meervoudig onverzadigde vetzuren zijn respectievelijk oliezuur en linolzuur. In het algemeen bevatten vetten, die vast zijn bij kamertemperatuur, veel verzadigde vetzuren; deze zijn meestal van dierlijke oorsprong. Vloeibare olie¨n zijn rijk aan onverzadigde vetzuren. Zij komen vooral voor in planten(zaden) en vis. Onverzadigde vetzuren spelen een rol bij de cholesterolhuishouding (zie par. 10.5.3). Naast de bovengenoemde vetzuren komen er in vetten ook nog vetzuren met middellange koolstofketens voor (mct = medium-chain triglycerides). Deze zijn vooral belangrijk voor patie¨nten met stoornissen in de vetresorptie omdat de desbetreffende vetzuren (met een ketenlengte van zes tot twaalf koolstofatomen) gemakkelijk worden geresorbeerd. De vetzuren met de korte koolstofketens (bijv. azijnzuur en boterzuur) bepalen samen met de mct’s vooral de geur en de smaak van levensmiddelen. Functie van triglyceriden De betekenis van de triglyceriden in ons lichaam is veelzijdig. Op de eerste plaats hebben ze een belangrijke functie als brandstof. De vetten hebben van alle voedingsstoffen de hoogste energetische waarde. De vetten kunnen in het lichaam worden opgeslagen als reserve-energiebron. In het onderhuidse bindweefsel (adipeus weefsel) bijvoorbeeld ligt veel depotvet opgeslagen. Overigens is dit vet vooral gevormd door omzetting van suikers uit ons voedsel: de meeste mensen worden niet dik door het eten van te veel vet, maar door te veel koolhydraten.

Intermezzo 10.2 Adipositas of obesitas Adipositas of obesitas (‘vetlijvigheid’) wordt in de westerse wereld een steeds groter gezondheidsprobleem. Overgewicht is een risicofactor voor het ontstaan van vele ziekten, zoals diabetes mellitus, bepaalde vormen van kanker en atherosclerose. Om de mate van adipositas vast te stellen wordt de BMI, de body-mass index (queteletindex), gebruikt. Deze is te berekenen uit het lichaamsgewicht, gedeeld door het kwadraat van de lichaamslengte. Bij een BMI van meer dan 25 is sprake van overgewicht, bij meer dan 30 van obesitas. Minstens zo belangrijk is de plaats waar het lichaamsvet is opgeslagen. Bij vrouwen is dat meer rond de heupen en bovenbenen, bij mannen meer in de buikwand (abdominaal vet). Dit laatste is vooral een risicofactor. Daarom wordt tegenwoordig naast de BMI ook veel belang gehecht aan de buikomvang. Bij een buikomvang over de navel van

353

354

Fysiologie en anatomie niveau 5

meer dan 88 cm (voor vrouwen) of 102 cm (voor mannen) wordt gesproken van obesitas.

Naast de rol als reservevoedsel heeft het onderhuidse vet tevens een warmte-isolerende functie. Bij pasgeborenen komt ook bruin vetweefsel voor (vooral tussen de schouderbladen en rondom de nieren). Dit weefsel is (in tegenstelling tot het gewone, gele vetweefsel) goed doorbloed. Het kan daarom snel als brandstof gebruikt worden om de neonaat op temperatuur te houden. Dit gebeurt temeer doordat de verbranding van bruin vet zodanig verloopt dat de energie meteen uitsluitend in de vorm van warmte vrijkomt en dus niet eerst in de vorm van ATP (zie hoofdstuk 1). De verbranding wordt gereguleerd door (nor)adrenaline en thyroxine. Deze vorm van warmteproductie heet non-shivering thermogenesis. Omdat het bruine vet voornamelijk in de laatste weken van de zwangerschap wordt opgeslagen, is het bij prematuren en dismaturen in onvoldoende mate aanwezig. De vetten die zich in de vorm van myelinescheden rondom de zenuwceluitlopers bevinden, dienen voor de elektrische isolatie. In bepaalde gevallen hebben vetten een steunfunctie, bijvoorbeeld het steunvet rondom de nieren en in de oogkas achter de oogbol. Ten slotte fungeren de vetten soms als oplosmiddel voor o.a. vitaminen A, D en K. Vertering van triglyceriden Aangezien de triglyceriden niet mengen met de waterige darminhoud moeten zij eerst gee¨mulgeerd worden, dat wil zeggen in fijne druppeltjes worden verdeeld. Dit wordt bereikt door de werking van de galzouten (bijv. natriumcholaat) die door de levercellen worden gemaakt en via de galafvoer in de darm komen. De gee¨mulgeerde vetdruppeltjes worden onder invloed van het enzym lipase (afkomstig uit het pancreas) gesplitst in di- en monoglyceriden, glycerol en vetzuren. Deze stoffen worden geresorbeerd. De wateroplosbare vetzuren (vooral de korteketen- en middellangeketenvetzuren) en glycerol komen rechtstreeks via de vena portae in de circulatie. Het overgrote deel van de vetzuren en de di- en monoglyceriden zijn niet-wateroplosbaar. Deze worden na fagocytose in de darmepitheelcellen weer gerecombineerd tot triglyceriden en worden als chylomicronen (80% triglyceriden met wat eiwit als detergens) via de lymfe en de ductus thoracicus en de linker vena subclavia vervoerd naar de bloedbaan. Deze lipoproteı¨nen geven het plasma na een vetrijke maaltijd enige uren een melkachtig uiterlijk. Bij hun circulatie door de bloedsomloop geven de chylomicronen triglyceriden af aan de weefsels voor gebruik als brandstof of voor opslag. Een andere klasse lipoproteı¨nen is die van de very-low-density-lipoproteı¨nen (VLDL’s). Deze bevatten relatief minder vet en meer eiwit en vervoeren vooral het in de lever uit glucose gesynthetiseerde triglyceride. Een gedeelte van de in de darm gevormde en opgenomen vetzuren blijft als zodanig in het bloed circuleren zonder te recombineren met

10

Voedsel en spijsvertering

glycerol tot triglyceriden. Deze circulerende losse vetzuren worden de vrije vetzuren (‘free fatty acids’, FFA) genoemd. Omdat de meeste vrije vetzuren ook slecht in water oplossen moeten ook zij voor transport worden gebonden aan een detergens. Dat is in dit geval het plasmaeiwit albumine. Naast de chylomicronen en de VLDL’s bevat plasma nog twee soorten lipoproteı¨nen, namelijk LDL’s (low-density-lipoproteı¨nen) en HDL’s (high-density-lipoproteı¨nen). Deze lipoproteı¨nen bevatten een hoog gehalte aan eiwit en worden in de lever gemaakt. Hun rol wordt verderop besproken (par. 10.5.3). 10.5.2 fosfolipiden Fosfolipiden lijken qua bouw veel op de triglyceriden. Zij bevatten in ieder molecuul niet alleen glycerol en vetzuren maar ook nog fosfaat en een stikstofhoudende verbinding. Deze laatste twee geven het molecuul een lading. Wanneer fosfolipiden in water worden gebracht, gaan de moleculen zich zodanig in een dubbele laag rangschikken, dat de vetzuurstaarten naar elkaar toe wijzen en de geladen delen naar buiten. Er ontstaat vanzelf een fosfolipidendubbellaag zoals in het celmembraan. Daar fungeert de fosfolipidendubbellaag als een vetachtige scheiding tussen het intra- en extracellulaire milieu (zie celmembraan in par. 1.4.1, afb. 1.3). 10.5.3 sterolen De sterolen (steroı¨den) vormen een groep van stoffen waarvan de moleculen zijn afgeleid van cholesterol. Hiertoe behoren de galzouten, de geslachtshormonen en de bijnierschorshormonen. Al deze stoffen worden gesynthetiseerd uit cholesterol. Daarnaast is cholesterol nog een bouwsteen van celmembranen. Cholesterol is daarom een essentie¨le bouwstof voor ons lichaam. Stofwisseling van cholesterol Er bestaat zowel een endogene cholesterolsynthese (door het lichaam zelf gemaakt) als een exogene aanvoer (door de voeding opgenomen). Endogeen cholesterol wordt voornamelijk in de lever en de darm gesynthetiseerd. Het grootste deel van het cholesterol wordt door het lichaam opgebouwd en komt niet uit de voeding. Naarmate de hoeveelheid cholesterol in het voedsel daalt, neemt de endogene cholesterolproductie toe. Daarom heeft een extreem cholesterolarm dieet voor het beperken van het risico op hart- en vaatziekten geen zin. Cholesterol dat door de voeding wordt aangeboden wordt voor 50% geresorbeerd, de rest wordt uitgescheiden met de feces. Gelet op een van de functies van cholesterol (bouwsteen van het celmembraan) is het begrijpelijk dat deze stof vrij gemakkelijk kan worden afgezet aan de intima van de bloedvatwand. In een later stadium komen hier ook vezelachtige stoffen bij en uiteindelijk verkalkt het geheel en is er een atherosclerotische plaque gevormd. Ook ontstekingsmechanismen spelen hierbij een rol. Het verband tussen plasmacholesterol en atherosclerose is echter niet zo eenvoudig als

355

356

Fysiologie en anatomie niveau 5

aanvankelijk werd verondersteld. Cholesterol kan namelijk in verschillende complexen in het bloed voorkomen; deze vormen samen wordt het ‘totaal cholesterol’ genoemd. Hiertoe behoort het zogenaamde ‘vrije cholesterol’. In werkelijkheid is dit cholesterol gebonden in LDL’s (low-density-lipoproteı¨nen). De rest van het plasmacholesterol is te vinden in de HDL’s (highdensity-lipoproteı¨nen). Deze deeltjes nemen het cholesterol uit allerlei complexen (waaronder LDL’s) op. HDL-deeltjes zijn kleiner dan LDL-deeltjes en kunnen gemakkelijker het endotheel passeren. HDL brengt het overtollige cholesterol naar de lever. Hier wordt het omgezet in galzout en met de gal afgevoerd naar de darm. Er is een duidelijke negatieve correlatie aangetoond tussen de concentratie HDL in het bloed en het optreden van atherosclerose. De bijdrage van HDL-cholesterol in het totaal blijkt af te hangen van de verhouding verzadigd en (meervoudig) onverzadigd vet in het voedsel. Verlaging van de hoeveelheid voedingsvet in het algemeen en een verschuiving in de richting van onverzadigde vetzuren (zoals linolzuur) heeft een gunstig effect in het voorkomen van atherosclerose. Naast cholesterol zijn tal van andere factoren van belang bij het ontstaan van atherosclerose, zoals aanleg, roken, weinig bewegen, stress, diabetes enz. Mogelijk oefenen (een aantal van) deze factoren ook via HDL en LDL hun invloed uit.

Intermezzo 10.3 Cholesterolverlagers Medicijnen kunnen de plasmacholesterolspiegel verlagen door remming van het enzym dat in de lever de snelheid van de cholesterolsynthese bepaalt. Deze geneesmiddelen worden statinen genoemd. Door remming van dit enzym worden de LDLreceptoren gestimuleerd, waardoor het wegvangen van LDL uit de bloedbaan toeneemt en het cholesterolgehalte daalt (met 2545%). Hiertoe behoort onder andere simvastatine. Galzuurbindende harsen, zoals cholestyramine, zijn kunstharsen die in de dunne darm cholesterol binden. De levercel reageert hierop door grotere hoeveelheden cholesterol aan te wenden voor de synthese van galzuren. De grotere opname van LDL-cholesterol die hierdoor ontstaat, doet het LDL-cholesterolgehalte in het plasma dalen (met circa 10%).

10.6

Water

Water is een belangrijke bouwstof voor ons lichaam, maar daarnaast vervult het water nog vele andere functies: oplosmiddel, transportmiddel en warmteregelaar. In hoofdstuk 1 zijn voornoemde functies uitvoerig aan de orde geweest in het kader van de homeostase (zie par. 1.3.1).

10

Voedsel en spijsvertering

Intermezzo 10.4 Metabole stoornissen bij vetrijk dieet en uithongering Wanneer de mens geen voedsel tot zich neemt, treedt er een aantal markante veranderingen in de stofwisseling op. Al deze veranderingen hebben de bedoeling het zolang mogelijk uit te houden. De eerste twee dagen wordt het merendeel van het (lever)glycogeen verbruikt: een gemakkelijk beschikbare bron van koolhydraten. Deze voorraad is echter klein. Met het glycogeen verdwijnt ook flink wat water, met als gevolg dat het lichaamsgewicht de eerste dagen van een vermageringsdieet flink blijkt af te nemen. Hierna wordt lichaamseiwit afgebroken, te beginnen met de spijsverteringsenzymen (niet langer nodig), gevolgd door afbraak van spiereiwit. Op deze manier raakt de vastende zijn hongergevoel kwijt en wordt hij tevens minder actief, zodat zuiniger met de reserves wordt omgesprongen. Uit enkele afbraakproducten van de eiwitten wordt glucose gevormd dat door de hersenen als brandstof kan worden gebruikt. Hersenen zijn namelijk afhankelijk van de door het bloed aangevoerde hoeveelheid glucose (zie hoofdstuk 6). Na ongeveer een week neemt de verbranding van lichaamsvet de overhand. Een gemiddelde westerse mens van 70 kg heeft zoveel lichaamsvet dat hij het hiermee drie maanden kan uithouden. Iemand van 140 kg heeft reservevoedsel voor veertien (!) maanden bij zich. Dat wil niet zeggen dat zo’n zwaargewicht het ook in werkelijkheid zo lang uithoudt. Lang voor die tijd ontstaan er allerlei vitaminedeficie¨ntieziekten en treden er drastische en gevaarlijke veranderingen in de stofwisseling op. Deze veranderingen lijken veel op die welke optreden bij het eten van een extreem vetrijk dieet en bij diabetespatie¨nten. In de eerste twee gevallen zal het lichaam proberen glucose te produceren voor het in stand houden van de hersenfuncties. Bij diabeten is er sprake van een verhoogde bloedglucoseconcentratie, maar glucose kan de cel niet in en kan daarom niet worden gebruikt voor verbranding. In alle genoemde gevallen komt de verbranding van koolhydraten vrijwel stil te liggen, behalve door de hersencellen. Ook de omzetting van glucose in triglyceriden stopt. Triglyceriden in het onderhuidse bindweefsel worden gesplitst in glycerol en vetzuren. Deze vrije vetzuren kunnen onder meer door de spieren als brandstof worden gebruikt, terwijl de vrijkomende glycerol (ongeveer 5% van de energie die in vet zit opgeslagen) wordt omgezet in glucose dat door de hersenen kan worden benut. Aangezien de hersenen ongeveer 20% van alle energie in het lichaam

357

358

Fysiologie en anatomie niveau 5

gebruiken zal het duidelijk zijn dat deze hoeveelheid glucose niet toereikend is. Bij de verbranding van de vrije vetzuren (bijvoorbeeld in de spieren) worden de zogenaamde ketonen gevormd, waarvan aceton een voorbeeld is. Deze stof komt in de genoemde gevallen dan ook vaak in de uitademingslucht en de urine voor. Andere ketonen, zoals b-hydroxyboterzuur, kunnen onder deze bijzondere omstandigheden na enkele weken de rol van glucose als brandstof voor de hersenen (gedeeltelijk) overnemen. In grote concentraties zijn zij echter schadelijk. Omdat ketonen vaak zure verbindingen zijn (‘ketozuren’) bestaat er bij genoemde patie¨nten gevaar voor een sterke daling van de bloed-pH (acidose) hetgeen tot bewusteloosheid en een coma kan leiden. Door een snelle, diepe regelmatige ademhaling (kussmaul-ademhaling) probeert het lichaam extra CO2 uit te ademen om zo de pH weer te herstellen.

10.7

Mineralen

De mineralen (ook elektrolyten genoemd) vormen een groep van anorganische stoffen met als belangrijkste elementen: natrium, kalium, chloor, calcium, fosfor, ijzer, magnesium en zwavel. De genoemde elektrolyten met hun bijzonderheden (voorkomen, specifieke functies, symptomen bij teveel, c.q. tekort) komen nu afzonderlijk aan de orde. 10.7.1 natrium, kalium en chloride Natrium komt vooral extracellulair (buiten de cel) voor, kalium vooral intracellulair. Beide dragen bij aan het handhaven van het kristalloı¨dosmotisch evenwicht tussen intra- en extracellulair vocht (zie hoofdstuk 5). Ook zijn ze van grote betekenis voor een goede geleiding van zenuwimpulsen en voor contractie van spiervezels, in het bijzonder de hartspier (zie par. 2.2.1). Natrium komt in de voeding meestal voor in combinatie met chloride (Cl-) in de vorm van NaCl (natriumchloride, keukenzout). Van nature is NaCl aanwezig in onder andere melk(producten), vlees en groenten. Aan industrieel bereide producten wordt NaCl toegevoegd omdat het smaak geeft en omdat het vocht onttrekt, waardoor sommige voedingsmiddelen langer houdbaar blijven. De behoefte aan natrium is ongeveer 500 mg per dag. Dit is aanwezig in 1,4 g NaCl. Gemiddeld wordt in Nederland 9 g keukenzout per dag opgenomen. In dieetzout is NaCl geheel of gedeeltelijk vervangen door andere zouten, meestal KCl. Elke 6 g NaCl houdt 1 liter water vast in het bloed. Als gevolg van de zoutconsumptie stijgt de bloeddruk en dit leidt op zijn beurt tot een verhoging van de diurese, waarmee het zout weer wordt uitgescheiden. Wanneer dit mechanisme onvoldoende functioneert kan een teveel aan NaCl in de voeding leiden tot hypertensie.

10

Voedsel en spijsvertering

Melk(producten), vlees en groenten zijn ook de voornaamste bronnen voor kalium. Hyponatrie¨mie (te lage natriumspiegel in het bloed) komt onder andere voor bij langdurige of ernstige diarree en braken. Renaal natriumverlies kan voorkomen bij gebruik van diuretica, ‘salt-losing’ nefritis en aldosterongebrek, zoals voorkomt bij hypofunctie van de bijnierschors (ziekte van Addison). Natriumtekort kan ook ontstaan bij sterke transpiratie, gevolgd door het drinken van veel water, of bij andere vormen van waterretentie. Dit kan onder andere voorkomen bij rechts decompensatio cordis, levercirrose en bij een ectopische ADH-productie (ADH-afgifte buiten de hypofyse, die niet wordt gereguleerd door de osmotische waarde van het bloed). Hyponatrie¨mie heeft als symptomen: verwardheid, in ernstige gevallen leidend tot epileptische aanvallen en coma. Hypernatrie¨mie (te hoge natriumspiegel) komt minder vaak voor. De oorzaak is waterverlies door overmatig zweten of door verlies via de nier bij diabetes insipidus (onvoldoende ADH-productie door de neurohypofyse of als begeleidend verschijnsel bij hypercalcie¨mie) en osmotische diurese bij hyperglykemie. Bij ouderen komt vaker hypernatrie¨mie voor omdat het dorstcentrum minder efficie¨nt werkt. Ook acidoses kunnen leiden tot een hypernatrie¨mie, omdat de nieren extra H+-ionen lozen ten koste van natrium. De symptomen van hypernatrie¨mie kunnen zijn: sufheid en algemene zwakte tot insulten en coma. Hypokalie¨mie (te lage kaliumspiegel van het bloed) kan ontstaan door kaliumverlies via de darm of de nieren bij diarree en laxantiamisbruik (darmsap bevat veel kalium), bij gebruik van thiazide-diuretica, hyperaldosteronisme (zie hoofdstuk 7) en door overmatig gebruik van drop. Dit bevat namelijk glycyrrhetinezuur, hetgeen een mineralocorticoı¨de werking heeft. Hypokalie¨mie kan ook ontstaan door een instroom in de cel van K+ionen in ruil voor een uitstroom van H+-ionen bij een alkalose of bij toediening van insuline, waarbij naast glucose ook kalium zich naar intracellulair verplaatst. Hypokalie¨mie veroorzaakt spierzwakte, spierpijn en krampen. Bij een ernstige hypokalie¨mie ontstaat paralyse. Hypokalie¨mie verhoogt de kans op ritmestoornissen (soms ventrikelfibrilleren). Chronische hypokalie¨mie veroorzaakt beschadiging van de niertubuli, waardoor het concentrerend vermogen van de nier afneemt. Hyperkalie¨mie kan een gevolg zijn van nierinsufficie¨ntie, gebruik van geneesmiddelen zoals kaliumsparende diuretica (spironolacton), of bij de eerder genoemde ziekte van Addison. Het kan ook ontstaan door uitstroom uit de cel van K+-ionen bij hemolyse bij een metabole acidose en bij hyperglykemie en insulinetekort. De verschijnselen zijn spierzwakte en bij hoge kaliumspiegels hartritmestoornissen met uiteindelijk hartstilstand.

359

360

Fysiologie en anatomie niveau 5

10.7.2 calcium (ca) De belangrijkste voedingsbronnen voor de opname van calcium zijn melk en melkproducten (75%), groenten, graanproducten en peulvruchten. Van het calcium ligt 99% in het lichaam vast in het skelet en het gebit. Verder zijn calciumionen van belang bij de impulsoverdracht in synapsen en bij de impulsgeleiding langs de zenuwbanen (zie par. 6.2), de (hart)spiercontractie, de bloedstolling en spelen zij een rol als cofactor bij veel enzymreacties. Mogelijk beschermen calciumionen, door binding aan galzuren en vetzuren, tegen coloncarcinoom. De concentratie van de calciumionen wordt zoveel mogelijk constant gehouden door onder andere parathormoon en vitamine D (zie hoofdstuk 7), waarbij het skelet een rol als calciumvoorraad vervult. Wanneer de calciumspiegel in het bloed om een of andere reden te veel daalt, wordt er calcium aan het skelet onttrokken. Er is een sterke (omgekeerde) relatie tussen de hoeveelheden Ca en fosfaat (P) in ons bloed. Het product (Ca x P) blijkt altijd constant te zijn. Met andere woorden: een hoge Ca-spiegel gaat gepaard met een laag fosfaatgehalte en omgekeerd. Hypercalcie¨mie heeft een groot aantal mogelijke oorzaken waaronder hyperparathyreoı¨die (te veel parathormoon) en tumoren met lokalisaties in het skelet. Het gaat gepaard met spierzwakte en verminderde prikkelbaarheid van de zenuwen. Hypercalciurie kan leiden tot de vorming van nierstenen. Hypocalcie¨mie kan onder andere voorkomen bij chronische nierinsufficie¨ntie (gestoorde aanmaak van vitamine D), ernstige darmaandoeningen met onvoldoende resorptie van calcium, gebruik van corticosteroı¨den en vitamine D-tekort door eenzijdige voeding en te weinig zonlicht. Hypocalcie¨mie leidt niet alleen tot overgevoeligheid van het zenuwstelsel met epileptische insulten, paresthesiee¨n en spierkrampen (tetanie) maar ook tot mobilisatie van calcium uit de botten. Het belang van calcium in verband met osteoporose wordt besproken in hoofdstuk 11. 10.7.3 fosfaat (p-verbindingen) Met de voeding worden verbindingen van fosfor, de fosfaten, opgenomen. Melkproducten, brood, vlees, aardappelen en groenten zijn fosfaatbronnen. Tekort aan fosfaat komt bij een normale voeding niet voor. Fosfaatverbindingen spelen in het lichaam een veelzijdige rol. In het skelet en het gebit wordt fosfaat, samen met calcium, als calciumfosfaat vastgelegd. Het is ook een bestanddeel van nucleı¨nezuren (DNA en RNA) en fosfolipiden. De energierijke verbindingen in de stofwisseling bevatten fosfaat (ATP, adenosinetrifosfaat, zie par. 1.5). In het zuur-basenevenwicht (zie pH, par. 1.3.1) speelt het in de vorm van waterstoffosfaat (HPO42-) een belangrijke rol als buffer.

10

Voedsel en spijsvertering

10.7.4 ijzer (fe) IJzer kan op twee manieren met het voedsel worden opgenomen: als heemijzer, voorkomend in dierlijke producten, en als non-heemijzer, dat in de meeste voedingsmiddelen aanwezig is en ongeveer 85% van het totale voedingsijzer uitmaakt. Van non-heemijzer komt slechts ongeveer 20% in het bloed. Alleen de ferrovorm (Fe2+) wordt opgenomen. Omdat het ijzer in hemoglobine al deze vorm bezit, wordt heemijzer beter geresorbeerd dan non-heemijzer. Non-heemijzer kan in de ferrovorm worden omgezet als het wordt geconsumeerd in combinatie met een reductiemiddel, zoals vitamine C. In ijzerpreparaten is het ijzer meestal aanwezig als ferrosulfaat. Zoals is besproken in paragraaf 2.1.5 vormt Fe een belangrijk bestanddeel van hemoglobine. IJzer vormt ook een belangrijke bouwsteen voor vele enzymsystemen (cytochromen) die betrokken zijn bij oxidatieprocessen en bij ontgiftingsreacties (zie par. 10.17.4). 10.7.5 magnesium (mg) Graanproducten, groenten en melkproducten zijn de magnesiumbronnen. Ongeveer 60% van de magnesiumvoorraad bevindt zich in het skelet en het gebit. Verder is magnesium betrokken bij de energieoverdracht (in combinatie met ATP, zie hoofdstuk 1) en de prikkelbaarheid van het zenuwstelsel. Hypertensie wordt in verband gebracht met een te geringe opname van magnesium met het voedsel. Magnesiumdeficie¨ntie kan ontstaan door gastro-intestinale aandoeningen (met malabsorptie tot gevolg), die met fecaal vetverlies gepaard gaan, zoals de ziekte van Crohn en coeliakie. Een andere oorzaak van de deficie¨ntie is een sterke excretie door de nieren. De gevolgen van deze deficie¨ntie kunnen zijn: slaperigheid, braken en spierkrampen (tetanie). 10.7.6 jood (i) Jood, ten onrechte dikwijls jodium genoemd, speelt een belangrijke rol in de schildklier waar het een belangrijk bestanddeel is van de schildklierhormonen T3 en T4 (zie par. 7.3). Vooral zeevis bevat veel jood. In Nederland wordt jood toegevoegd aan keukenzout. Het wordt ook toegevoegd aan bakkerszout voor het bakken van brood. Deze toevoeging is echter sinds 1999 niet meer wettelijk verplicht. 10.7.7 zwavel (s) Dierlijk eiwit (vlees) is de belangrijkste bron van zwavel. Het element S is een bestanddeel van mucopolysachariden. Als zodanig is het vooral aanwezig in kraakbeen en bindweefsel. Verder komt zwavel voor in heparine en in de twee bekende zwavelhoudende aminozuren: cysteı¨ne en methionine. Het is een bestanddeel van het co-enzym A (CoA), dat een centrale rol speelt in verschillende stofwisselingsprocessen (par. 1.5.3). 10.7.8 zink (zn) Zink komt voor in vele dierlijke en plantaardige eiwitten. Het element is een bestanddeel van vele enzymsystemen, zoals van het enzym

361

362

Fysiologie en anatomie niveau 5

koolzuuranhydrase in de erytrocyten (zie par. 4.4.2). Zinkdeficie¨ntie kan onder meer ontstaan bij malabsorptie en is de oorzaak van onder andere de volgende symptomen: congenitale misvormingen, groeivertraging, anemie en immunodeficie¨nties. 10.7.9 selenium (se) Selenium komt vooral voor in orgaanvlees, vis en schelpdieren. In kleine hoeveelheden is het een essentie¨le voedingsstof, maar in grotere hoeveelheden is het giftig. In het lichaam wordt het onder andere aangetroffen in de lever waar het onderdeel uitmaakt van de antioxidanten om vrije radicalen het hoofd te kunnen bieden (zie intermezzo 10.5). 10.8

Vitaminen

Vitaminen (voor het leven (vita) belangrijke aminen) zijn organische stoffen die in zeer kleine hoeveelheden werkzaam zijn. De meeste vitaminen kan de mens zelf niet maken; zij behoren daarom tot de essentie¨le voedingsstoffen. Vitaminen spelen met name een rol als co-enzym. Samen met het eiwitdeel vormt het co-enzym het werkzame enzym. Sommige vitaminen worden in het lichaam omgezet tot stoffen met een hormoonfunctie (bijv. cholecalciferol). Verder spelen vitaminen een rol bij het in stand houden van het immuunsysteem en hebben sommige antioxidanteigenschappen. Zij kunnen beschadigingen ten gevolge van oxidatie in het lichaam tegengaan. Provitaminen zijn onwerkzame stoffen die in het lichaam in werkzame vitaminen kunnen worden omgezet. Behalve provitaminen zijn er ook antivitaminen. Zij kunnen de vorming van een co-enzym tegengaan of de plaats ervan innemen en zo de werking van het enzym blokkeren. De ziekten en symptomen die ontstaan door een tekort aan of soms door het ontbreken van vitaminen in het dieet worden vitaminedeficie¨nties genoemd, soms ook nog wel aangeduid met de term hypo- of avitaminosen. Er wordt gesproken van hypervitaminosen wanneer er sprake is van een teveel aan vitaminen. Dit kan optreden bij het gebruik van vitaminesupplementen. De vitaminen werden oorspronkelijk aangeduid met de letters van het alfabet. Sommige vitaminen kregen geleidelijk ook andere namen op grond van chemische samenstelling of functie. De vitaminen worden onderverdeeld in twee groepen: de in vet oplosbare en de in water oplosbare vitaminen. Van vele vitaminen bestaan vele soorten zodat dikwijls wordt gesproken over een complex, bijvoorbeeld vitamine D-complex, vitamine B-complex. 10.8.1 in vet oplosbare vitaminen Tot deze groep behoren de vitaminen A, D, E en K. Ze worden vooral aangetroffen in vetrijke voedingsmiddelen en de resorptie ervan houdt dan ook gelijke tred met de vetresorptie. Niet alleen bij malabsorptie (o.a. door gebrek aan galzure zouten) kunnen er deficie¨nties ontstaan, maar ook bij slechte vetvertering door gebrek aan lipase

10

Voedsel en spijsvertering

(bij cystische fibrose, taaislijmziekte) of door een afsluiting (steen) bij de papil van Vater. De meeste vetoplosbare vitaminen blijken uit wateroplosbare voorlopers gemaakt te kunnen worden. Vitamine A (retinol) Vitamine A komt vooral voor in melk(producten), bak- en braadproducten, lever en vette vis; ook bij de mens wordt vitamine A opgeslagen in de lever. In felgekleurde groenten en fruit (onder andere wortelen en bladgroenten) komt b-caroteen voor, een gele kleurstof, ook wel aangeduid als provitamine A. Tomaten en paprika bevatten lycopeen, een voorloper van b-caroteen. Deze provitamine wordt in de darmwand omgezet in vitamine A. Deze omzetting wordt door het eindproduct (vitamine A) geremd, zodat er geen hypervitaminose van vitamine A kan ontstaan door een teveel aan b-caroteen. Vitamine A heeft een viertal functies: – visuele functie; het is een bestanddeel van het rodopsine (staafjesrood) in de retina (netvlies), dat ter plaatse zorgt voor de lichtperceptie en de donkeradaptatie (par. 8.1.4); – somatische functie; het bevordert de opbouw en werking van epitheelweefsel (huid, slijmvliezen en cornea) en botweefsel; – instandhouding van het immuunsysteem; vitamine A vermindert de vatbaarheid voor infecties en er zijn aanwijzingen dat deze vitamine ook de kans op het ontstaan van kanker zou verminderen; – voortplantingsfunctie; het bevordert de spermatogenese (zie hoofdstuk 12), de vorming van progesteron, de ontwikkeling van de placenta en de groei van het embryo. Langdurige deficie¨ntie van vitamine A leidt niet alleen tot nachtblindheid, maar ook tot xeroftalmie (aantasting van de cornea) en afwijkingen van het skelet en het gebit. In ontwikkelingslanden is gebrek aan vitamine A een belangrijke oorzaak van kindersterfte. Bij langdurige overdosering kan een hypervitaminose ontstaan met onder andere de volgende verschijnselen: prikkelbaarheid, moeheid, hoofdpijn, droge huid, pijnlijke ledematen, ro¨ntgenologische afwijkingen in pijpbeenderen en schedeldak. Bij overdosering wordt het onderhuidse vet (bijv. de neus) geel gekleurd. Een te hoog vitamine-A-gehalte in het bloed tijdens de zwangerschap heeft een teratogeen effect (leidt tot aangeboren afwijkingen). Het gebruik van lever(producten) in de zwangerschap moet dan ook tot e´e´n portie per dag beperkt worden. Vitamine D De bronnen voor vitamine D zijn vooral vette vis, margarine, halvarine, vlees en eidooier. Vitamine D komt in twee vormen voor: D2 en D3. Vitamine D2 (ergocalciferol) is een plantaardige vitamine dat verplicht aanwezig moet zijn in margarine. Het ontstaat ook in de huid uit ergosterol (provitamine D) onder invloed van UV-licht. Ook vitamine D3 (cholecalciferol), van dierlijke oorsprong, ontstaat in de huid, eveneens onder invloed van UV-licht, uit deze provitamine D. D2 en D3 zijn op zichzelf niet actief, maar worden eerst in de lever en vervolgens in de nier omgezet in calcitriol, de fysiologisch actieve vorm

363

364

Fysiologie en anatomie niveau 5

van vitamine D. Deze stof werkt als hormoon en beı¨nvloedt samen met het parathormoon de calcium- en fosfaatstofwisseling. Vitamine D bevordert de opname van calcium, met name in de dunne darm, maar het reguleert ook de resorptie van fosfaat in het maagdarmkanaal. Tevens speelt vitamine D een belangrijke rol bij de mineralisatie (afzetting van calciumfosfaten) van het skelet en tanden en bevordert het de terugresorptie van calcium en aminozuren in de niertubuli. Verder is vitamine D nodig voor de vorming van macrofagen. Vitamine D-deficie¨ntie kan ontstaan door onvoldoende opname met het dieet of door onvoldoende blootstelling aan zonlicht (UV) van de huid waar de vorming plaatsvindt. Bij kinderen ontstaat rachitis, zich uitend in verbrede polsen en enkels (verbreding van de metafysen, zie par. 11.1.1), een rozenkrans ter hoogte van de ribben en een verkromming van de onderste ledematen. Het is bekend dat een deel van de zwangere Turkse, Marokkaanse en andere niet-westerse allochtone vrouwen en allochtone baby’s een ernstig gebrek aan vitamine D hebben. Een belangrijke verklaring hiervoor is de donkere huid waardoor meer UV-straling nodig is om het beoogde effect te bereiken. Dit geldt temeer omdat de huid vaak bedekt is en als men veel binnenshuis verblijft treft weinig UV-straling de huid. Bij volwassenen ontstaat een vitamine D-deficie¨ntie meestal secundair, dat wil zeggen als gevolg van ziekten, met name chronische darm- en nierziekten. Dit staat bekend als osteomalacie (beenverweking), een aandoening die gepaard gaat met botpijn, spierzwakte en krampen aan handen en voeten (tetanie). De deficie¨ntie kan ook worden veroorzaakt door onvoldoende synthese, resorptie of omzetting van respectievelijk ergo- en cholecalciferol. Calcium- of fosfaatgebrek kan ook de oorzaak zijn. In de borstvoeding zit te weinig vitamine D. Daarom wordt geadviseerd om tot ongeveer de schoolgaande leeftijd vitamine-D-druppels te gebruiken. Dit geldt in het bijzonder voor kinderen met een donkere huidskleur. Een hypervitaminose is niet het gevolg van voeding, maar een gevolg van het langdurig gebruik van preparaten (supplementen) waardoor afzetting van calciumzouten kan ontstaan in bloedvaten, longen, nieren en hart. Het gevolg kan zijn anorexie, misselijkheid, braken en nierinsufficie¨ntie. Vitamine E (tocoferol) Vitamine E komt vooral voor in plantaardige olie¨n, volkorenbrood, eieren en bladgroenten. Vitamine E zorgt voor de stabiliteit van biologische membranen, met name die van mitochondrie¨n en bloedcellen, en is verder belangrijk voor het goed functioneren van het zenuwstelsel, immuunsysteem, metabolisme van vitamine A, nucleı¨nezuren, eiwitten en hormonen. Vitamine E werkt als antioxidant biochemisch samen met vitamine A en selenium. Pasgeborenen hebben een kleine voorraad vitamine E. Bij premature neonaten moet vitamine E aangevuld worden, anders is er kans op

10

Voedsel en spijsvertering

een tekort met als gevolg hemolytische anemie en encefalomalacie (hersenverweking). Deficie¨nties komen verder zelden voor. Vitamine K (fyllochinon) Er zijn drie vormen van vitamine K: vitamine K1, vitamine K2 en vitamine K3 (menadion), een synthetisch product. Groene groenten, kool, tomaten en tarwekiemen bevatten vitamine K1. Vitamine K2 zit in lever en eigeel. K2 wordt ook geproduceerd door de colibacterie¨n in de darm. Vitamine K speelt een rol bij de bloedstolling (vorming in de lever van protrombine en andere stollingsfactoren, zie hoofdstuk 2) en bij de botstofwisseling. Bij pasgeborenen is er een gebrek aan vitamine K omdat de darmflora nog niet voldoende ontwikkeld is. Zuigelingen krijgen preventief bij de geboorte 1 mg vitamine K (fytomenadion, Konakion1). Zolang de zuigeling borstvoeding (bevat geen vitamine K) krijgt, wordt er dagelijks 25 mg vitamine K toegediend tot de leeftijd van drie maanden of tot het moment dat de borstvoeding wordt vervangen door een volledige zuigelingenvoeding. Een tekort op latere leeftijd is altijd secundair dat wil zeggen het gevolg van een bepaalde aandoening, bijvoorbeeld van de lever of galblaas, gestoorde vetresorptie, diarree of langdurige antibioticabehandeling.

Intermezzo 10.5 Vrije radicalen en antioxidanten Vrije radicalen zijn normale stofwisselingsproducten die vooral vrijkomen bij oxidatieprocessen in de mitochondrie¨n. Het zijn instabiele atomen en moleculen die cellen en weefselstructuren kunnen aantasten. Ze kunnen ook gevormd worden door ioniserende straling (zonnebank), uitlaatgassen en sigarettenrook. Vrije radicalen kunnen onder andere vrijkomen bij het ontleden van peroxides. Vrije radicalen kunnen onverzadigde vetzuren (in de celmembranen) aantasten, alsook de membranen van lysosomen (de afvalverwerkers in de cel, zie par. 1.4.1). Ook kunnen ze cholesterol oxideren (cholesterol is een belangrijke bouwstof voor celmembranen en grondstof voor de vorming van bepaalde hormonen). Schade door vrije radicalen geeft onder meer vroegtijdige veroudering en kan bijdragen aan het ontstaan van ziektebeelden zoals reumatoı¨de artritis, atherosclerose, de ziekte van Alzheimer en Parkinson, verstoring van het immuunsysteem en maligniteiten door DNA-beschadiging. Vrije radicalen kunnen uitgeschakeld worden door stoffen die oxidaties verhinderen en daarom antioxidanten genoemd worden. Enkele bekende antioxidanten zijn vitaminen, zoals b-caroteen, vitamine A, C, E, en het element selenium.

10.8.2 in water oplosbare vitaminen Tot de in water oplosbare vitaminen behoren de vitamine-B-groep en vitamine C. De vitamine-B-groep bestaat uit een groot aantal vitaminen, samen aangeduid als het vitamine-B-complex. Ze zijn onder

365

366

Fysiologie en anatomie niveau 5

andere van grote betekenis voor het metabolisme van de koolhydraten (oxidatie van glucose) en de aminozuren; ze ontlenen hieraan hun belang voor het zenuwstelsel. Vrijwel alle vitaminen van het B-complex komen voor in gist en gistproducten. Het lichaam kan alle vitaminen B zelf produceren, waarbij de darmbacterie¨n een rol spelen. Door langdurige antibioticakuren kan er op den duur een vitamine-B-deficie¨ntie ontstaan. Vitamine B1 (thiamine) Vitamine B1 wordt opgenomen met volkoren graanproducten, peulvruchten, varkensvlees, melk, aardappelen en groente. Vitamine B1 is een co-enzym dat een belangrijke rol speelt in de glucosestofwisseling (zie par. 10.17.4) en als zodanig onder andere belangrijk is voor de impulsgeleiding in zenuwcellen. Thiaminedeficie¨ntie komt met name voor bij chronisch overmatig alcoholgebruik, maar ook bij andere aandoeningen, bijvoorbeeld bij hyperemesis (overmatig braken in de zwangerschap) en patie¨nten die (inadequaat) parenteraal gevoed worden. Thiaminedeficie¨ntie leidt tot aandoeningen van het perifere zenuwstelsel (polyneuropathie), het centrale zenuwstelsel (wernicke-encefalopathie en het korsakovsyndroom) en decompensatio cordis. Bij chronisch alcoholisme ontstaat de ernstige deficie¨ntie door thiaminegebrek in de voeding, gestoorde thiamineresorptie door het darmslijmvlies en doordat bij de afbraak van alcohol (een koolhydraat) thiamine nodig is. Vandaar dat bij alcoholisten biergisttabletten (gist bevat veel vitaminen B, dus ook thiamine) worden voorgeschreven. Vitamine B2 (riboflavine) Vitamine B2 wordt vooral aangetroffen in melkproducten, vlees, bladgroenten en eidooier. Vitamine B2 is een bestanddeel van flavoproteı¨nen, een groep enzymen die betrokken zijn bij de omzetting van suikers, aminozuren en vetten. Ze zorgen tevens voor de instandhouding van de slijmvliezen. Dit verklaart dat bij een deficie¨ntie er sprake is van kloofjes en ontstekingen aan de tong en mond(hoeken) en veranderingen in de cornea. Vitamine B3 (nicotinezuur, niacine) De belangrijkste bronnen voor deze vitamine zijn vlees, vis, graanproducten (behalve maı¨s) en peulvruchten. Deze vitaminen werken als co-enzym bij de verbranding van koolhydraten, vetten en eiwitten (zie par. 10.17.4). In Nederland komt niacinedeficie¨ntie (pellagra) door een tekort in de voeding nauwelijks voor. Risicogroepen zijn alcoholici en patie¨nten met resorptiestoornissen. In landen waar maı¨s het hoofdvoedsel vormt komt pellagra veel voor. Nicotinezuur werkt vaatverwijdend, vandaar dat bij overdosering van nicotinezuur onder andere ‘flushing’ ontstaat. Vitamine B4 (choline) Belangrijke bronnen voor vitamine B4 zijn eieren, dierlijke organen, graanproducten en peulvruchten. Het is geen vitamine in de echte

10

Voedsel en spijsvertering

zin, omdat het in het lichaam kan worden gevormd uit andere verbindingen. Het heeft lipotrope eigenschappen (remt cholesterolafzetting in de vaatwand en zou leververvetting voorkomen) en is een onderdeel van de parasympathische neurotransmitter acetylcholine. Vitamine B5 (pantotheenzuur) De belangrijkste voedselbronnen voor vitamine B5 zijn melk, aardappelen, brood, vlees en groenten. Pantotheenzuur komt als onderdeel van co-enzym A voor in alle menselijke cellen. Het is betrokken bij de koolhydraat- en vetzuurstofwisseling en de opbouw van cholesterol. Een tekort aan vitamine B5 is uiterst zeldzaam. Vitamine B6 (pyridoxine) Vitamine B6 komt hoofdzakelijk voor in vlees, volkoren producten, aardappelen en groenten. Vitamine B6 speelt als co-enzym een belangrijke rol bij de aminozuurstofwisseling en versnelt de glycogenese (de vorming van glycogeen uit glucose); pyridoxine is, samen met foliumzuur en vitamine B12, actief in de synthese van de heemgroep van hemoglobine. Bij ongeboren en zeer jonge kinderen is extra vitamine B6 nodig voor de ontwikkeling van de hersenen. Bij een tekort kunnen dan ook veranderingen in het centrale zenuwstelsel met insulten en polyneuropathie ontstaan. Omdat het in veel voedingsstoffen voorkomt is een vitamine-B6-deficie¨ntie zeldzaam. Ten gevolge van het gebruik van sommige medicijnen, bijvoorbeeld isoniazide (INH, isonicotinezuurhydrazide, een tuberculostaticum), kan wel een deficie¨ntie ontstaan. Vitamine B8 (biotine) Biotine komt wijdverbreid in de voeding voor, vooral in dierlijke organen (lever) en eidooier. Het is als een co-enzym betrokken bij de stofwisseling van de koolhydraten en bevordert ook de haargroei (vandaar de historische benaming vitamine H). Biotinedeficie¨ntie is zeldzaam vanwege de aanmaak door de darmflora en het grote aantal voedingsmiddelen waarin het voorkomt. Bij afwezigheid in het voedsel kunnen algemene groeistoornissen ontstaan en heeft de gezondheidstoestand van de huid te lijden. Vitamine B11 (foliumzuur, folinezuur) Foliumzuur komt in vele dierlijke en plantaardige (bladgroenten!) voedingsmiddelen in verschillende vormen voor. Het is nodig voor de vorming van celbestanddelen met name van DNA en RNA. Bij een tekort aan foliumzuur is de celdeling vertraagd. Dit geldt onder andere voor de stamcellen in het rode beenmerg. Een tekort aan foliumzuur leidt daarom tot megaloblastaire of macrocytaire hyperchrome anemie, waarbij het aantal erytrocyten is verlaagd en de erytrocyten sterk zijn vergroot. Foliumzuurdeficie¨ntie kan voorkomen als gevolg van chronische darmaandoeningen (ziekte van Crohn), alcoholabusus en bij ouderen. Door gebruik van sommige medicijnen (orale anticonceptiva, anti-epileptica) wordt de resorptie van foliumzuur verminderd. Een foliumzuurtekort kan ook ontstaan door fo-

367

368

Fysiologie en anatomie niveau 5

liumzuurantagonisten zoals methotrexaat (een medicijn, dat onder andere als cytostaticum wordt gebruikt). Foliumzuur is ook bekend in relatie met zwangerschap ter voorkoming van neuraalbuisdefecten zoals spina bifida (open rug) en cheilognatopalatoschisis (gespleten lip, kaak en gehemelte) bij de baby. Een goed foliumzuurgehalte verkleint de kans op sluitingsdefecten met minstens 50%. Indien zwangerschap is gewenst, wordt aangeraden minstens vier weken voor de conceptie tot minimaal twee maanden na de conceptie foliumzuur in te nemen, omdat de neurale buis al in de eerste weken van de zwangerschap wordt aangelegd. Vitamine B12 (cobalamine, cyanocobalamine) Vlees, vis, melk en eieren zijn rijk aan vitamine B12 (cyanocobalamine). Vitamine B12 speelt een rol bij de aminozuurstofwisseling en is onmisbaar bij de opbouw van DNA en RNA. Er is een nauwe relatie met foliumzuur omdat vitamine B12 ook als co-enzym werkzaam is bij de foliumzuurstofwisseling. Vitamine B12 speelt een belangrijke rol bij de vorming van erytrocyten (zie par. 2.1.4) en bij de vorming van de myelineschede rond de zenuwcellen. De resorptie van cobalamine is slechts mogelijk bij aanwezigheid van de intrinsic factor (zie par. 10.13.4) en wordt daarom ook wel ‘extrinsic factor’ genoemd. De resorptie van vitamine B12, als complex verbonden met intrinsic factor, vindt plaats in het terminale ileum. De meest voorkomende oorzaak van een deficie¨ntie is een gestoorde resorptie van vitamine B12 door gebrek aan intrinsic factor of door de aanwezigheid van antilichamen tegen de intrinsic factor (pernicieuze anemie). Zo komt het voor bij atrofie van het maagslijmvlies of na een maagresectie en ook bij een gestoorde resorptie, bijvoorbeeld bij ileumresectie, ziekte van Crohn en coeliakie. Omdat de darmflora vitamine B12 aanmaakt, beschikken ook veganisten meestal over voldoende vitamine B12. Vitamine B12 is de enige vitamine waarvan in het lichaam normaal een behoorlijke hoeveelheid ligt opgeslagen (voor drie tot vijf maanden), hoofdzakelijk in de lever. Bij leveraandoeningen kan dan ook de opslag sterk gereduceerd zijn. Ouderen kunnen een vitamine-B12-deficie¨ntie krijgen doordat de maag minder zoutzuur produceert (achloorhydrie). Eiwitten worden daardoor minder goed bewerkt en het vrijmaken van vitamine B12 uit de eiwitten kan dan sterk verminderd zijn. Bij een tekort aan vitamine B12 ontstaat megaloblastaire anemie. De belangrijkste neurologische verschijnselen zijn gecombineerde strengziekte (aantasting van zij- en achterstrengen in het ruggenmerg), polyneuropathie en visusstoornissen. Vitamine C (ascorbinezuur) Vitamine C komt vooral voor in nieuwe aardappelen, groenten, citrusfruit, aardbeien, kiwi’s en zwarte bessen. Het is een belangrijke antioxidant (zie intermezzo 10.5) en biedt als zodanig een beschermende werking op vitaminen van het B-complex en de vitaminen A en E. Het is mogelijk dat het als antioxidant ook bescherming biedt tegen atherosclerose en de negatieve effecten van carcinogene ver-

10

Voedsel en spijsvertering

bindingen. Vitamine C speelt bij de aanmaak van collageen en de synthese van catecholaminen (adrenaline, noradrenaline, dopamine) een belangrijke rol. Het is betrokken bij de ijzerstofwisseling, zoals de resorptie in de darm en de heemsynthese in de erytrocyten. Vitamine C is ook betrokken bij de vorming van leukocyten en interferon (verminderde weerstand tegen infecties bij een tekort). Vitamine C bevordert herstelprocessen in het lichaam en is van belang voor botten, gebit en tandvlees (tandvleesbloeding bij deficie¨ntie). Vitamine-C-deficie¨ntie komt weinig meer voor. Vroeger kreeg de ziekte scorbuut (‘scheurbuik’) bekendheid door het langdurend gemis van fruit en verse groenten bij zeevarenden. Het slikken van extra vitamine kan minder kwaad, omdat het in water oplosbaar is. Als de concentratie van vitamine C in het bloedplasma te hoog wordt, wordt het door de nieren uitgescheiden. Het is dan ook uiterst twijfelachtig of hoge doses vitamine C infecties kunnen genezen. Een nadeel van hoge doses is wel dat, naast niersteenvorming (oxalaatstenen), maagdarmklachten kunnen ontstaan. De mogelijke toepassingen van vitamine C zijn velerlei, onder andere bij anemie, gezwollen pijnlijk tandvlees, atherosclerose, vertraagde wondgenezing en blaasontsteking (door het aanzuren van de urine en het bevorderen van weerstand). 10.9

Bouw en functie van de spijsverteringsorganen

De spijsverteringsorganen hebben tot taak het opgenomen voedsel zodanig te bewerken dat de in het voedsel aanwezige grote moleculen van de koolhydraten, vetten en eiwitten door middel van enzymen worden gesplitst (verteerd) in hun bouwstenen. Via de darmwand moet vervolgens het verteerde voedsel worden opgenomen in bloeden lymfevaten: resorptie. Ten slotte heeft het verteringskanaal tot taak om de onverteerbare en onverteerde voedselresten via de dikke darm uit het darmkanaal te verwijderen (defecatie). De tractus digestivus (spijsverteringskanaal) bestaat uit de volgende onderdelen (afb. 10.4): – mondholte (cavum oris); – farynx (keelholte); – oesofagus (slokdarm); – maag (ventriculus, gaster); – dunne darm: duodenum (twaalfvingerige darm); jejunum (nuchtere darm); ileum (kronkeldarm); – dikke darm (colon): caecum (blindedarm) met appendix vermiformis (wormvormig aanhangsel); colon (karteldarm): colon ascendens: opstijgend deel; colon transversum: dwarsverlopend deel; colon descendens: dalend deel; colon sigmoideum (sigmoı¨d): S-vormig deel; rectum (endeldarm). . . .

.

. . . . . .

369

370

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 10.4 Tractus digestivus.

10.10

Mondholte (cavum oris)

De mondholte wordt begrensd door de wangen met de kauwspieren, de mondbodemspieren en de lippen. Het dak van de mondholte, de grens tussen mond- en neusholte, wordt gevormd door het palatum durum (harde gehemelte) en het palatum molle (zachte gehemelte). Het palatum durum bestaat uit een gedeelte van de maxilla (bovenkaak) en de beide gehemeltebeenderen. Het palatum molle, dat hoofdzakelijk uit spierweefsel is opgebouwd, heeft aan de achterzijde een uitlopend gedeelte, uvula (huig). Tijdens het slikken wordt het palatum molle omhooggetrokken zodat de beide inwendige neusopeningen (choanen) dan zijn afgesloten om te voorkomen dat tijdens het slikken voedselbrokken in de neusholte terechtkomen. Aan weerszijden van het palatum molle bevinden zich twee slijmvliesplooien, de zogenaamde voorste en achterste gehemelteboog. Tussen de beide gehemeltebogen bevinden zich links en rechts de beide tonsillen (keelamandelen) die onderdeel uitmaken van de ring van Waldeyer, een lymfatisch afweersysteem (zie hoofdstuk 2). De mondholte is bekleed met slijmvlies dat bestaat uit meerlagig plaveiselepitheel. In de mondholte wordt door het kauwen het voedsel fijngemaakt en

10

Voedsel en spijsvertering

371

met speeksel vermengd. Bovendien maakt de mondholte het spreken mogelijk in samenwerking met onder andere tong, gebit en gehemelte. Gezien de betekenis van de speekselklieren, de tong en het gebit zullen deze delen afzonderlijk worden besproken.

Intermezzo 10.6 Foetor ex ore Ongeveer 10 tot 15% van de mensen heeft last van foetor ex ore (slechte adem). De frequentie neemt toe met de leeftijd. Het kan een uiting zijn van een ernstige aandoening, maar meestal is het een onschuldig, maar hinderlijk verschijnsel (voor de persoon zelf en zijn omgeving). De oorzaken kunnen zowel intraoraal (in de mondholte) als extraoraal gevonden worden. Een slechte mondhygie¨ne is de meest belangrijkste oorzaak van foetor ex ore. Poetsen kan helpen dit te verminderen. Carie¨s, parodontitis (ontsteking van het parodont, de hechting van de tand of kies in de kaak), verstandskiezen die niet kunnen doorbreken, sinusitis, divertikels van de oesofagus (stasis van voedselresten), maagklachten, maar ook ernstige obstipatie waarbij gasvormende producten door resorptie in de bloedbaan en daarna in de uitademingslucht komen, kunnen allemaal leiden tot foetor ex ore. Ook stoornissen in de stofwisseling, zoals diabetes mellitus (zoete weeı¨ge lucht), leverinsufficie¨ntie (ammoniak) en nierinsufficie¨ntie (ureum/grondlucht) veroorzaken een foetor ex ore. Foetor ex ore komt postoperatief vaak voor; de narcosegassen worden namelijk vaak via de longen uitgescheiden. De foetor bij alcohol- en knoflookconsumptie is bekend.

10.10.1 speekselklieren Het speeksel wordt in hoofdzaak geproduceerd door de drie paarsgewijs voorkomende grote speekselklieren. Het zijn trosvormige klieren die door middel van afvoerbuizen in de mondholte uitmonden (afb. 10.5). Afbeelding 10.5 Ligging van de speekselklieren.

372

Fysiologie en anatomie niveau 5

Aan iedere zijde wordt onderscheiden: – glandula parotidea (kortweg parotis, oorspeekselklier), gelegen voor de uitwendige gehoorgang; deze klier mondt met een lange afvoerbuis uit in het wangslijmvlies van de bovenkaak ter hoogte van de tweede ware kies. Wanneer deze klier ontstoken is door het bofvirus, is er sprake van de bof (parotitis epidemica). Ook wanneer een patie¨nt weinig speeksel produceert kan deze klier ontsteken. Dit kan bijvoorbeeld bij het gebruik van sondevoeding gebeuren. Dwars door de glandula parotis loopt de nervus facialis, de hersenzenuw die de motoriek van het gelaat verzorgt (zie par. 6.6). Bij operaties in geval van tumoren of een chronische ontsteking aan de speekselklier kan deze zenuw worden beschadigd. Dit kan tot een verminderde spieractiviteit in de desbetreffende gelaatshelft aanleiding geven, waardoor een (gedeeltelijk) scheef gezicht ontstaat; – glandula sublingualis (ondertongspeekselklier); deze is gelegen in de mondbodem aan de onderzijde van de tong en schemert blauwachtig door. Deze klier bezit vele kleine afvoergangen (ongeveer veertig), die onder de tong uitmonden, en een grote afvoergang die uitmondt achter de snijtanden van de onderkaak op een wratachtige verdikking op de mondbodem naast het tongriempje. Op deze plaats mondt ook de onderkaakspeekselklier uit; – glandula submandibularis (onderkaakspeekselklier), gelegen tegen de binnenzijde van de onderkaak; deze klier heeft een lange afvoergang, die uitmondt op de eerder genoemde verdikking op de mondbodem achter de onderste snijtanden. Per etmaal wordt er 1-1,5 liter speeksel afgescheiden. Het speeksel dat zwak alkalisch is, bevat water (oplosmiddel, transportmiddel), slijm (glijmiddel), het enzym speekselamylase en lysozym, een bacteriedodend enzym. De speekselklieren produceren, hoewel in geringe mate, voortdurend speeksel. De hoeveelheid en de samenstelling van het speeksel zijn afhankelijk van de aard van het voedsel. Bij consumptie van bijvoorbeeld bitter smakende stoffen produceren met name de glandulae parotideae een waterrijk speeksel (verdunning). Bij droog en taai voedsel bevat het speeksel meer slijm, dat vooral door de andere speekselklieren wordt geproduceerd. Onder invloed van zintuiglijke prikkels (bijv. ruiken of zien van voedsel) en mechanische prikkels (direct contact van de spijsbrok met het mondslijmvlies) wordt via reflexen de speekselafscheiding versterkt en daarmee geregeld. Omgekeerd zijn er ook reflectorische prikkels die de sapafscheiding kunnen doen afnemen, bijvoorbeeld een slecht humeur of examenvrees. Zoenen bevordert de speekselproductie. Speekselvloed komt voor bij de ziekte van Parkinson, maar ook bij een ulcus ventriculi (maagzweer) en een ulcus duodeni (zweer in het duodenum). Er is dan sprake van ‘hartwater’ (het vollopen van de mond met speeksel).

10

Voedsel en spijsvertering

Intermezzo 10.7 Xerostomie Onder xerostomie wordt een abnormale droogte van het mondslijmvlies verstaan. Stomatitis is een ontsteking van het mondslijmvlies (ongeacht de oorzaak). Ze kunnen in combinatie met elkaar voorkomen. Oorzaken van xerostomie zijn onder andere een verminderde speekselproductie, bijvoorbeeld door medicijnen met anticholinerge werking, antidepressiva, diuretica, be`tablokkers of morfine. Ook komt het voor bij aandoeningen zoals hypothyreoı¨die en de ziekte van Sjo¨gren. Bijkomende factoren zoals dehydratie, ademen met open mond, angst of depressie kunnen ook leiden tot een droge mond.

10.10.2 tong De tong (lingua, glossa) bestaat uit dwarsgestreept spierweefsel en is aan de achterzijde verbonden met het hyoı¨d (tongbeen) en andere delen van de schedel zoals de mandibula (onderkaak). De tong is bekleed met een dik slijmvlies dat meerlagig plaveiselepitheel bevat. In dit epitheel liggen talrijke papillen met smaakzintuigen (par. 8.1.1). Hierbij worden draadvormige, paddenstoelvormige en omwalde papillen onderscheiden. Laatstgenoemde papillen liggen in een V-vorm achter op de tong. Op de tongbasis, achter de omwalde papillen, ligt lymfoı¨d weefsel (tongtonsil) ter bescherming tegen infecties. De tong heeft een veelzijdige functie: meehelpen bij het kauwen, kneden en het doorslikken van het voedsel en bij het reinigen van het gebit. Bij het slikken wordt het voedsel door de tong naar de farynx getransporteerd. De slikbewegingen zijn deels willekeurig en onwillekeurig. Door middel van talrijke smaakzintuigen stelt de tong ons in staat te proeven en de tong maakt bovendien het spreken mogelijk. Bij kauwen en proeven worden oneetbare bestanddelen (pitten, botjes etc.) opgemerkt en uit de mond verwijderd. Vloeibaar voedsel wordt bijna direct doorgeslikt, vast voedsel wordt eerst gekauwd. Bij het kauwen bestaat er een goede coo¨rdinatie tussen de spieren van de tong en de wangen.

Intermezzo 10.8 Beslag, verkleuring en vergroting van de tong Vroeger werd de tong wel de spiegel van het lichaam genoemd. Aan het witte of bruine beslag op de tong werd een grote diagnostische waarde toegekend. Tegenwoordig wordt hier niet veel betekenis meer aan gegeven. Wel komt bij een groot aantal infectieziekten, maar ook bij gastro-intestinale aandoeningen, beslag op de tong voor. Het verdwijnen van dit beslag kan parallel lopen met de verbetering van de aandoening. Een zeer droge tong komt voor bij mensen die uitgedroogd zijn of koorts hebben, maar ook bij forse rokers en bij mensen met een slechte mondhygie¨ne. Ook door het gebruik van antibiotica

373

374

Fysiologie en anatomie niveau 5

kan beslag op de tong ontstaan door verandering van de flora in de mond. Een pijnlijke gladde rode tong kan voorkomen bij deficie¨nties van vitamine B2, B12 en foliumzuur. Een frambozentong kan bij roodvonk voorkomen. Blauwkleuring van de tong is een teken van centrale cyanose. Vergroting van de tong (macroglossie) komt voor bij acromegalie, myxoedeem en amyloı¨dose.

10.10.3 gebit Een volledig blijvend gebit bestaat in totaal uit 32 elementen. In iedere kaakhelft bevinden zich van voor naar achter (afb. 10.6): – 2 snijtanden (dentes incisivi); – 1 hoektand (dens caninus, door de tandarts cuspidaat genoemd); – 2 valse kiezen (dentes premolares, premolaren); – 3 ware kiezen (dentes molares, molaren), waarvan de laatste de verstandskies wordt genoemd. Afbeelding 10.6 Gebit van een volwassene.

Bij de geboorte zijn twee gebitten aangelegd. Het eerste gebit wordt melkgebit genoemd. Dit gebit ontwikkelt zich verder vanaf een half jaar na de geboorte. Op ongeveer driejarige leeftijd is het melkgebit volledig ontwikkeld. Per kaakhelft worden dan aangetroffen: 2 snijtanden, 1 hoektand en 2 melkkiezen. Tussen het zevende en het twaalfde jaar wordt het melkgebit gewisseld waardoor het definitieve gebit ontstaat. De verstandskiezen echter breken pas door vanaf het achttiende jaar. Soms blijven ze zelfs achterwege. Het antibioticum tetracycline verstoort tijdens de zwangerschap een gezonde ontwikkeling van het gebit van de foetus. Ook bij jonge kinderen tot acht jaar

10

Voedsel en spijsvertering

375

leidt dit medicijn tot een blijvende geelkleuring van de tanden en kiezen. Ieder gebitselement (tand en kies) bestaat uit de volgende onderdelen (afb. 10.7): – kroon; dit gedeelte steekt buiten de kaak uit. De kroon bestaat uit tandbeen (dentine) en is bedekt met email of glazuur. Evenals bot en dentine bestaat ook glazuur uit een verbinding van calcium en fosfaat. De atomen zijn echter anders gerangschikt, waardoor glazuur een veel hardere structuur krijgt. Fluoride kan de ruimte tussen de calcium- en fosfaatgroepen opvullen. Hierdoor wordt het glazuur nog beter bestand tegen inwerking van agressieve verbindingen; – hals; dit gedeelte is bedekt door het tandvlees. De emailbekleding gaat hier over in de cementbekleding die zich voortzet rondom de wortel (hechtfunctie); – wortel; het aantal varieert van e´e´n (bij tanden) tot twee of drie (met name bij de ware kiezen). De wortel ligt volledig in het kaakbeen.

Afbeelding 10.7 Lengtedoorsnede van twee gebitselementen; a: hoektand; b: kies; een hoektand heeft een spitse kroon en e´e´n wortel; een kies heeft een brede kroon met knobbels en (meestal) meer dan e´e´n wortel.

In een tand of kies bevindt zich een holte, de tandholte, die gevuld is met tandpulpa. Dit bestaat uit bindweefsel, bloedvaten en zenuwen. Iedere tandwortel bezit een wortelkanaal. Dit is het gedeelte van de tandholte dat de verbinding vormt met de kaak. Door het wortelkanaal lopen de (gevoels)zenuwen van de tand of kies. Dit zijn aftakkingen van de nervus trigeminus, hersenzenuw V, die voor het gevoel van het gelaat zorgt.

Intermezzo 10.9 Kiespijn Kiespijn ontstaat door prikkeling van de aftakkingen van de nervus trigeminus. Mogelijke oorzaken zijn: – carie¨s; dit ontstaat door aantasting van het glazuur en tandbeen door zuurvormende bacterie¨n uit suiker bevattende

376

Fysiologie en anatomie niveau 5

voedselbestanddelen. Door de bacterie¨n ontstaat plaquevorming. De aantasting van de elementen vindt met name plaats onder de plaque; – parodontitis; dit is een ontsteking van het parodont, de hechting van de tand of kies in de kaak, bestaande uit het wortelcement en het wortelvlies. De bacterie¨n in de plaque kunnen diep in dit parodont doordringen, waarbij zij een holte vormen (‘pocket’). Uiteindelijk kan het ook een deel van het kaakbot verdwijnen en kan het (soms nog gave) gebitselement losraken van de kaak. Donker en bloedend tandvlees is een verdacht symptoom. Gezond tandvlees is lichtroze en bloedt niet bij het tandenpoetsen; – sinusitis maxillaris; de takken van de nervus trigeminus lopen over de bodem van de bovenkaaksholte en kunnen bij een ontsteking in deze holte worden gestimuleerd.

Het gebit dient voor het fijnmaken van het voedsel terwijl het bovendien een bijdrage levert aan het slikken en spreken. 10.11

Farynx

De farynx (keelholte) is op te vatten als een buisvormige ruimte achter de neusholte en de mondholte (afb. 10.8 en afb. 4.1).

Afbeelding 10.8 Doorsnede van een deel van het hoofd en de hals; a bij inademen; b bij slikken; c bij verslikken; de luchtweg kruist in de farynx de voedselweg.

Van boven naar beneden bestaat de keelholte achtereenvolgens uit de volgende delen: – nasofarynx (neus-keelholte): het gedeelte achter de neusholte; hierin bevindt zich bij de overgang van neusholte naar keelholte lymfatisch weefsel (afb. 2.39): adenoı¨d (neusamandel), ook wel derde amandel genoemd. In de nasofarynx monden de twee buizen van Eustachius uit, die de keelholte verbinden met het middenoor. Bij

10

Voedsel en spijsvertering

de uitmonding van beide buizen bevindt zich eveneens lymfatisch weefsel; – orofarynx (mond-keelholte): het gedeelte achter de mondholte; hierin bevinden zich de tonsillen (keelamandelen; zie par. 2.2.6); – laryngofarynx (strottenhoofd-keelholte): het gedeelte dat achter het larynx gelegen is; in dit gebied, dat de overgang vormt naar de trachea en de oesofagus, vindt de kruising plaats van de voedsel- en luchtweg. De farynxwand bevat willekeurige spieren, zowel kringspieren als lengtespieren. Het slijmvlies bevat meerlagig plaveiselepitheel met uitzondering van de nasofarynx die, evenals de neusholte zelf, is bekleed met eenlagig cilindrisch trilhaarepitheel. Slikbewegingen Omdat de farynx zowel een deel is van de ademhalingsweg als van het spijsverteringskanaal, moet worden voorkomen dat tijdens het slikken voedseldeeltjes in de trachea (luchtpijp) terechtkomen. Zodra de spijsbrok of het vocht (speeksel) de keelwand raakt is er sprake van een slikreflex. Bij het slikproces (afb. 10.8) worden achtereenvolgens drie fasen onderscheiden: orale fase, faryngeale fase en de oesofageale fase. De orale fase is een willekeurig proces, maar verloopt vrijwel altijd onbewust nadat het voedsel voldoende is gekauwd. De faryngeale fase is een slikreflex, die eenmaal ingezet, niet meer kan worden onderbroken. Receptoren in de wand van de gehemeltebogen en de farynxwand worden geprikkeld waarna afferente banen van de nervus glossopharyngeus de impulsen geleiden naar het slikcentrum in het verlengde merg (medulla oblongata). Vanuit het slikcentrum worden de keelwandspieren tot contractie gebracht door motorische vezels van de nervus glossopharyngeus en de nervus vagus (zie hoofdstuk 6). Tijdens de slikreflex wordt het ademcentrum geremd, zodat de longventilatie staakt. In deze fase bevindt de spijsbrok (bolus) zich op de kruising van voedselweg en ademweg. De weg terug naar de mondholte wordt versperd door de tong en de weg naar de neusholte wordt geblokkeerd door het zachte gehemelte en de opgetrokken uvula (huig). De epiglottis (strotklepje) sluit de toegang tot de larynx (strottenhoofd) af. De bolus wordt zo vervolgens automatisch naar de ingang van de slokdam gedreven (afb. 10.8b). Ook bij de oesofageale fase is er sprake van een reflex. De spijsbrok wordt door peristaltische bewegingen van de oesofagusspieren verder gestuwd. Er is sprake van verslikking wanneer door een slechte sluiting van de epiglottis voedsel en/of drank in de trachea (het ‘verkeerde keelgat’) terecht is gekomen (afb. 10.8c). 10.12

Oesofagus

De oesofagus (slokdarm) fungeert als een ongeveer 25 cm lange gespierde transportbuis tussen keelholte en maag. In de thoraxholte ligt de oesofagus tussen de wervelkolom (vanaf de zesde cervicale wervel) en de trachea. Hij doorboort het diafragma in de spierlagen aan de

377

378

Fysiologie en anatomie niveau 5

achterzijde en gaat dan na ongeveer 3 cm over in de maag. Door de peristaltische bewegingen, waarbij de spieren boven de spijsbrok contraheren en de spieren onder de spijsbrok verslappen, wordt het voedsel voortgestuwd in de richting van de maag. De voedselpassage door de oesofagus duurt ongeveer tien seconden. Dat de zwaartekracht bij het transport een ondergeschikte rol speelt, blijkt wel uit het feit dat bij een proefpersoon die ondersteboven hangt, toch vast voedsel in de maag terechtkomt. De wand van het spijsverteringskanaal heeft ten aanzien van alle onderdelen hetzelfde bouwplan (afb. 10.9). De wand van de oesofagus is hierbij van binnen naar buiten opgebouwd uit de volgende lagen: – mucosa (slijmvlies); het bevat meerlagig plaveiselepitheel met uitzondering van het gedeelte vlak voor de inmonding in de maag, waar het slokdarmepitheel eenlagig en cilindrisch is; – submucosa (bindweefsellaag); dit is een bindweefsellaag onder de mucosa en bevat bloedvaten, lymfevaten en zenuwen. In deze laag bevinden zich talrijke slijmklieren; – muscularis (spierlaag); dit is het gespierde gedeelte van de wand, bestaande uit een laag kringspieren (circulaire spieren) en een laag lengtespieren (longitudinale spieren) aan de buitenzijde. Het bovenste deel van de oesofaguswand bevat, evenals de farynxwand, dwarsgestreept spierweefsel. De overige spieren zijn glad (onwillekeurig). Door middel van een dunne laag losmazig bindweefsel, de zogenaamde adventitia, is de oesofagus verbonden met de omliggende structuren in het mediastinum, de ruimte in de borstkas tussen de beide longen. De oesofagus heeft op een drietal plaatsen vernauwingen (constricties), namelijk achter de larynx (ter hoogte van het ringkraakbeen), op de plaats waar de trachea zich vertakt in beide hoofdbronchi (de bifurcatieplaats) en op de plaats waar de oesofagus het diafragma doorboort. Ingeslikte vreemde voorwerpen, maar ook tabletten kunnen in deze relatieve vernauwingen blijven steken. In het bovenste gedeelte van het mediastinum ligt de oesofagus dorsaal en iets links van de trachea. Een grote brok voedsel die is blijven steken in de oesofagus, kan door druk op de trachea tot dyspneu leiden. Vlak boven het diafragma ligt de oesofagus ventraal van de aorta. Het is voorgekomen dat een visgraat, die in de oesofagus was blijven steken, door de wand heen migreerde en leidde tot een aneurysma (verwijding) van de aorta. Hoewel de oesofaguswand geen enzymen produceert, gaat de vertering van zetmeel onder invloed van speekselamylase tijdens het kortdurende transport door de oesofagus ongehinderd verder. De bloedvoorziening van de oesofagus vindt plaats door middel van arterie¨le takken van de aorta descendens (dalend deel van de aorta). Van het bovenste tweederde deel van de oesofagus wordt het bloed

10

Voedsel en spijsvertering

379

Afbeelding 10.9 Bouw van de wand (schematisch) van oesofagus (a), maag (b), dunne darm, jejunum (c) en colon transversum (d).

afgevoerd naar de vena cava superior. De onderste oesofagusvenen hebben ook verbindingen (anastomosen) met de maagvenen, zodat een gedeelte van het bloed van de oesofagus via de vena portae wordt vervoerd naar de lever. Wanneer bij leverziekten deze afvoer is belemmerd (portale hypertensie) kunnen de oesofagusvenen zich verwijden met het gevaar van optredende bloedingen (oesofagusvarices).

380

Fysiologie en anatomie niveau 5

10.13

Maag

10.13.1 bouw en ligging van de maag De maag (ventriculus, gaster) ligt grotendeels linksboven in de buikholte. De maag is op te vatten als een sterk verwijd gedeelte van het spijsverteringskanaal (afb. 10.10). Afbeelding 10.10 De maag; a. van buiten gezien; b. overlangse doorsnede.

De functie van de maag is drieledig. Op de eerste plaats vormt de maag een tijdelijk reservoir voor het voedsel, zodat de dunne darm niet te veel voedsel tegelijk te verwerken krijgt. Door middel van peristaltische bewegingen zorgt de maag voor het mengen, kneden en het transport van het voedsel. Ten slotte speelt de maag een rol bij de vertering door middel van het door de maagsapklieren afgescheiden maagsap. De maag ligt intraperitoneaal en is dus volledig bekleed met het viscerale blad van het peritoneum. Doordat de maag gekromd is wordt onderscheid gemaakt tussen de curvatura major (‘buitenbocht’) en de curvatura minor (‘binnenbocht’). De maag bestaat uit de volgende delen (afb. 10.11): – cardia (maagmond); het gedeelte waar de oesofagus binnenkomt; – fundus (maagzak); het koepelvormige deel onder het diafragma, naast de cardia; – corpus (maaglichaam); het gebied tussen fundus en antrum; – antrum (maagholte); het laatste, vrijwel horizontale deel, vo´o´r de pylorus gelegen; – pylorus (maagportier); het van een sluitspier (sfincter) voorziene einde van de maag. De maagwand is van binnen naar buiten opgebouwd uit de volgende lagen (afb. 10.9b): – mucosa; in de maag is dit een sterk geplooide laag met eenlagig cilindrisch epitheel; in de bodem van de ‘maagputjes’ (foveolae) monden de talrijke maagsapklieren uit; – submucosa; in deze laag bevinden zich bloedvaten, lymfevaten en zenuwen; – muscularis; deze laag is meestal opgebouwd uit drie lagen: een schuine spierlaag aan de binnenzijde, een kringspierlaag in het midden en een laag lengtespieren aan de buitenzijde;

10

Voedsel en spijsvertering

Afbeelding 10.11 Maag, duodenum en omringende organen.

– serosa: de buikvliesbekleding (peritoneum viscerale) aan de buitenzijde van de maag. 10.13.2 maagvulling De maag heeft inhoud van maximaal 1 liter. Tijdens de maaltijd wordt de maag laag voor laag gevuld. Het voedsel dat het eerst in de maag komt ligt tegen de maagwand aan, het later genuttigde voedsel komt midden in de maag. Hier blijft het amylase nog even doorwerken, totdat de pH zodanig verlaagd is dat het amylase onwerkzaam wordt. Wanneer de maag gevuld wordt, ontspannen de spieren van het bovenste maaggedeelte. Hierdoor verwijdt dit zich en wordt ruimte geschapen voor het voedsel zonder dat de druk in de maag toeneemt. De peristaltische contracties beginnen ongeveer halverwege de maag en bewegen zich in de richting van de pylorus. Wanneer de contractiegolf de pylorus bijna bereikt trekt het laatste deel van het antrum met de pylorus als e´e´n geheel samen. De antruminhoud wordt voor een deel door de pylorus naar het duodenum geduwd en voor een ander deel weer teruggevoerd de maag in als de pylorus gesloten is. Door dit proces wordt het voedsel steeds opnieuw vermengd en fijngemaakt. 10.13.3 maaglediging De verblijfsduur van het voedsel in de maag is afhankelijk van de samenstelling van het voedsel en de activiteit van de darm. Vloeibaar voedsel verlaat de maag eerder dan vast voedsel. Hoe groter het vochtvolume hoe sneller de maaglediging. Eiwitrijk voedsel blijft langer in de maag in vergelijking tot koolhydraatrijk voedsel, omdat de vertering van eiwitten in de maag langer duurt (eiwitten worden ook maar voor een klein deel in de maag afgebroken). Vetrijk voedsel en hyperosmolaire voeding verblijven het langst in de maag. Grote

381

382

Fysiologie en anatomie niveau 5

hoeveelheden alcohol en geconcentreerde glucoseoplossingen remmen ook de maaglediging. In nuchtere toestand zijn er om de twee uur krachtige peristaltische golven, die de minder goed verteerde restanten naar het duodenum brengen. Een maaltijd blijft fysiologisch niet langer dan zes uur in de maag. Er is sprake van retentiebraken als (onverteerd) voedsel gebraakt wordt dat zich langer dan acht uur in de maag bevindt. Het openen en sluiten van de pylorus wordt geregeld door de pylorusreflex. Deze reflex verloopt als volgt. Wanneer een contractiegolf het antrum en de pylorus bereikt, wordt een deel van de zure maaginhoud door de pylorus het duodenum in geduwd. De pylorus gaat nu onmiddellijk dicht door contractie van de sfincter. Het zoutzuur uit de spijsbrok (chymus) zet de stof prosecretine, aanwezig in de wand van het duodenum, om tot het weefselhormoon secretine. Deze stof bereikt via het bloed het pancreas waardoor de afscheiding van het pancreassap wordt gestimuleerd vooral de stof natriumbicarbonaat (NaHCO3), die de zure darminhoud neutraliseert. Pas hierna kan de pylorus weer open. Secretine beı¨nvloedt op deze manier ook indirect het verzadigingsgevoel. Secretine stimuleert bovendien de galsecretie. De lediging van de maag wordt geregeld door hormonen en reflectoir door de zenuwvoorziening van de darm. 10.13.4 maagsap en maagsapsecretie Het maagsap (ongeveer 2 liter per etmaal) dat door de maagsapklieren wordt geproduceerd, bevat de volgende stoffen: – water, dat dient als oplosmiddel en transportmiddel; – slijm (mucus), dat niet alleen tot taak heeft om de glijbaarheid te verhogen maar vooral dient om de maagwand te beschermen tegen de inwerking van het zoutzuur en enzymen en tegen mechanische beschadiging; overmatige zoutzuursecretie of beschadiging van de slijmlaag door HCl geeft dan ook gemakkelijk aanleiding tot het ontstaan van een maagzweer (ulcus ventriculi); – zoutzuur (HCl), dat de volgende functies heeft: het zorgt voor een zuur milieu (pH 1,5-2) zodat het enzym pepsine optimaal kan functioneren; het activeert het inactieve pepsinogeen tot het actieve pepsine; het doet de eiwitten zwellen waardoor het oppervlak wordt vergroot; het doodt micro-organismen (bacterie¨n en schimmels). Ouderen (die minder maagzuur maken) en gebruikers van antacida (zuurbindende middelen) zijn daarom extra vatbaar voor infecties via het voedsel. Sommige bacterie¨n kunnen het zure milieu van de maag overleven. Dit zijn onder andere Salmonella- en Shigella-stammen; – enzymen; de maagsapklieren produceren met name het eiwitsplitsend enzym pepsine. Pepsine wordt als het nog inactieve pepsinogeen afgescheiden om te voorkomen dat de kliercellen zelf zouden worden verteerd. Onder invloed van het zoutzuur wordt in het lumen (holte) van de maag pepsinogeen geactiveerd tot pepsine. .

. .

.

10

Voedsel en spijsvertering

Pepsine is een proteı¨nase dat de eiwitten verteert tot kleinere polypeptiden. In het maagsap van zuigelingen wordt ook het lebenzym (rennine) aangetroffen. Dit enzym zorgt voor het stremmen van de melk, dat wil zeggen het onoplosbaar maken van de (kaas)eiwitten, zodat deze uitvlokken. Het enzym pepsine kan er dan vervolgens op gaan inwerken; – intrinsic factor; deze stof vervult een belangrijke functie bij de resorptie van vitamine B12. De zoutzuurproductie in de maag geschiedt door de wandcellen van het corpus. De wandcellen bevatten receptoren voor gastrine, acetylcholine en histamine-2. Het uitpompen van H+ (protonpomp) komt op gang als een of meer van deze receptoren bezet worden. De nervus vagus stimuleert de zuursecretie door acetylcholine. Zien, ruiken en proeven van voedsel stimuleert in de hersenen de nervus vagus, waarbij aan het uiteinde van de zenuwvezels bij de wandcellen acetylcholine vrijkomt (hersenfase van de maagzuursecretie). Medicijnen met een anticholinerge werking (zoals atropine en de klassieke antidepressiva) blokkeren de acetylcholinereceptor. Emoties, zoals stress en pijn, remmen daarentegen de maagsapsecretie en maagperistaltiek via het sympathische zenuwstelsel. Het hormoon gastrine wordt gemaakt door de G-cellen in het antrum en het duodenum. Secretie van gastrine vindt plaats bij uitzetting van de maag en door aanwezigheid van (eiwitbevattend) voedsel in de maag (intestinale maagzuursecretie). Het hormoon bereikt via de bloedbaan de wandcellen. De aanwezigheid van grote hoeveelheden zuur in de maag onderdrukt de vorming van gastrine. Omgekeerd geeft achloorhydrie (= een tekort aan geproduceerd maagzuur) een hoge plasmaspiegel van gastrine. De histamine-2-receptoren in de wandcellen worden door histamine uit de mestcellen van het maagslijmvlies geprikkeld. Histamine-2receptorblokkers zoals cimetidine (Tagamet1) en ranitidine (Zantac1) onderdrukken zo de maagzuursecretie. De wandcellen produceren ook de intrinsic factor. Deze stof bindt vitamine B12. Het epitheel van het ileum heeft specifieke B12-intrinsic factor-complex-receptoren, waardoor resorptie van vitamine B12 mogelijk wordt. Bij ziekten van het ileum (ziekte van Crohn) of resectie van het ileum en/of de maag, kan een tekort aan vitamine B12 ontstaan met mogelijk als gevolg pernicieuze anemie en polyneuropathie. Maagslijm wordt geproduceerd door slijmcellen in het corpus, het antrum en de cardia. Het vormt een soort gel die als het ware vastgekleefd is aan het maagslijmvlies. Het heeft een beschermende werking tegen het binnendringen in de maagwand van maagzuur en pepsine. De slijmcellen produceren ook HCO3-. Dit neutraliseert het HCl. Prostaglandinen stimuleren de vorming van het slijm en het HCO3-. Zij beschermen zo het maagslijmvlies tegen schadelijke invloeden (zuur, alcohol, galzure zouten enz.). De maag wordt van bloed voorzien vanuit de truncus coeliacus (inge-

383

384

Fysiologie en anatomie niveau 5

wandsslagader). Het veneuze bloed wordt afgevoerd naar de lever door de vena portae.

Intermezzo 10.10 Maag en medicijnen Prostaglandineremmers, zoals acetylsalicylzuur en de NSAID’s, hebben een negatieve invloed op de bescherming van het maagslijmvlies met kans op het ontstaan van een gastritis en ulcusziekte. Sommige stoffen zoals extracten van vlees, alcohol en een geringe hoeveelheid cafeı¨ne (coffeı¨ne) bevorderen de maagsapsecretie. Er zijn de volgende antacida (zuurbindende middelen): – enkelvoudige antacida: basische stoffen, die de pH van de maag (een klein beetje) verhogen; een voorbeeld is Rennies (Rennie1, calciumcarbonaat en magnesiumcarbonaat); – H2-histaminereceptorantagonisten: cimetidine (Tagamet1) en ranitidine (Zantac1); – protonpompremmers: omeprazol (Losec1) en pantoprazol (Pantazol1).

10.14

Dunne darm

De dunne darm zorgt voor de eindvertering, de resorptie van het verteerde voedsel en voor het transport van het onverteerbare en onverteerde voedsel naar het colon. 10.14.1 bouw en ligging van de dunne darm De dunne darm heeft een lengte van ongeveer 6 m, terwijl de diameter ongeveer 3 cm bedraagt. Hij is opgebouwd uit de volgende drie delen: – duodenum (twaalfvingerige darm); de lengte bedraagt ongeveer 2025 cm (in de klassieke geneeskunde werden afstanden gemeten met dwarsgelegde vingers, in dit geval twaalf vingers breed). Het duodenum ligt retroperitoneaal, terwijl de rest van de dunne darm intraperitoneaal ligt. Het duodenum heeft een hoefijzervorm, waarvan het eerste gedeelte vlak achter de pylorus verwijd is en daarom ampulla (of bulbus) wordt genoemd. In het verticale deel bevindt zich aan de binnenzijde een soort heuveltje, de papil van Vater (papilla duodeni major). Hierop monden twee buizen uit, namelijk de ductus choledochus (galbuis) en de ductus pancreaticus (pancreasbuis). In de papil bevindt zich een sluitspier, de musculus sphincter Oddii, die zich ontspant bij voedselpassage in het duodenum (afb. 10.12); – jejunum (nuchtere darm); dit gedeelte ontleent zijn naam aan het feit dat bij een overledene dit gedeelte van de dunne darm meestal leeg (nuchter) is. Er is geen duidelijke overgang naar het ileum. De lengte bedraagt ongeveer 2,5 m; – ileum (kronkeldarm); dit gedeelte is zo genoemd naar de vele kronkels die voortdurend van vorm wisselen door de darmperistaltiek. Het ileum is het langste deel van de dunne darm (lengte

10

Voedsel en spijsvertering

ongeveer 3,5 m). Bij de overgang van het ileum naar het caecum (blindedarm) bevindt zich een klep, de ileocaecale klep (klep van Bauhin). Deze klep belet dat de inhoud van de dikke darm terugvloeit naar de dunne darm (afb. 10.19).

Afbeelding 10.12 Pancreas en duodenum.

Tussen de cilindrische epitheelcellen van de darmvlokken (villi) bevinden zich talrijke bekervormige cellen die slijm produceren, de slijm(beker)cellen. In een darmvlok bevinden zich vele bloedvaten (capillairen) en een lymfevat dat hier chylvat wordt genoemd. Aan de voet van de villi bevinden zich buisvormige instulpingen van het slijmvlies, de glandulae intestinales (darmsapklieren), ook wel lieberku¨hnklieren (lieberku¨hn-crypten) genoemd. Deze glandulae intestinales produceren per etmaal ongeveer 3 liter darmsap. De submucosa van duodenum en ileum vertoont nog een paar opvallende structuren. In de submucosa van het duodenum bevinden zich de brunnerklieren (glandulae duodenales), die slijm en natriumbicarbonaat produceren ter bescherming van het slijmvlies tegen de inwerking van het maagzuur (natriumbicarbonaat heeft een neutraliserende werking op het zuur). In de submucosa van het ileum bevinden zich enkele tientallen plaques van Peyer. Iedere plaque is een ophoping van ongeveer 25 lymfefollikels. De plaques van Peyer hebben een afweerfunctie (zie hoofdstuk 3). Daarnaast komen in de wand van het hele maag-darmkanaal afzonderlijke lymfefollikels (ophopingen van lymfocyten) voor, de zogenaamde solitaire lymfefollikels. De wand van de dunne darm krijgt enerzijds bloed aangevoerd vanuit de truncus coeliacus, namelijk het duodenum, terwijl het jejunum en het ileum bloed aangevoerd krijgen vanuit de arteria mesenterica superior. Beide bloedvaten zijn vertakkingen van de aorta (zie

385

386

Fysiologie en anatomie niveau 5

hoofdstuk 2). Het bloed van de dunne darm wordt afgevoerd naar de lever via de vena portae, een korte, brede vene die eveneens het bloed van de maag, pancreas, milt en gedeeltelijk van de oesofagus, afvoert (afb. 10.15). Ook het bloed van het colon (met uitzondering van het onderste deel van het rectum; zie par. 10.17) wordt door de vena portae naar de lever afgevoerd. 10.14.2 bouw van de wand van de dunne darm Zoals eerder vermeld is de bouw van de wand van de dunne darm in principe gelijk aan die van de oesofagus en de maag. Van binnen naar buiten worden achtereenvolgens onderscheiden: – mucosa; – submucosa; – muscularis, bestaande uit een laag kringspieren (aan de binnenzijde) en lengtespieren; – serosa, bekledend laagje (peritoneum) dat uitsluitend voorkomt bij de intraperitoneale delen jejunum en ileum. Het slijmvlies bezit vele permanente plooien dwars op de lengterichting van de dunne darm (afb. 10.12 en afb. 10.13). Bij deze circulaire plooien is ook de submucosa gedeeltelijk betrokken. Op de darmplooien bevinden zich darmvlokken (villi). Dit zijn kleine, vingervormige uitsteeksels van het slijmvlies (ongeveer 1 mm hoog en 0,1 mm dik) die door hun aantal het oppervlak sterk vergroten (afb. 10.14, afb. 10.16, tabel 10.2). De cilindrische epitheelcellen van de darmvlokken bezitten aan de zijde van het lumen (darmholte) een zeer groot aantal elektronenmicroscopisch kleine uitstulpingen van het celmembraan (afb. 10.15, afb. 10.16): de microvilli (borstelzoom). Door de darmlengte, de darmplooien, de villi en microvilli is er uiteindelijk een darmoppervlak van ongeveer 120 m2 ontstaan hetgeen erg functioneel is met het oog op de resorptie. Afbeelding 10.13 Dwarsdoorsnede van de dunne darm.

10

Voedsel en spijsvertering

387

Afbeelding 10.14 Schematische voorstelling van de lengtedoorsnede van een darmvlok met zijn vaatvoorziening.

Afbeelding 10.15 Elektronenmicroscopische opname van de doorsnede van de microvilli van een darmwandcel; links: lengtedoorsnede; rechts: dwarsdoorsnede.

In de dunne darm is niet alleen het darmsap werkzaam, maar eveneens het pancreassap (het exocriene product van de alvleesklier) en de gal die door de lever wordt geproduceerd en wordt opgeslagen in de galblaas. 10.14.3 darmsap De darmsapklieren liggen aan de voet van de villi (lieberku¨hnklieren). Ze produceren per etmaal ongeveer 2-3 liter darmsap dat behalve water en slijm de volgende enzymen bevat: – enterokinase, dat trypsinogeen uit het pancreassap activeert tot trypsine;

388

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 10.16 Dunne darm met villi (vergroting 456: afb. boven) en microvilli op de epitheelcellen (vergroting 18.0006; afb. onder). Lu = darmlumen; Vi = villi; Mv = microvilli.

Tabel 10.2

Oppervlakte van de wand van de dunne darm.

darmstructuur

vergrotingsfactor

oppervlak in m2

lengte (6 m)

1

0,6

plooien

1,3

0,8

villi

5

4

microvilli

30

120

– een mengsel van proteı¨nasen (o.a. dipeptidasen) waardoor de eiwitten volledig tot aminozuren worden gesplitst; – disacharidasen, namelijk maltase, sacharase (sucrase) en lactase, die de desbetreffende disachariden (maltose, sacharase en lactose) splitsen tot monosachariden. 10.14.4 resorptie Een belangrijke functie van de dunne darm is de resorptie van de verteerde suikers, eiwitten, vetten en nucleı¨nezuren, evenals de resorptie van water, zouten en vitaminen.

10

Voedsel en spijsvertering

Resorptie van suikers, eiwitten en vetten In de dunne darm heeft inmiddels de eindvertering plaatsgevonden. De resorptie heeft vooral plaats in het duodenum en het jejunum. De verteerde suikers (koolhydraten) worden in de vorm van monosachariden (glucose, fructose, galactose) opgenomen door de capillairen van de darmvlokken. Hetzelfde geldt voor de verteerde eiwitten die als aminozuren worden opgenomen door de capillairen en met de monosachariden door de vena portae worden vervoerd naar de lever. De verteringsproducten van de triglyceriden (diglyceriden, monoglyceriden, vetzuren en glycerol) worden grotendeels via de lymfe opgenomen. Korteketen- en middellangeketenvetzuren worden rechtstreeks door de capillairen geresorbeerd. Resorptie van water en elektrolyten De hoeveelheid water en zouten (elektrolyten) die wordt geresorbeerd is een veelvoud van datgene dat met het voedsel wordt opgenomen. De reden hiervan is dat grote hoeveelheden water en zouten met de spijsverteringssappen in de dunne darm terecht zijn gekomen. De resorptie van water en elektrolyten is zo in hoofdzaak een kwestie van terugresorptie. Met de spijsverteringssappen wordt ruim 7 liter water aan het darmkanaal afgegeven. Met de 1,5 liter die met het voedsel wordt opgenomen komt er zo per dag ongeveer 8,5 liter water in het darmkanaal. Met de feces wordt slechts ongeveer 100 ml gee¨limineerd, zodat de totale (terug)resorptie gemiddeld ruim 8 liter per etmaal bedraagt. Gelet op het voorgaande is het te begrijpen dat een patie¨nt bij een vermindering van waterresorptie in de darm bij diarree al snel uitdroogt. In het meest extreme geval kan zo iemand 8 liter water per etmaal kwijtraken! De terugresorptie vindt hoofdzakelijk plaats in het jejunum en het ileum. De dikke darm resorbeert slechts een geringe hoeveelheid water (500-1000 ml). De resorptie van de elektrolyten vindt in hoofdzaak plaats in het jejunum met uitzondering van de galzouten, die hoofdzakelijk worden teruggeresorbeerd in het distale deel van het ileum (ongeveer 80%). Slechts een klein gedeelte gaat met de feces verloren (ongeveer 0,8 g per etmaal). De geresorbeerde galzouten komen via de vena portae in de lever terug, zodat er sprake is van een enterohepatische kringloop: lever-darmen-lever. Op deze wijze blijft er een galzoutpool bestaan. Per dag wordt gemiddeld ongeveer acht maal deze kringloop afgelegd. Van de galzoutpool (ongeveer 4 g) gaat per kringloop slechts ongeveer 3% met de feces verloren. Dit geringe verlies aan galzouten wordt voortdurend door de lever aangevuld door synthese vanuit cholesterol. Bij een gebrek aan galzouten worden de vetten niet of nauwelijks geresorbeerd, waardoor steatorroe (vetdiarree) zal ontstaan. Dit kan onder andere ontstaan bij de ziekte van Crohn (chronische ontsteking van de darm), waarbij de galzouten door aantasting van het ileum onvoldoende geresorbeerd worden. De resorptie van vitaminen vindt eveneens in hoofdzaak plaats in het jejunum. De opname van vitamine B12 vindt echter uitsluitend plaats in het ileum in samenwerking met de intrinsic factor uit het maagsap.

389

390

Fysiologie en anatomie niveau 5

Ook in de dikke darm vindt resorptie van vitaminen plaats (o.a. vitamine K en foliumzuur) die door darmbacterie¨n zijn geproduceerd. 10.15

Colon

Het colon heeft een totale lengte van ongeveer 1,5 m (afb. 10.4 en 10.18). De ligging is intraperitoneaal behalve de delen colon ascendens en colon descendens (deze liggen retroperitoneaal) en het rectum, dat subperitoneaal ligt. De onderdelen van de dikke darm zijn opgesomd in paragraaf 10.9. Afbeelding 10.17 Bloedvoorziening van de tractus digestivus.

De sterk geplooide mucosa bevat eenlagig cilindrisch epitheel met zeer veel slijmcellen (afb. 10.9). De lengtespieren bestaan in hoofdzaak uit drie longitudinale strengen die ieder ongeveer 1 cm breed zijn: de taeniae (coli) (afb. 10.17 en 10.19). De bloedvoorziening van het proximale deel van het colon vindt plaats door de arteria mesenterica superior, terwijl het volgende deel bloed aangevoerd krijgt vanuit de arteria mesenterica inferior. De veneuze afvoer vindt grotendeels plaats via de vena portae (afb. 10.17). Het bloed van het onderste deel van het rectum wordt echter rechtstreeks afgevoerd naar de vena cava inferior en dus niet via de vena portae. Hiervan wordt gebruikgemaakt

10

Voedsel en spijsvertering

391

bij de toediening van geneesmiddelen in de vorm van een zetpil. De stof wordt in dat geval rechtstreeks in de vena cava inferior geresorbeerd via het slijmvlies van het rectum. Pas na een hele rondgang door de grote en kleine circulatie bereikt de stof de lever. De piek in de plasmaconcentratie bij de opname is nu door het verdunningseffect sterk afgevlakt en het schadelijke effect voor de lever is minder. Het medicijn moet natuurlijk wel het rectale slijmvlies kunnen passeren en de stof mag niet irriteren. Een pijnstiller als paracetamol kan om die reden (bij voorkeur) als zetpil worden toegediend; een rectale toediening van acetylsalicylzuur (aspirine) zal niet op prijs worden gesteld! Afbeelding 10.18 Ligging van het colon in de buikholte.

10.15.1 functies dikke darm De functie van de dikke darm bestaat onder andere uit de terugresorptie van het restant water en zouten, waardoor de onverteerde en onverteerbare resten verder worden ingedikt. Met het oog op deze functie bezitten de epitheelcellen van het slijmvlies dan ook talrijke microvilli ter vergroting van het oppervlak. In de dikke darm leeft een groot aantal verschillende bacteriestammen, die met de verzamelnaam colibacterie¨n worden aangeduid. Dit wordt ook wel de darmflora genoemd. Deze bacterie¨n zorgen voor de rottings- en gistingsprocessen. Onder rotting wordt de anaerobe afbraak van eiwitten verstaan, waarbij de onaangenaam ruikende gassen ammoniak (NH3) en waterstofsulfide (H2S) ontstaan. De anaerobe afbraak van koolhydraten wordt gisting genoemd (zie par. 1.5.2). Hierbij ontstaat onder andere melkzuur. Bij de afbraakprocessen door de darmbacterie¨n ontstaat een aantal voor de mens nuttige stoffen, waaronder de vitaminen K en foliumzuur. Het colon van een pasgeborene is natuurlijk nog steriel. Daarom krijgen alle neonaten binnen

392

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 10.19 Detail van de overgang van de dunne darm naar het colon.

enkele uren na de geboorte vitamine K om (intracranie¨le) bloedingen te voorkomen. De colibacterie¨n beschermen ons ook tegen pathogene bacterie¨n. Hun aantal is zo groot, dat de ziekteverwekkers, die de maag hebben overleefd, de concurrentieslag om voedsel verliezen. Veel antibiotica tasten echter de natuurlijke darmflora aan, waardoor de pathogenen nu wel een kans krijgen en diarree ontstaat. Door peristaltische bewegingen worden de fecale resten naar het rectum getransporteerd. In het colon komen vooral segmentale contracties voor. Zij veroorzaken een geringe voor- en achterwaartse verplaatsing van de coloninhoud. Enkele keren per dag komen in het colon krachtige peristaltiekbewegingen voor. De inhoud van het colon wordt hierdoor verplaatst van het colon transversum naar het sigmoı¨d. Deze krachtige bewegingen ontstaan vooral na een maaltijd en lichamelijke inspanning. 10.15.2 defecatie De verplaatsing van de dikke darminhoud van het caecum naar het rectum duurt ongeveer 24 uur. Er bestaan echter aanzienlijke individuele verschillen. Het bovenste deel van het rectum is verwijd (ampulla recti) en doet dienst als reservoir voor de feces. De anus bestaat uit twee sfincters (sluitspieren) namelijk de musculus sphincter ani externus (uitwendige sluitspier, dwarsgestreept en dus willekeurig) en de musculus sphincter ani internus (inwendige sluitspier, een gladde spier en dus onwillekeurig). De defecatiereflex vertoont grote overeenkomsten met de mictiereflex. In rust is de rectumwand

10

Voedsel en spijsvertering

ontspannen en is de interne sfincter voortdurend aangespannen. Boven een bepaalde vullingsgraad van het rectum worden rekkingssensoren in de wand geprikkeld en wordt via een schakeling in de intramurale zenuwplexus de musculus sphincter ani internus ontspannen, terwijl de rectumwand wordt aangespannen (‘aandrang’). Door het bewust aanspannen van de musculus sphincter ani externus wordt uitdrijving van de feces voorkomen. Op een geschikt moment kan defecatie plaatsvinden. Daarbij wordt de uitwendige sfincter ontspannen. Hierbij maakt het verschil of de rectuminhoud bestaat uit gas, vaste stof of vloeistof. Bij een gasvormige inhoud kan de uitwendige sfincter gedoseerd worden geopend; bij een vloeibare inhoud zijn de contracties van de uitwendige sfincter juist zeer krachtig. Bij jonge kinderen ontbreekt nog de controle over de uitwendige sfincter; zij zijn nog niet zindelijk. Een normale stoelgang wordt sterk beı¨nvloed door de leefwijze. Wanneer men voldoende vezels eet en daarbij ook voldoende drinkt, voldoende aan lichaamsbeweging doet en naar de wc gaat wanneer men moet, zijn laxantia vaak niet nodig. Van een groot aantal medicijnen is bekend dat zij obstipatie kunnen veroorzaken. Voorbeelden zijn ijzerpreparaten, psychofarmaca en morfineachtigen, inclusief codeı¨ne. De feces, die bij de defecatie uit het lichaam worden verwijderd, bestaan uit de volgende bestanddelen: voedselresten (o.a. cellulose), water, slijm, bacterie¨n, afgestoten darmwandcellen, galkleurstoffen (kleur!) en zouten (o.a. calciumzouten, fosfaten en ijzer). De feces zijn normaal worstvormig (bij volwassenen); bandvormige en brijige feces zijn abnormaal. Wat betreft de consistentie (dichtheid) dienen de feces normaal gebonden te zijn; dunne of zeer harde feces zijn abnormaal. De normale kleur van de feces is afhankelijk van de voeding, bijvoorbeeld kastanjebruin (bij vleesvoeding), bruingeel (bij plantaardig voedsel) en goudgeel (bij moedermelkvoeding). Soms is de kleur afwijkend. Zo zal de ontlasting ontkleurd zijn bij het ontbreken van galkleurstof (bij een obstructie-icterus). Dit wordt wel stopverffeces (grauwwit) genoemd. Bij maagbloedingen of bij bloedingen in het bovenste deel van de dunne darm is de feces zwart (melaena), omdat het hemoglobine inmiddels is verteerd (hemoglobine is door het maagzuur omgezet tot het zwarte pigment hematine). Bij bloedingen in het overige deel van de darmen blijft het bloed rood gekleurd. Na gebruik van geneesmiddelen zoals ijzer of Norit worden de feces grijszwart. De eerste ontlasting van een zuigeling wordt meconium genoemd. Deze is teerachtig en donkergroen. Zij bestaat uit slijm, gal, bloed en verteerde celresten. Ongeveer 10% van de pasgeborenen loost het meconium al voor de geboorte in het vruchtwater, dat dan donker gekleurd wordt. Dit is een teken van foetale nood. Wanneer dit voor de geboorte wordt ‘ingeademd’ bestaat de kans op een meconiumaspiratiesyndroom (MAS) met allerlei, soms fatale, longproblemen tot gevolg.

393

394

Fysiologie en anatomie niveau 5

Intermezzo 10.11 Laxantia Op basis van hun werking kunnen de laxeermiddelen (enkelvoud: laxans) worden ingedeeld in: – preparaten, die het volume van de feces vergroten; deze bestaan over het algemeen uit onverteerbare plantenvezels, met een sterk waterbindend vermogen. Voorbeeld: psylliumzaad (Metamucil1, Volcolon1); – lactulosebevattende preparaten; lactulose is een onverteerbare suiker, die de osmotische waarde van het colon verhoogt en daarmee de hoeveelheid water. Een bekende merknaam is Duphalac1; – preparaten op basis van sennabladeren/vruchten; aangenomen wordt, dat zij de plexus (zenuwvlecht) in de darmwand prikkelen en daarmee de motoriek van de darm versnellen. Merknamen: Sennocol1, X-praep1 (speciaal voor de ontlediging van colon en rectum ter voorbereiding van ro¨ntgenologisch onderzoek van het colon).

10.16

Pancreas

De alvleesklier of het pancreas (afb. 10.11 en 10.12) ontleent zijn naam aan het feit dat op grond van zijn kleur aanvankelijk werd gedacht dat deze klier volledig uit vlees bestond. Het pancreas ligt, evenals het duodenum, retroperitoneaal. Het is ongeveer 15-20 cm lang en bestaat uit de pancreaskop, die past in de hoefijzervormige bocht van het duodenum, het corpus en de canda, die reikt tot aan de hilus (poort) van de milt (zie par. 7.5). De bloedvoorziening vindt plaats vanuit de truncus coeliacus en wel door zijtakken van de arteria hepatica (leverslagader) en arteria lienalis (miltslagader). De veneuze afvoer verloopt via de vena portae naar de lever. 10.16.1 functies pancreas Het pancreas heeft zowel een endocriene als een exocriene functie. De endocriene functie wordt door een klein gedeelte van het pancreasweefsel bepaald: de eilandjes van Langerhans. Deze celgroepjes produceren de hormonen insuline en glucagon (par. 10.17.4 en hoofdstuk 7). Microscopisch bestaat het pancreas vrijwel geheel uit trosvormige klieren met een exocriene functie. Het pancreassap wordt via de ductus pancreaticus (pancreasbuis) naar het duodenum afgevoerd. De uitmondingsplaats samen met de ductus choledochus wordt gevormd door de papil van Vater. De ductus pancreaticus heeft bij ongeveer 90% van de mensen nog een zijtak, de ductus pancreaticus accessorius (bijkomstige pancreasbuis), die afzonderlijk uitmondt in het duodenum (afb. 10.12).

10

Voedsel en spijsvertering

10.16.2 pancreassap Het pancreassap (ongeveer 1 liter per etmaal) bevat behalve water en slijm de volgende stoffen: – amylase; dit enzym heeft dezelfde werking als het speekselamylase en splitst zetmeel (amylum) tot maltose; – proteı¨nasen; dit zijn eiwitsplitsende enzymen. Een voorbeeld is trypsine, dat de al gedeeltelijk verteerde eiwitten (door pepsine in de maag) verder splitst tot nog kortere polypeptiden. Trypsine wordt evenals pepsine afgescheiden in een inactieve vorm, namelijk als trypsinogeen. Onder invloed van het enzym enterokinase, geproduceerd door de wand van het duodenum, wordt trypsinogeen in het darmlumen geactiveerd tot trypsine. Hierdoor wordt voorkomen dat het enzym al in de exocriene pancreascellen eiwitten gaat verteren, hetgeen fataal zou zijn voor de desbetreffende cellen; – lipase; dit enzym splitst triglyceriden tot diglyceriden, monoglyceriden en glycerol. Ook dit enzym is pas actief in het lumen van de dunne darm nadat het is geactiveerd door de gal; – nucleasen; dit zijn enzymen die zorgen voor de afbraak van de in het voedsel aanwezige nucleı¨nezuren (DNA en RNA) tot de bouwstenen, de nucleotiden; het betreft desoxyribonucleasen (splitsen DNA) en ribonucleasen (splitsen RNA); – natriumbicarbonaat (NaHCO3); deze stof dient voor de neutralisatie van de zure darminhoud in het duodenum. Door de aanwezigheid van deze stof is het pancreassap alkalisch (de pH bedraagt ongeveer 8-9). De neutraliserende werking van het pancreassap heeft een drieledig doel. Door het neutrale milieu in het darmlumen kunnen de daar werkzame enzymen optimaal functioneren, het darmslijmvlies wordt gevrijwaard voor de inwerking van het zoutzuur en ten slotte is de neutralisatie van de darminhoud een vereiste voor het opengaan van de pylorus zodat opnieuw een voedselbrok (chymus) in het duodenum kan komen (pylorusreflex). De afscheiding van het pancreassap wordt geregeld door twee hormonen, namelijk secretine (zie par. 10.13.3) en cholecystokinine. Wanneer er voedsel in het duodenum komt, vooral bij vet voedsel, wordt er door de wand van het duodenum cholecystokinine afgescheiden. Dit weefselhormoon stimuleert de secretie van pancreasenzymen en stimuleert tevens de galblaascontractie waardoor galuitstorting plaatsvindt: galblaasreflex. De exocriene pancreasfuncties kunnen zijn verminderd bij cystische fibrose (Engels: cystic fibrosis) en chronische pancreatitis. In dat geval kunnen de pancreasenzymen worden ingenomen in de vorm van capsules (pancreatine zoals Pancrease1), die maagzuurresistent zijn.

395

396

Fysiologie en anatomie niveau 5

10.17

Lever en galwegen

10.17.1 ligging en macroscopische bouw van de lever De lever (hepar) is het grootste inwendige orgaan (bij een volwassen man weegt de lever ongeveer 1,5 kg) en ligt vrijwel geheel intraperitoneaal. De lever heeft een afgeplatte onderzijde en een gewelfde bovenzijde, die past in het rechterdeel van de koepel van het diafragma en is daar zelfs plaatselijk mee vergroeid (afb. 10.20). De lever heeft een grote rechterkwab en een kleinere linkerkwab. De rechterkwab reikt met een scherpe voorrand tot enkele centimeters onder de rechterribbenboog, de linkerleverkwab reikt tot links van het midden boven de maag. Tussen de beide leverkwabben bevindt zich aan de bovenzijde en aan de voor-onderzijde het ligamentum falciforme (sikkelvormig ligament) dat aan de buikwand is bevestigd. Aan de onderzijde gaat het ligamentum falciforme over in het ligamentum teres (ronde ligament) dat met de navel is verbonden (afb. 1.30 en afb. 1.32). Afbeelding 10.20 De lever.

Aan de onderzijde van de lever bevindt zich een groeve: de leverhilus (leverpoort) waar vena portae en arteria hepatica de lever binnenkomen en de ductus hepaticus de lever verlaat. De drie venae hepatica verlaten de lever aan de boven-achterzijde, waar ze uitmonden in de vena cava inferior. De roodbruin gekleurde lever wordt omgeven door een glad en glanzend kapsel.

10

Voedsel en spijsvertering

397

10.17.2 microscopische bouw van de lever De lever is microscopisch opgebouwd uit een zeer groot aantal, meestal zeshoekige leverlobjes (diameter ongeveer 1,5 mm), ieder omgeven door een bindweefselkapseltje (afb. 10.21). Tussen de leverlobjes bevinden zich de zogenaamde driehoekjes van Kiernan. Dit zijn kleine bindweefselruimten waarin zich een takje bevindt van zowel arteria hepatica als van de vena portae, evenals een galgang voor de afvoer van de door de levercellen gevormde gal. Afbeelding 10.21 a. leverlobjes (schematisch); b. sterke vergroting van een stukje van een leverlobje.

Het grondpatroon van een leverlobje wordt gevormd door de ongeveer zeshoekige leverparenchymcellen, de hepatocyten. Deze zijn gerangschikt tot rechte of gebogen platen (e´e´n of twee cellagen dik). De platen zijn van elkaar gescheiden door holten, waarin zich de sinusoı¨den bevinden. De sinusoı¨den vormen een netwerk van bloedruimten en ze zijn te beschouwen als de capillaire eindvertakkingen van de arteria hepatica en de vena portae. In deze sinusoı¨den wordt het arterie¨le bloed uit de arteria hepatica vermengd met bloed uit de vena portae, dat veel voedingsstoffen, maar ook veel schadelijke stoffen uit het maagdarmkanaal bevat. De hepatocyten zetten deze stoffen eerst om, voordat zij tot de grote circulatie kunnen worden toegelaten. Daartoe bevindt zich in het centrum van ieder leverlobje een centrale vene die zorgt voor de afvoer van het gemengde bloed naar een van de drie leveraders, die alle uitmonden in de vena cava inferior. De wand van de sinusoı¨den bestaat uit endotheelcellen en grote stervormige cellen, de zogenaamde kupffercellen, die een sterk fagocyterend vermogen hebben. Ze maken onderdeel uit van het macrofagensysteem (zie par. 3.3.2). Tussen de levercellen bevinden zich de galcapillairen die ontstaan door uitsparingen in aangrenzende levercellen. In de levercelplaten bevindt zich als het ware een kippengaasvormig netwerk van galcapillairen die zich in ieder lobje verenigen tot galgangen die bekleed zijn met kubisch epitheel.

398

Fysiologie en anatomie niveau 5

10.17.3 galgangen en galblaas De galgangen van de rechter- en linkerleverkwab verenigen zich respectievelijk tot rechter en linker ductus hepaticus, die zich verenigen tot de ductus hepaticus communis. Via de ductus choledochus komt de gal ten slotte bij de papil van Vater in het duodenum. De ductus cysticus vormt een zijtak van het galafvoerend systeem. Deze leidt naar de galblaas, waar de gal wordt opgeslagen en ingedikt. De galblaas ligt intraperitoneaal. Het is een peervormige zak (ongeveer 10 cm lang, maximaal 5 cm breed) met een maximale inhoud van ongeveer 50 ml. De galblaas (afb. 10.11 en afb. 10.22) ligt onder en tegen de achterzijde van de rechterkwab van de lever, naast de leverhilus. De mucosa van de wand van de galblaas bestaat uit eenlagig cilindrisch epitheel met honingraatvormige plooien. De wand bevat veel glad spierweefsel. Doordat de galblaas intraperitoneaal ligt is hij bekleed met serosa (een laagje peritoneum). De galblaas is een reservoir voor de door de lever geproduceerde gal. Afbeelding 10.22 Galgangen en galblaas.

10

Voedsel en spijsvertering

399

10.17.4 functies van de lever De lever heeft een groot aantal sterk uiteenlopende functies en kan daarom worden beschouwd als de ‘centrale’ van de stofwisseling. De levercellen zijn omnipotent, dat wil zeggen dat ze in staat zijn alle functies uit te oefenen; er is hier geen sprake van taakverdeling. Door alle stofwisselingsprocessen, die zich in de lever afspelen verbruikt het orgaan veel energie. Door de bij alle chemische reacties geproduceerde warmte heeft de lever een temperatuur van 40 8C. Alle voedingsstoffen, de meeste vetten uitgezonderd, zijn gedwongen eerst de lever te passeren voordat ze in de vena cava inferior komen. Er volgt nu een beschrijving van de vele leverfuncties. Glucosestofwisseling De lever houdt het glucosegehalte van het bloedplasma min of meer constant en werkt daardoor als een ‘glucosebuffer’. De aangevoerde monosachariden fructose en galactose worden in de lever tot glucose omgezet (afb. 10.23). Afbeelding 10.23 Schema van de glucosestofwisseling in de lever.

Om het glucosegehalte op een constant niveau te kunnen houden zijn er voortdurend twee antagonistische processen aan de gang, namelijk het proces waarbij glucose wordt omgezet tot glycogeen, ook wel glycogenese genoemd, en het proces van de glycogenolyse, waarbij glycogeen wordt omgezet tot glucose. Het eerste proces komt tot stand onder invloed van het hormoon insuline. De lever kan maximaal een paar honderd gram glycogeen opslaan. Na een etmaal vasten is deze voorraad grotendeels verdwenen. Wanneer er in de lever een zeer grote aanvoer van monosachariden is, wordt glucose omgezet tot vet, dat vervolgens naar de vetdepots wordt vervoerd (onderhuids bindweefsel) en aldaar wordt opgeslagen. De omzetting van glucose tot vetten wordt lipogenese genoemd.

400

Fysiologie en anatomie niveau 5

Het proces van de glycogenolyse wordt onder andere gestimuleerd door de hormonen glucagon, adrenaline en groeihormoon. De lever is ook in staat glucose te synthetiseren uit andere verbindingen dan glycogeen. Dit verschijnsel staat bekend als gluconeogenese. Dit proces is erg belangrijk omdat bepaalde weefsels, met name de hersenen, in hoge mate afhankelijk zijn van glucose als de primaire brandstof. Het menselijk lichaam heeft per etmaal ongeveer 160 g glucose nodig waarvan door de hersenen ongeveer 120 g wordt opgee¨ist. Behalve de geringe hoeveelheid glucose die in het bloed is opgelost beschikt het menselijk lichaam over een glycogeenvoorraad van enkele honderden grammen (lever 100-200 g; spieren ongeveer 250 g). Dit is in principe ruimschoots voldoende om in de dagelijkse behoefte te voorzien. Echter bij overmatige, langdurige inspanning of na bijvoorbeeld een etmaal vasten moet glucose via het proces van de gluconeogenese uit andere bronnen worden betrokken dan uit glycogeen. De belangrijkste stoffen waaruit dan glucose wordt gevormd zijn: aminozuren (uit het geresorbeerde voedsel, bij langdurig vasten uit de eiwitten van de skeletspieren), glycerol (ontstaan door ontleding van vetten in de vetcellen) en melkzuur (bij flinke inspanning gevormd in de spieren). Het proces van de gluconeogenese wordt gestimuleerd door de glucocorticosteroı¨den (hydrocortison = cortisol), een groep hormonen uit de bijnierschors. De lever is niet het enige orgaan is waar gluconeogenese plaatsvindt: het vindt, voor een gering deel, ook plaats in de nieren en skeletspieren. Eiwitstofwisseling De geresorbeerde aminozuren, die via de vena portae worden aangevoerd, dienen onder andere voor de synthese van de plasma-eiwitten: albumine, globulinen (waaronder stollingsfactoren als protrombine) en fibrinogeen. Ze dienen ook voor de synthese van de vele enzymen die in de levercellen werkzaam zijn, zoals transaminasen en fosfatasen. De lever produceert ongeveer 75-100 g eiwit per etmaal. In de lever vinden vele transamineringsprocessen plaats. Hierbij worden onder invloed van enzymen met de naam transaminasen aminozuren omgezet door overdracht van aminogroepen (NH2-groepen). Overtollige aminozuren worden omgezet tot glucose (gluconeogenese). Hiertoe worden de desbetreffende aminozuren eerst gedesamineerd: de aminogroepen worden verwijderd. De afgesplitste aminogroepen worden omgezet tot NH3 (ammoniak) dat giftig is. Met behulp van CO2 wordt ammoniak vervolgens omgezet tot ureum, dat door de nieren uit het bloed wordt verwijderd en met de urine wordt uitgescheiden. Overtollige aminozuren kunnen ook worden omgezet tot vetten (lipogenese). Recente onderzoeken hebben aangetoond dat in de lever ook aminozuren kunnen worden opgeslagen. In de lever is er zo sprake van een aminozuurpool.

10

Voedsel en spijsvertering

401

Vetstofwisseling De lever krijgt via het bloed vrije vetzuren aangeboden waaruit lichaamsvetten worden gesynthetiseerd. De lever zelf is ook in staat om vetzuren te synthetiseren uitgaande van monosachariden en aminozuren. De lever is in staat cholesterol te produceren dat onder andere wordt gebruikt bij de synthese van steroı¨dhormonen en samen met vetzuren wordt omgezet tot galzouten die met de gal worden afgegeven aan de dunne darm waar ze een belangrijke rol vervullen (par. 10.14.4). Ontgifting Onder ontgifting wordt het onwerkzaam maken en/of voor uitscheiding (met gal of urine) geschikt maken van bepaalde stoffen verstaan. Zo wordt ammoniak (NH3), ontstaan bij de desaminering van aminozuren, met behulp van CO2 omgezet tot ureum, dat met de urine wordt uitgescheiden. De stof bilirubine, ontstaan bij de afbraak van hemoglobine, wordt in de lever gekoppeld aan glucuronzuur (betere oplosbaarheid in water) en daarna met de gal uitgescheiden (afb. 10.24 en afb. 10.25). Afbeelding 10.24 Schematische voorstelling van de normale afbraak en verwerking van hemoglobine en de vorming van de diverse kleurstoffen (bilirubine, urobiline en stercobiline).

Talrijke geneesmiddelen worden in de lever door biotransformatie omgezet in stoffen die in water oplosbaar zijn en daardoor met de gal of urine kunnen worden uitgescheiden. De biotransformatie kan ondermeer plaatsvinden door conjugatie (koppeling) aan glucuronzuur,

402

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 10.25 Schema van de galkleurstoffen. Bi = ongeconjugeerd bilirubine; GBi = geconjugeerd bilirubine; UG = urobilinogeen; SB = stercobiline De cijfers verwijzen naar paragraaf ’Bilirubinestofwisseling’ (zie verderop) en intermezzo 10.13.

bijvoorbeeld bij morfine, of door oxidatie, bijvoorbeeld bij barbituraten.

Intermezzo 10.12 Cytochromen en biotransformatie Cytochromen spelen een belangrijke rol in het ontgiftingsproces. Het zijn ijzerbevattende pigmentrijke enzymen die bij vele processen betrokken zijn, onder andere bij de detoxificatieprocessen van geneesmiddelen, met name in de lever. Bekend is het cytochroomsysteem P450, afgekort CYP. Van dit systeem zijn reeds ongeveer veertig enzymen bekend die een rol spelen bij de afbraak van alcohol en geneesmiddelen. Ze worden vooral aangetroffen in het glad endoplasmatisch reticulum (zie hoofdstuk 1) van levercellen, maar ook in die van de cellen van de darm, de longen, de nieren, de hersenen en de placenta. De biotransformatie van geneesmiddelen wordt in de lever door alcohol geremd, omdat de afbraak hiervan door CYP450 zoveel enzymacti-

10

Voedsel en spijsvertering

viteit vraagt dat de biotransformatie (bio-inactivering) van geneesmiddelen dan vrijwel stil komt te liggen en er zo cumulatie van het geneesmiddel dreigt. Bij ouderen is de ontgiftende werking van de lever duidelijk verminderd waardoor bijvoorbeeld slaapmiddelen zich kunnen ophopen en er geleidelijk vergiftigingen ontstaan. Wanneer medicijnen in de lever snel worden afgebroken of wanneer ze snel in hoge concentraties in het bloed moeten worden gebracht, moeten de desbetreffende medicijnen parenteraal worden toegediend. Een andere mogelijkheid is toediening via een zetpil, waardoor de ontgiftende werking van de lever wordt omzeild (par. 10.15). Een andere mogelijkheid om de lever te omzeilen is de sublinguale toediening (nitroglycerinespray bij angina pectoris).

Ook vele hormonen zoals oestrogeen, testosteron en corticosteroı¨den worden in de lever geconjugeerd aan glucuronzuur en vervolgens met de urine uitgescheiden. Bij levercirrose is de snelheid waarmee (voorlopers van) geslachtshormonen uit het bloed worden verwijderd, verlaagd. Daardoor krijgt het lichaam de kans om deze voorlopers onder invloed van het enzym aromatase om te zetten in oestrogenen. Levercirrose kan daarom bij een man leiden tot gynaecomastie: een bovenmatige ontwikkeling van de borstklieren. Vitaminestofwisseling De in vet oplosbare vitaminen A, D, E en K zijn ten aanzien van hun resorptie in de dunne darm sterk afhankelijk van de aanwezigheid van galzouten die door de lever worden geproduceerd. De lever heeft vitamine K nodig voor de productie van 4 van de 12 stollingsfactoren (par. 2.1.9). In de lever vindt opslag plaats van een aantal vitaminen, namelijk vitamine A, B1, B2, B12 en D. Depotfunctie Zoals eerder besproken, vindt er in de lever opslag (stapeling) plaats van glycogeen, aminozuren en een aantal vitaminen. De lever is tevens de belangrijkste opslagplaats voor ijzer, dat vrijkomt bij de afbraak van hemoglobine. De lever is evenals de milt een zeer bloedrijk orgaan door de talrijke bloedruimten, waardoor dit orgaan ongeveer een kwart van het totale bloedvolume bevat. Door een soort sponswerking heeft de lever invloed op de hoeveelheid bloed die in circulatie is. De sinusoı¨den kunnen zich namelijk volzuigen met bloed en zich vervolgens ‘leegknijpen’. Door deze bloeddepotfunctie draagt de lever bij tot de regulatie van het bloedvolume.

403

404

Fysiologie en anatomie niveau 5

Warmteproducent In de lever vinden veel exotherme reacties plaats zodat er veel warmte vrijkomt. Een belangrijke bijdrage wordt in dit verband geleverd door de transamineringsreacties. Per dag wordt er door de lever ongeveer 1.700 kJ aan warmte-energie geproduceerd. Wanneer er veel spierarbeid wordt geleverd, overtreft de warmteproductie in de spieren natuurlijk vele malen die in de lever. Door de bloedcirculatie wordt de vrijkomende warmte gelijkmatig over het lichaam verdeeld. Uitscheidingsfunctie (productie van gal) De gal wordt continu door de lever geproduceerd. De galsecretie wordt gestimuleerd door de nervus vagus en door het weefselhormoon secretine afkomstig uit de wand van het duodenum. De totale productie per etmaal varieert van 500-1.000 ml. De vloeistof is alkalisch door de aanwezigheid van NaHCO3. De lichtgroene gal zoals die door de lever wordt geproduceerd, bevat de volgende stoffen: – water (ongeveer 95%); dit dient als oplos- en transportmiddel; – slijm; dit verhoogt de glijbaarheid; – NaHCO3; zorgt evenals het bicarbonaat uit het pancreassap voor de neutralisatie van de zure darminhoud; – galzouten; ze zorgen voor het emulgeren van de vetten (zie ook par. 10.5); – cholesterol (onoplosbaar in water); de functie van deze stof is reeds besproken bij de vetstofwisseling in de lever; – galkleurstoffen; bilirubine is gekoppeld aan glucuronzuur (geconjugeerd bilirubine) waardoor de oplosbaarheid in water sterk is toegenomen. Bilirubine ontstaat bij de afbraak van erytrocyten (o.a. in de milt) waarbij de kleurstof hemoglobine uiteenvalt in ijzer (Fe) en bilirubine (zie bilirubinestofwisseling). De galblaas is een reservoir van de door de lever gevormde gal. Door wateronttrekking (terugresorptie van water) wordt de gal ingedikt. De lediging van de galblaas gebeurt onder invloed van het weefselhormoon cholecystokinine dat wordt geproduceerd door de wand van het duodenum, vooral na een vetrijke maaltijd. Dit hormoon bereikt via het bloed de spieren van de galblaaswand, waarna het de contractie ervan tot stand brengt. Deze galblaasreflex zal vooral optreden bij passage van vet voedsel in het duodenum. Tevens verslapt onder invloed van cholecystokinine de musculus sphincter Oddii in de papil van Vater. Hierdoor kan de gal samen met het pancreassap wegvloeien naar het lumen van het duodenum. Wanneer de gal in het duodenum komt heeft het de volgende functies: – het emulgeren van de vetten door middel van de galzouten; doordat de galzouten de oppervlaktespanning van de vetten verlagen (zeepwerking) vindt er een sterke emulsievorming plaats. Hierdoor wordt het oppervlak sterk vergroot, wat de snelheid van de vertering door lipasen bevordert;

10

Voedsel en spijsvertering

– het activeren van het enzym pancreaslipase, eveneens onder invloed van de galzouten; – het mede neutraliseren van de zure darminhoud door middel van het natriumbicarbonaat; – het bevorderen van de resorptie van de vetverteringsproducten alsmede van de in vet oplosbare vitaminen A, D, E en K. In het ileum worden de galzure zouten voor 90% geresorbeerd. Bij aandoeningen van het ileum (ziekte van Crohn, ileumresectie) ontstaan galzure zouten diarree, een tekort aan vitamine B12 en een tekort aan vetoplosbare vitaminen (met name vitaminen D en K). Dit kan leiden tot abnormale bloedingsneiging en osteoporose. Bilirubinestofwissseling (De cijfers en afkortingen verwijzen naar afbeelding 10.25.) In afbeelding 10.24 en afbeelding 10.25 is het gehele proces van afbraak en verwerking van hemoglobine schematisch weergegeven. Erytrocyten leven na de productie ervan in het beenmerg en het vrijkomen in de bloedbaan nog ongeveer 120 dagen. Aan het eind van deze periode zwellen ze langzaam op waardoor ze vooral door de milt en lever worden afgebroken. Hierbij komt hemoglobine (1) vrij dat vervolgens door zowel de lever als de milt wordt omgezet in ongeconjugeerd (ongekoppeld) bilirubine (Bi). Het gedeelte dat in de milt wordt gevormd, gaat vervolgens via de vena portae naar de lever (zodat de totale hoeveelheid ongeconjugeerde bilirubine zich weer in de lever bevindt). Ongeconjugeerd bilirubine lost niet op in water en wordt bij het vervoer door het bloed gebonden aan albumine. Het plasma-eiwit albumine is echter te groot om met de gal uitgescheiden te worden. Daarom moet het ongeconjugeerde bilirubine eerst worden losgemaakt van het albumine en wateroplosbaar worden gemaakt. Dit gebeurt in de lever door het te koppelen aan een andere stof, het glucuronzuur (3). De stof, die dan ontstaat wordt geconjugeerd (gekoppeld) bilirubine (GBi) genoemd. De lever kan grote hoeveelheden van het ongeconjugeerde bilirubine conjugeren, veel meer dan hij aangeboden krijgt. Na-uitscheiding met de gal en opslag in de galblaas (4) wordt het gekoppelde bilirubine uiteindelijk uitgescheiden in de darm. Daar wordt het vervolgens door de darmbacterie¨n omgezet in urobilinogeen (UG, 5). Een klein deel wordt na reactie met zuurstof met de feces uitgescheiden. Dit wordt stercobiline (SB) genoemd. Dit geeft de feces een bruine kleur. Het urobilinogeen is zeer goed oplosbaar en wordt voor het overgrote deel weer uit de darm geresorbeerd (6) in de bloedbaan en teruggevoerd naar de lever (de enterohepatische kringloop) (7) waarna het weer opnieuw met de gal wordt uitgescheiden enzovoort. Slechts een gering deel van het urobilinogeen wordt na resorptie in het bloed via de nieren met de urine uitgescheiden (8). Ook hier reageert de stof met zuurstof en wordt dan urobiline (UB) genoemd. Urobiline geeft urine zijn gele kleur. Stercobiline en urobiline zijn dus eigenlijk twee verschijningsvormen (in feces en urine) van dezelfde stof.

405

406

Fysiologie en anatomie niveau 5

Intermezzo 10.13 Icterus (De cijfers verwijzen naar afbeelding 10.25.) Bij icterus (geelzucht) is het bilirubinegehalte in het bloed en de weefsels verhoogd (2). Dit leidt bij een lichte verhoging tot gele verkleuring van de sclera (oogwit). In ernstige gevallen kleurt ook de huid geel. Icterus wordt op grond van de oorzaak in drie groepen verdeeld: – prehepatische icterus, die ontstaat door een verhoogde productie van bilirubine, bijvoorbeeld door een verhoogde bloedafbraak (hemolytische anemie); de concentratie ongeconjugeerd bilirubine in het plasma is dan verhoogd. Vanwege de reservecapaciteit van de lever zijn ook de concentraties stercobiline in de feces en urobiline in de urine verhoogd; – hepatische icterus; ontstaat doordat de functie van de lever gestoord is (bijvoorbeeld bij hepatitis); de concentratie ongeconjugeerd bilirubine in het plasma is verhoogd, de concentraties stercobiline en urobiline zijn verlaagd; – posthepatische icterus, stuwingsicterus of afsluitingsicterus; hierbij is er sprake van een belemmering van de galafvoer. Er treedt galstuwing (cholestase) op waardoor de gal via de lymfevaten in de bloedbaan terugvloeit. De bilirubinebloedspiegel stijgt en ook hierbij is sprake van bilirubinurie. Omdat de conjugatie door de lever wel normaal verloopt, zal er in dit geval vooral geconjugeerd bilirubine in het plasma voorkomen. Deze stof is wateroplosbaar en kan met de urine worden uitgescheiden (9). Ook de hoeveelheid galzouten in het bloed neemt toe, waardoor pruritus (jeuk) ontstaat. Bij een totale afsluiting van de galafvoer (bijvoorbeeld door galstenen in de ductus choledochus of door pancreaskoptumor) bevat de darm uiteraard geen urobilinogeen. De feces bevatten daarom geen stercobiline en is ontkleurd en rijk aan vet (stopverfontlasting); door verminderde vetresorptie er is sprake van een vitamine K-deficie¨ntie en daarmee een verhoogde bloedingsneiging door gebrek aan het stollingseiwit protrombine (zie hoofdstuk 2). De urine is roodbruin gekleurd door de aanwezigheid van geconjugeerd bilirubine, een stof die normaal niet in de urine voorkomt.

10.18

Peritoneum

Het peritoneum is al gedeeltelijk aan de orde geweest in paragraaf 1.9.2. Het peritoneum parietale (het parie¨tale blad) bekleedt de buikwand, terwijl het peritoneum viscerale de verschillende buikorganen omhult waardoor ze intraperitoneaal liggen (afb. 10.26). De verschillende delen van het maag-darmkanaal liggen afwisselend intraperitoneaal en extraperitoneaal: maag (intraperitoneaal), duodenum (retroperitoneaal), jejunum en ileum (intraperitoneaal), colon ascendens (retroperitoneaal), colon transversum (intraperitoneaal), colon

10

Voedsel en spijsvertering

407

Afbeelding 10.26 Dunne darm en dikke darm.

descendens (retroperitoneaal), sigmoı¨d (intraperitoneaal), rectum (subperitoneaal). De intraperitoneale organen zijn opgehangen aan het mesenterium (afb. 1.31). De mesenteriumplooien vormen als het ware een waaier doordat de oorsprong (aan de achterzijde van de buikwand ter hoogte van de lumbale wervels) zich slechts uitstrekt over een afstand van ruim 10 cm. Vanuit deze korte afstand waaiert het mesenterium door middel van een groot aantal afzonderlijke plooien uit over een afstand van ongeveer 6 m (de darmlengte). Het mesenterium dient niet alleen voor de bevestiging van de ingewanden. Het is tevens een geleideweg voor bloedvaten, lymfevaten en zenuwen. Het omentum majus (afb. 1.31 en 1.32) heeft vooral een beschermende functie ten aanzien van de buikorganen. Dit geldt met name wanneer er sprake is van een darmontsteking of darmperforatie. Het omentum is dan in staat het desbetreffende darmgedeelte af te schermen van de rest door het in te kapselen. Behalve het omentum majus is er ook nog het omentum minus (het kleine net), een mesenteriumplooi tussen de maag en de lever. In de peritoneale holte (door het peritoneum omsloten buikholte) zijn nog enkele bijzondere peritoneale ruimten. Bij de vrouw bevindt zich een ruimte tussen de urineblaas en de uterus (excavatio vesicouterina) en een ruimte tussen het rectum en de uterus (excavatio rectouterina). Deze laatste ruimte staat bekend als de ruimte van Douglas en vormt het

408

Fysiologie en anatomie niveau 5

laagst gelegen gebied van de peritoneale holte. Hierop berust de fowlerligging bij peritonitis voor de afvoer van pus. (Bij de fowlerligging ligt de patie¨nt op zijn rug met het bekken als diepste punt, dat wil zeggen met verhoogd hoofd en opgetrokken benen. Bij de man is de ruimte achter de urineblaas (excavatio rectovesicalis) het laagst gelegen gebied van de peritoneale holte. Een andere peritoneale ruimte is de ruimte achter de maag (bursa omentalis) waardoor de maag goed kan bewegen.

11

Beweging

De interactie tussen het skelet en de spieren (samen het bewegingsstelsel) maakt het mogelijk om te bewegen. Bewegen doen we bewust met de skeletspieren op grond van prikkels uit ons zenuwstelsel en hormoonstelsel, die vaak het gevolg zijn van signalen uit de omgeving. Maar ook binnen andere orgaanstelsels is voortdurend sprake van beweging. Een voorbeeld is de motoriek van de darm of het kloppen van het hart. Het bewegingsapparaat is ook verantwoordelijk voor statische processen. Zo zorgt het voor een juiste lichaamshouding en beschermt het de organen. 11.1

Skelet

11.1.1 bouw en functie van het bot Bij botten wordt altijd een compacta (hard, compact deel) en een spongiosa (sponsachtig deel) onderscheiden. Zowel compact been als sponsachtig been is opgebouwd uit osteonen (botcilinders, zie par. 1.9.2). In compact been lopen de osteonen evenwijdig aan elkaar met heel weinig tussenruimte. In de spongiosa liggen de osteonen verder uit elkaar, waardoor er goed doorbloede holtes ontstaan. In deze holtes bevindt zich het rode beenmerg met de stamcellen voor alle bloedcellen. De osteonen vormen in de spongiosa een netwerk van trabeculae (beenbalkjes). Het verloop van de trabeculae is steeds zodanig dat de druk op de meest ideale manier wordt opgevangen (afb. 11.1). Bij beenderen zoals het sternum (borstbeen) en de ribben is de compacta beperkt tot een dunne schorslaag (cortex = korst) die daarom corticalis wordt genoemd. Spongiosa komt in alle botten voor. Bij pijpbeenderen (afb. 11.2) komt spongiosa vrijwel alleen in de epifysen (uiteinden) voor. Aan de buitenzijde van de epifyse bevindt zich altijd een dunne laag compact been. De mergholte in een bot is gevuld met geel beenmerg (vetweefsel). Het is vooral duidelijk aanwezig in de diafyse (schacht), het lange middenstuk van de pijpbeenderen. Bij een breuk in een groot pijpbeen, zoals het femur (dijbeen), kan dit vetweefsel in de bloedbaan terechtkomen en een verstopping in de longarterie¨n veroorzaken (‘vetembolie’). Het sponsachtig uiteinde van een diafyse wordt de metafyse genoemd. Botten zijn omgeven door periost (beenvlies), een bindweefsellaag met bloedvaten en zenuwen. Bij de diafyse van een pijpbeen lopen vanuit de bloedvaten in het periost aftakkingen de compacta in door de kanalen van Volkmann. Zijtakken van deze vaatjes lopen door holtes in

C.A. Bastiaanssen et al., Fysiologie en anatomie, DOI 10.1007/978-90-313-8098-5_11, © Bohn Stafleu van Loghum, 2007

410

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 11.1 Verloop van trabeculae (beenbalkjes) in de doorsnede van het uiteinde van een pijpbeen.

Afbeelding 11.2 Pijpbeen; lengtedoorsnede van de humerus (opperarmbeen).

de centra van de osteonen (kanalen van Havers). In het bot zelf komen geen pijnzintuigen voor; deze bevinden zich uitsluitend in het periost. Breuken, waarbij het periost intact blijft (twijgbreukjes of green stick fractures) zijn daarom meestal minder pijnlijk. Dit type breuken komt alleen bij kinderen voor omdat bij hen het periost veel sterker is dan bij volwassenen. Holle beenderen (bijvoorbeeld pijpbeenderen) zijn ook aan de binnenzijde bekleed met een vlies dat endost (inwendig beenvlies) wordt genoemd. Alle botten samen vormen het skelet (afb. 11.3) dat de volgende functies heeft: – het geeft vorm en steun aan het lichaam; – het biedt bescherming aan organen zoals hersenen, ruggenmerg en longen; – het is een aanhechtingsplaats voor spieren; – het biedt samen met het spierstelsel bewegingsmogelijkheden; – het biedt plaats aan de vorming van bloedcellen in het rode beenmerg (ongeveer 9 miljoen per seconde; zie par. 2.1.4). Een vol-

11

Beweging

411

wassen mens bezit in de spongiosa ongeveer 2,5 kg rood beenmerg. Afbeelding 11.3 Het beenderstelsel van de mens.

11.1.2 soorten beenderen Er zijn drie soorten beenderen: – platte beenderen; deze zijn vaak breed. Ze bevatten overwegend spongiosa met aan de buitenzijde een dunne schorslaag (corticalis) van compact been. Voorbeelden zijn de beenderen van de hersenschedel, scapulae (schouderbladen), het os coxae (heupbeen), de ribben en het sternum; – pijpbeenderen; deze zijn lang en dun. Ze worden gekenmerkt door epifysen (met spongiosa) aan de uiteinden en de diafyse in het midden. Voorbeelden van pijpbeenderen zijn de tibia (scheenbeen), het femur (dijbeen) en de falangen (kootjes van vinger of teen);

412

Fysiologie en anatomie niveau 5

– onregelmatige (korte) beenderen; deze zijn in alle richtingen ongeveer even groot. Aan de binnenzijde bevindt zich spongiosa met aan de buitenzijde een compacte corticalis. De wervels zijn een voorbeeld van deze soort beenderen. 11.1.3 ontwikkeling van het bot; dikte- en lengtegroei Het bot kan zich op twee manieren ontwikkelen, en wel door directe en indirecte botvorming. Hierbij spelen drie typen cellen een rol: – osteoblasten of botvormende cellen; – osteocyten, inactieve osteoblasten, die geheel door botmassa zijn omgeven; – osteoclasten, botafbrekende cellen, eigenlijk een type witte bloedcellen. Ook in een volgroeid individu wordt bot voortdurend afgebroken en opnieuw opgebouwd. Dit is nodig, om de kleine beschadigingen in het bot te herstellen. Directe botvorming De directe botvorming vindt plaats vanuit het periost en wordt daarom ook wel desmale (vliezige) verbening genoemd. Hierbij differentie¨ren osteoblasten zich in groepjes uit mesenchymcellen (embryonale bindweefselcellen). Deze osteoblasten produceren organisch materiaal, waaronder collagene vezels, die zij in hun omgeving afzetten. Hierin kristalliseren vervolgens calciumzouten waardoor botmassa ontstaat. Een dergelijk cluster van osteoblasten met daaromheen botmassa, gerangschikt in naalden, wordt een verbeningscentrum genoemd. Vervolgens dringen bloedvaten het weefsel binnen. Door deze vormingswijze ontstaat bij desmale verbening alleen spongiosa. Door herschikking van osteonen rond de bloedvaatjes wordt ook compacta gevormd. Uit de buitenste laag bindweefsel ontstaat het periost. Wanneer de osteoblasten zichzelf geheel hebben ingebouwd worden zij inactief (en worden osteocyten). Voorbeelden van botten, die door desmale verbening ontstaan, zijn de platte schedelbeenderen, mandibula (onderkaak) en clavicula (sleutelbeen). Soms kan desmale verbening optreden in andere weefsels dan mesenchym, zoals in pezen en spieren. Er is dan sprake van ectopische botvorming. Deze kan ontstaan na een trauma, na een infectie (bijvoorbeeld tetanus) of na een chirurgische ingreep. De eerste symptomen zijn een zwelling, die in later stadium hard wordt, en pijn. Indirecte botvorming De indirecte botvorming vindt plaats vanuit kraakbeen (Grieks: chondros) en wordt daarom enchondrale botvorming genoemd. Een bekend voorbeeld van deze botvorming is de dikte- en lengtegroei bij pijpbeenderen, die als volgt verloopt (afb. 11.4): – nadat het kraakbeen eerst gedeeltelijk is verkalkt door de aanvoer van calciumzouten, dringen chondroclasten (kraakbeenvreters) het verkalkte kraakbeen binnen, waarna de kraakbeencellen worden vernietigd;

11

Beweging

413

– tijdens de groei migreren osteoclasten naar het centrum van de diafyse, waar zij het gevormde bot opruimen; hierdoor ontstaat de mergholte; – na enige tijd ontstaan er in de beide epifysen nieuwe beenkernen die door een kraakbenige schijf, de epifysairschijf (groeischijf), van de eerste beenkern zijn gescheiden (afb. 11.4 en 11.5); – aan de naar de eerste beenkern gerichte zijde van de epifysaire schijf wordt kraakbeen omgezet in been, terwijl aan de andere zijde nieuw kraakbeen wordt gevormd. Hierdoor schuiven de groeischijven steeds verder op. Zo ontstaat er lengtegroei vanuit de epifysairschijven. Afbeelding 11.4 Schema van de vorming van een pijpbeen.

De lengtegroei komt tot stilstand als de epifysairschijven zijn verbeend (bij vrouwen omstreeks 18 jaar, bij mannen omstreeks 19 jaar); de epifysaire lijn blijft over (afb. 11.2). De aanwezigheid van verbeningskernen biedt de mogelijkheid om de leeftijd te bepalen. Hiervoor wordt er een foto van de botten van de linkerhand en pols gemaakt om de skeletleeftijd te vergelijken met de kalenderleeftijd. De grootte en de vorm van de kernen van de botjes worden vergeleken met die op de ro¨ntgenfoto’s in een atlas, die is gebaseerd op een gezonde referentiegroep (van de zelfde etnische groep). Tegelijkertijd met het bovenbeschreven proces differentie¨ren cellen in de binnenste laag van het periost tot osteoblasten, die botmassa afzetten naar het inwendige van het bot. Op deze manier ontstaat de diafyse. Met het binnendringen van bloedvaten wordt de botmassa omgevormd tot compact been. Intussen beginnen osteoclasten aan de binnenzijde van de diafyse het bot af te breken, terwijl het proces van beenvorming vanuit het periost doorgaat. Op deze manier neemt de diameter van het botstuk toe (diktegroei) zonder dat de diafyse zelf veel dikker wordt. Primaire fractuurgenezing Bij genezing van fracturen (callusvorming) treedt een combinatie van desmale en enchondrale verbening op. Rond het fractuurhematoom ontstaat een ontstekingsreactie. Macrofagen ruimen dood weefsel op

414

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 11.5 Ro¨ntgenfoto van de hand van een zevenjarig kind.

en osteoclasten breken dode botfragmenten af. Fibroblasten en jonge capillairen groeien uit het endost en het periost in het fractuurhematoom. Op deze manier ontstaat een verbinding tussen de beide fractuurdelen: fibreuze callus. Terwijl de fibroblasten veel collagene vezels maken, neemt het aantal capillairen af. Hierdoor ontstaat enige stevigheid. In het beschadigde periost en de gebroken osteonen worden nieuwe osteoblasten gevormd, die nieuw bot gaan aanmaken door het afzetten van calciumfosfaat. Wanneer benige callus is ontstaan is er sprake van consolidatie. Dit nieuwgevormde bot vult de fractuurspleet op en steekt ook buiten het bot uit. Door werking van de osteoblasten en osteoclasten verdwijnt in de loop van de daaropvolgende weken tot maanden de overmaat aan callus. Botbalans De hoeveelheid bot en de kwaliteit van het bot liggen in principe per individu vast in het erfelijke materiaal. Dit is uit tweelingonderzoek gebleken. Maar daarnaast zijn er nog meerdere systemen en factoren in het lichaam die de opbouw en veranderingen in het bot beı¨nvloeden. Cytokinen en groeifactoren spelen een belangrijke rol bij het reguleren van osteoblasten en osteoclasten, vooral tijdens de groei, maar ook het bijschildklier- of parathormoon (par. 7.4). Cytokinen zijn polypeptiden die verschillende functies in de algemene afweer en immuniteit vervullen (par. 3.3.3). De groeispurt tijdens de puberteit wordt geregeld door geslachtshormonen, evenals het uiteindelijk stoppen van de lengtegroei door het sluiten van de kraakbeenzones aan de uiteinden van de pijpbeenderen. Ook invloeden van buiten het lichaam zijn belangrijk voor de opbouw van het skelet, bijvoorbeeld zonlicht. Hierdoor kan vitamine D aangemaakt worden, die indirect zorgt voor een goede absorptie van calcium en fosfaat via de darmwand vanuit het voedsel. Die stoffen zijn belangrijk voor de mineralisatie (het harden) van nieuw botweefsel. Botaanmaak en botombouw (de vervanging van oude door nieuwe botcellen) zijn complexe processen; het gaat dan ook niet altijd goed. Bij verminderde groei in de laatste maanden van de

11

Beweging

zwangerschap of in het eerste levensjaar kunnen later problemen met de kwaliteit van het bot ontstaan. Bij gebrek aan botbelastende activiteiten (bijvoorbeeld langdurige bedlegerigheid) komt de botaanmaak vrijwel tot stilstand, terwijl de afbraak gewoon doorgaat. Het blijkt dat vooral een afwisseling van belasting en ontlasting, zoals bij sporten, belangrijk is voor de kwaliteit van botweefsel en kraakbeen. De leeftijd speelt ook een belangrijke rol. Bij jongeren zijn botopbouw door osteoblasten en afbraak door osteoclasten gewoonlijk in evenwicht, maar bij het ouder worden neemt de activiteit van de osteoblasten geleidelijk af. De balans tussen aanmaak en afbraak wordt dan enigszins negatief. Bij vrouwen is dat nog sterker het geval, doordat na de menopauze de oestrogeenproductie sterk daalt (hoofdstuk 12). Oestrogeen heeft een remmende werking op de botombouw. Wanneer de oestrogeenspiegel daalt, gaat het hele proces sneller verlopen, maar is de versnelling groter voor de osteoclasten dan voor de osteoblasten. Daardoor kan er in korte tijd veel botweefsel verloren gaan. De activiteit van de schildklier (par. 7.3) vormt ook nog een belangrijke factor. Hoe harder de schildklier werkt, hoe sneller de botombouw verloopt. Calcium wordt hierdoor aan het bot ontrokken, deels door resorptie, deels door de verhoogde botafbraak door de osteoblasten. Wanneer de afbraak overheerst ontstaan er holtes door botresorptie waardoor de botten brozer worden. Ook zijn er nog stoffen die de botopbouwende activiteiten van de osteoblasten onderdrukken, zoals het bijnierschorshormoon cortisol en de daarop lijkende groep van corticosteroı¨den (par. 7.6.1). Geneesmiddelen met corticosteroı¨den (zoals prednison) zijn dan ook schadelijk voor het skelet, zeker als de botbalans om andere redenen negatief is.

Intermezzo 11.1 Osteoporose en botdichtheid Osteoporose is een metabole aandoening waarbij de massa van het bot door verhoogde resorptie afneemt, maar de chemische samenstelling niet afwijkend is van de norm. De naam botontkalking is niet juist. Letterlijk betekent de naam ‘osteoporose’ dat er porie¨n of gaatjes in het bot (osteon) ontstaan. Dat is in werkelijkheid ook het geval. De structuur van het bot wordt aangetast en het harde botmateriaal lost op, zodat het bot zwakker wordt en de kans op botbreuk wordt verhoogd. Osteoporose geeft als zodanig geen klachten. Het wordt pas opgemerkt als er bijvoorbeeld een opvallende lengtevermindering optreedt of bij het ontstaan van een fractuur (pols, heup, wervel). Om een beter inzicht te krijgen in de risico’s van het optreden van osteoporose kan men de zogenaamde botmineraaldichtheid (BMD) bepalen. Deze wordt ook wel kortweg botdichtheid genoemd. Bij een meting van de botdichtheid wordt vastgesteld hoe de botmassa van bepaalde personen zich verhoudt tot het gemiddelde van gezonde dertigjarige vrouwen uit dezelfde etnische groep (de T-score) of tot het gemiddelde van hun eigen

415

416

Fysiologie en anatomie niveau 5

leeftijdsklasse (de Z-score). De gemiddelden en de bijbehorende gemiddelde afwijking (standaarddeviatie) zijn vastgesteld op basis van een groot aantal metingen. Wie een T-score of Z-score kleiner dan -1 heeft en daarmee meer dan e´e´n standaarddeviatie onder het gemiddelde scoort, geldt als lijdend aan osteopenie (botarmoede). Bij een T- of Z-score van –2,5 of nog kleiner (de afwijking bedraagt meer dan 2,5 standaarddeviaties) wordt volgens de definitie van de Wereldgezondheidsorganisatie gesproken van osteoporose. Een botdichtheidsmeting zegt niets over de verschijnselen die iemand eventueel ervaart, maar is een maat voor de kans dat verschijnselen van osteoporose de kop op zullen steken.

Intermezzo 11.2 Invloed van gewichtsloosheid op het skelet Ruimtevaarders, langdurig bedlegerige patie¨nten en ouderen die nauwelijks meer de deur uitkomen, hebben een gemeenschappelijk probleem: atrofie van spieren en botten en degeneratie van het kraakbeen. Gewichtsloosheid blijkt vooral voor het skelet funest. Bij het begin van de bemande ruimtevaart bleek al gauw dat in urinemonsters van ruimtevaarders een verhoogd calciumgehalte aanwezig was. Dat was een teken dat het skelet van de ruimtevaarders tijdens de vlucht als het ware begon op te lossen. Bovendien bleek de botdichtheid na de vlucht altijd lager, bij de een wat meer dan bij de ander. Het calciumverlies bleek meteen en in een hoog tempo bij de aanvang van de vlucht te beginnen, maar zich na een paar weken te stabiliseren. Het gehalte aan stoffen in het bloed die wijzen op botaanmaak (zoals alkalische fosfatase en osteocalcine) veranderde aanvankelijk niet, maar bleek na een verblijf van drie `a vier weken in de ruimte toch sterk en blijvend gedaald te zijn. Het botverlies bij ruimtevaarders, vooral in de onderste ledematen, wordt veroorzaakt door een permanente afname van de productie van nieuw bot. De afbraak gaat in het gewone tempo door. Het nettoresultaat is een duidelijke achteruitgang, waarvan de gevolgen lang na een terugkeer op de aarde merkbaar blijven. Men heeft van alles geprobeerd om iets aan dit ernstige probleem te doen, zoals het gebruik van een hometrainer of een loopband. Dat bleek wel te helpen om de spiermassa op peil te houden, maar niet tegen het botverlies. Simulaties op aarde hebben aangetoond dat dagelijks vier uur echt lopen pas een gunstig effect heeft op de botaanmaak. Dat is echter moeilijk te realiseren in een ruimtecabine waar de zwaartekracht ontbreekt. De nadelige effecten van gewichtsloosheid op de kwaliteit van het bot blijken aanzienlijk te zijn.

11

Beweging

11.1.4 beenverbindingen Botten kunnen op verschillende manieren met elkaar zijn verbonden: – door onbeweeglijke beenverbindingen: suturen (naadverbindingen), bijvoorbeeld bij de botten van het neurocranium (hersenschedel) (par. 11.2.1); – door beweeglijke beenverbindingen, waarbij er nog twee mogelijkheden zijn: verbindingen door middel van kraakbeen en door middel van gewrichten. Bij kraakbeenverbindingen is er slechts een geringe beweging mogelijk, bijvoorbeeld de symfyse (symphysis pubica) tussen de schaambeenderen en de kraakbeenverbinding tussen ribben en sternum. Gewrichten zijn zeer beweeglijke beenverbindingen. Kraakbeen Kraakbeenverbindingen bevatten vooral vezelig kraakbeen (par. 1.9.2). In de gewrichten bevindt zich vaak hyalien kraakbeen. Ook voor een goede conditie van kraakbeen is afwisselend belasten en ontlasten noodzakelijk. Kraakbeen is namelijk niet doorbloed en wordt gevoed vanuit de bloedvaten in het perichondrium. Voedingsstoffen diffunderen van hieruit naar het inwendige van het kraakbeenstuk en afvalstoffen diffunderen terug naar het perichondrium. Door een kraakbeenstuk als een meniscus te belasten wordt de vloeistof naar de randen gedrukt, waardoor de afvoer van afvalstoffen wordt bevorderd. Bij ontlasting trekt de vloeistof met voedingsstoffen weer terug naar het centrum van de meniscus. Door een beweging als lopen wordt de meniscus aldus gemasseerd en wordt de diffusie bevorderd.

Intermezzo 11.3 Veroudering van kraakbeen Naarmate de leeftijd van een mens toeneemt, treden er ook veranderingen in het kraakbeen op. In de groeifase speelt het kraakbeen in de pijpbeenderen een belangrijke rol als voorloper van de botvorming. Als de groei gestopt is heeft het kraakbeen een structurele functie in veel gewrichten als gewrichtsoppervlak en als steunend materiaal in neus, oren en thorax. Tijdens het leven treden in de structuur van het kraakbeen chemische veranderingen op waardoor de oorspronkelijke opaaldoorzichtige kleur verandert in een ondoorzichtig vezelig materiaal. De belangrijkste functionele consequentie is dat het kraakbeen minder soepel en minder glad wordt, waardoor de beweeglijkheid van de gewrichten vermindert. Vrij veel oudere mensen krijgen last van pijn in en rond de gewrichten, vooral van de ledematen en de wervelkolom (osteoartrose) waarbij het gewrichtskraakbeen dunner wordt en de uiteinden van aangrenzende botten minder goed op elkaar passen. Bovendien vertonen de botuiteinden vaak nieuwvorming waardoor onregelmatig gevormde uitsteeksels ontstaan (osteofyten).

417

418

Fysiologie en anatomie niveau 5

Bouw van een gewricht Bij een gewricht (articulatio) zijn de volgende onderdelen te onderscheiden (afb. 11.6): – epifysen (uiteinden) van de botten (kop en kom) bekleed met hyalien kraakbeen; – gewrichtskapsel (capsula articularis); dit is een stevig kapsel met veel collagene vezels, met aan de binnenzijde het synoviaalvlies. Het kapsel omsluit de gewrichtsholte (gewrichtsspleet, cavitas articularis), die gevuld is met synovia (gewrichtssmeer), een helder, slijmbevattend vocht. De synovia wordt geproduceerd door het synoviaalvlies (gewrichtsvlies) dat onder andere bloedvaten bevat. De synovia heeft enerzijds een smeerfunctie terwijl het anderzijds zorgt voor de voeding van het kraakbeen. Door het bezit van gewrichtskapsels met synoviaalvliezen worden de gewrichten ook wel synoviale verbindingen genoemd; – ligamenten (gewrichtsbanden); het zijn zeer stevige collagene structuren die samen met de spieren ertoe bijdragen dat de botten hecht met elkaar verbonden blijven. Afbeelding 11.6 Schematische lengtedoorsnede van een gewricht.

De botten van een gewricht worden door de vorm, de luchtdruk (in de gewrichtsholte heerst onderdruk), kapsels, banden en spieren goed op elkaar gehouden. Bij het oprekken van een gewricht kan er door de heersende onderdruk een luchtbel in de gewrichtsspleet terechtkomen. Dit veroorzaakt het knakkende geluid bij bijvoorbeeld de vingerkootjes. Bij een distorsie (verstuiking, verzwikking) zijn de kapsels en banden gerekt of zelfs gescheurd, terwijl bij een luxatie (ontwrichting) kop en kom zodanig uit elkaar zijn getrokken, dat ze niet meer vanzelf in de oude positie terugkeren. Bij een aantal gewrichten komen bijzondere structuren voor zoals: – menisci articulares; dit zijn halvemaanvormige kraakbeenplaatjes waarvan er zich in ieder kniegewricht twee bevinden (de laterale en mediale meniscus, par. 11.4.2). Ze vergroten de stabiliteit van het kniegewricht doordat door hun aanwezigheid de gewrichtsvlakken beter aan elkaar zijn aangepast. Het zijn tevens schokdempers;

11

Beweging

– discus articularis; dit is een kraakbeenschijf die onder andere wordt aangetroffen in het kaakgewricht (par. 11.2.2) en tussen het sternum en de clavicula (sleutelbeen). Ook hierdoor worden de gewrichtseinden beter op elkaar aangesloten; – bursae synoviales (slijmbeurzen); het zijn met synovia gevulde platte zakjes die tot taak hebben de wrijving tussen botten en de weke delen te beperken. Vooral bij het kniegewricht bevinden zich veel (ongeveer tien) slijmbeurzen (par. 11.4.2). Indeling van de gewrichten Op grond van de bewegingsmogelijkheden worden de gewrichten als volgt ingedeeld: – kogelgewricht: er is beweging mogelijk in vele richtingen (vlakken), bijvoorbeeld schoudergewricht en heupgewricht; – rolgewricht: het ene beenstuk draait om het andere, bijvoorbeeld radius (spaakbeen) om ulna (ellepijp), atlas (bovenste wervel, drager van het hoofd) om de dens (tand) van de axis (draaier); – scharniergewricht: er is slechts beweging mogelijk in e´e´n vlak, bijvoorbeeld ellebooggewricht, gewricht tussen vingerkootjes; – zadelgewricht: er is beweging mogelijk in twee vlakken loodrecht op elkaar, bijvoorbeeld tussen het middenhandsbeen voor de duim en het aangrenzende handwortelbeentje; – straf gewricht: er is zeer weinig beweging mogelijk door de aanwezigheid van talrijke ligamenten, bijvoorbeeld de sacro-iliacale gewrichten tussen os sacrum (heiligbeen) en os ilii (ilium, darmbeen), de gewrichten tussen tibia (scheenbeen) en fibula (kuitbeen) en de gewrichten tussen de handwortel- en voetwortelbeentjes onderling. 11.2

Beenderen van het hoofd

Bij het cranium (schedel) zijn er twee gedeelten te onderscheiden: het neurocranium (hersenschedel) en het viscerocranium (aangezichtsschedel) (afb. 11.7, 11.8 en 11.9 links). 11.2.1 neurocranium Het neurocranium omsluit de ruimte waarin zich de hersenen bevinden en bestaat uit het schedeldak (calvaria) en de schedelbasis (basis cranii). Het neurocranium is opgebouwd uit de volgende beenderen: – os frontale (voorhoofdsbeen) met aan weerszijden boven de neus een sinus frontalis (voorhoofdsholte), die in verbinding staat met de neusholte; – os parietale (wandbeen), aan beide kanten; – os occipitale (achterhoofdsbeen) met de condyli (achterhoofdsknobbels) en het foramen magnum (achterhoofdsgat); de condyli bewegen bij het ja-knikken over de gewrichtsvlakken van de atlas. Via het foramen magnum staat de schedelholte in verbinding met het wervelkanaal; – os temporale (slaapbeen), aan beide kanten; het os temporale is opgebouwd uit de volgende onderdelen:

419

420

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 11.7 Schedel met de verschillende schedelbeenderen, van voren.

de schelp (pars squamosa), een vlakke, licht gebogen plaat waarin zich de inwendige gehooropening en een gedeelte van de uitwendige gehoorgang bevinden; hij bevat bovendien de gewrichtskom voor de mandibula (onderkaak); het mastoı¨d (processus mastoideus, tepelvormig uitsteeksel), dat onder en achter de oorschelp ligt en met lucht gevulde ruimten (mastoı¨dcellen) bevat, die in verbinding staan met de trommelholte van het gehoororgaan; het rotsbeen (pars petrosa ossis temporalis), dat naar binnen uitsteekt en waarin zich het inwendige gehoororgaan en het evenwichtsorgaan bevinden; het jukbooguitsteeksel, dat de schelp met het jukbeen (os zygomaticum) verbindt, waardoor de jukboog (arcus zygomaticus) ontstaat; – etmoı¨d (os ethmoidale, zeefbeen), met aan weerszijden vele kleine holten (etmoı¨dcellen) die samen de sinus ethmoidalis (zeefbeenholte) vormen; ieder etmoı¨d staat met de neusholte in verbinding. Het etmoı¨d bestaat uit de volgende onderdelen: .

.

.

.

11

Beweging

Afbeelding 11.8 Schedel met de verschillende schedelbeenderen, van opzij.

een horizontale zeefbeenplaat (lamina cribrosa) met talrijke openingen waar de nervus olfactorius (reukzenuw) doorheen loopt (par. 8.1.1); de zeefplaat heeft in het midden een kleine opstaande kam; twee zijdelingse delen aan iedere zijde, namelijk de bovenste en de middelste concha nasalis (neusschelp); het onderste paar conchae zit vast aan de maxilla (bovenkaak). een dunne verticale plaat die samen met de vomer (ploegschaarbeen) en het kraakbenige tussenschot, het septum nasi (neustussenschot) vormen; – sfenoı¨d (os sphenoidale, wiggenbeen). Dit is een groot vlindervormig beenstuk dat als het ware een wig vormt tussen de overige schedelbeenderen. De laterale delen worden vleugels genoemd. In het midden bezit het sfenoı¨d een verhoging met daarin een uitholling, de sella turcica (Turks zadel). In de uitholling bevindt zich de hypofyse, een belangrijke hormoonklier (par. 7.2). Ook het sfenoı¨d bezit een holte, de sinus sphenoidalis (wiggenbeensholte) die met de neusholte in verbinding staat. .

.

.

421

422

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 11.9 Links: schedel; mediane doorsnede. Rechts: schedelbasis (basis cranii).

De beenderen van de hersenschedel zijn min of meer onbeweeglijk met elkaar verbonden door middel van suturen (sutura, naden): zigzag verlopende en in elkaar grijpende randen. Bekende naden zijn de sutura sagittalis (pijlnaad) tussen de beide ossa parietale en de sutura coronalis (kroonnaad) tussen os frontale en de beide ossa parietale. Het schedeldak wordt gevormd door het os frontale, het os parietale aan beide kanten, het os temporale aan beide kanten en het os occipitale. De schedelbasis bevat vele kleine openingen voor de passage van bloedvaten en zenuwen en e´e´n grote opening: het foramen magnum. De schedelbasis (basis cranii) wordt gevormd door het os frontale, de zeefplaat, sfenoı¨d, de rotsbeenderen en het os occipitale. De schedelbasis (afb. 11.9 rechts) bestaat uit drie fossa (groeven): – fossa cranii anterior (voorste schedelgroeve); deze ligt het hoogst en wordt gevormd door het os frontale, de zeefplaat en het sfenoı¨d; – fossa cranii media (middelste schedelgroeve); die wordt gevormd door het sfenoı¨d (met de sella turcica) en het os temporale (met de rotsbeenderen); – fossa cranii posterior (achterste schedelgroeve); deze ligt het laagst en wordt gevormd door het os occipitale (achterhoofdsbeen) en gedeeltelijk door de rotsbeenderen.

11

Beweging

11.2.2 viscerocranium Het viscerocranium (aangezichtsschedel), die bij de mens kleiner is dan het neurocranium (hersenschedel), bestaat uit de volgende beenderen: – maxilla (bovenkaak); deze kaak is een vergroeiing van twee beenstukken. Door middel van twee smalle uitsteeksels is de maxilla verbonden met het os frontale. Ook het onderste paar conchae is met de maxilla verbonden. Het palatum durum (harde gehemelte) bestaat voor het grootste deel uit een horizontaal deel van de maxilla. De rest van het palatum durum wordt gevormd door de beide gehemeltebeenderen. Aan weerszijden bevat het kaakbeen een sinus maxillaris (bovenkaakholte) die in verbinding staat met de neusholte. De sinus maxillaris mondt uit boven in de meatus nasi medius (middelste neusgang); – mandibula (de onderkaak); bij de geboorte zijn het linker- en rechterdeel van de mandibula nog niet met elkaar vergroeid. De vergroeiing vindt plaats in het eerste levensjaar. De mandibula bezit aan de achterzijde twee verticale uitsteeksels. Aan het voorste uitsteeksel is de musculus temporalis (een kauwspier) vastgehecht. Het achterste uitsteeksel (het kaakkopje) vormt met de gewrichtskom van het slaapbeen het kaakgewricht. In de gewrichtsholte bevindt zich een kleine kraakbeenschijf (discus) waardoor de holte in tweee¨n wordt gedeeld. Dit komt ten goede aan de bewegingsmogelijkheden van de mandibula, het enige schedelbot dat bewogen kan worden; – twee jukbeenderen (jukbeen = os zygomaticum); het achterwaarts gerichte uitsteeksel van het jukbeen vormt samen met het uitsteeksel van het os temporale de jukboog; – twee ossa nasale (neusbeenderen); ze vormen het harde (benige) deel van de neusrug; – twee traanbeenderen (traanbeen = os lacrimale); ze liggen aan de binnenzijde van de orbita (oogkas) en bevatten ieder een traankanaal; – vomer (ploegschaarbeen), een deel van het septum nasi; het is een verticaal gesitueerd bot onder en in het verlengde van de zeefplaat, de verticale plaat van het etmoı¨d. Door het septum nasi wordt de neusholte in tweee¨n verdeeld. Door de aanwezigheid van drie paar conchae (neusschelpen) wordt iedere neusholte in vier ruimten onderverdeeld, namelijk de ruimte boven in de neusholte, waar zich het reukslijmvlies bevindt, en de drie meatus nasi (neusgangen). Onder een meatus nasi wordt de ruimte onder een neusschelp (concha) verstaan; – twee ossa palatinum (gehemeltebeenderen); deze kleine met elkaar vergroeide beenstukken vormen het achterste deel van het palatum durum (harde of benige gedeelte). Het voorste deel is een onderdeel van de maxilla; – het hyoı¨d (os hyoideum, tongbeen); dit bot is gelegen tussen de spieren achter en onder de tong. Het is niet meer met de andere botten van het viscerocranium verbonden, maar wel met het

423

424

Fysiologie en anatomie niveau 5

schildkraakbeen van de larynx. Het hyoı¨d dient onder meer ter bevestiging van de tong. Het viscerocranium heeft behalve een beschermende functie ook een steunfunctie, bijvoorbeeld ten aanzien van enkele belangrijke zintuigorganen zoals neus, ogen en mond. Er bevinden zich grote openingen in het viscerocranium, die opgevuld zijn met spieren, vetweefsel en bindweefsel. Zo bevinden zich in de orbita (oogkas) de oogbol en de bijbehorende weefsels (oogspieren, oogzenuw, bloedvaten en steunvetweefsel). De wand van de oogkas omvat delen van de volgende botten: os frontale, sfenoı¨d, maxilla, traanbeen, etmoı¨d en jukbeen. In de schedelbeenderen rondom de neusholte bevinden zich de neusbijholten (sinus paranasales, paranasale holten), die in verbinding staan met de neusholte: sinus frontales, sinus ethmoidales, sinus sphenoidales en sinus maxillares (par. 4.1.1). 11.2.3 ontwikkeling van de schedel De schedelbeenderen ontwikkelen zich op twee manieren. Bij de meeste beenderen is er sprake van directe botvorming (desmale verbening) vanuit het mesenchym, het embryonale bindweefsel. Bij een aantal botten, zoals het sfenoı¨d en het etmoı¨d, is er sprake van indirecte botvorming (enchondrale botvorming) zoals die ook optreedt bij de groei van pijpbeenderen. Hierbij wordt kraakbeen (chondros) vervangen door been. Bij neonaten zijn de schedelbeenderen slechts door bindweefselvliezen met elkaar verbonden. Er is dan ook sprake van ‘open’ schedelnaden. De bij de geboorte nog niet verbeende plaatsen in het schedeldak, daar waar drie of meer schedelbeenderen samenkomen, worden fontanellen genoemd. De grote fontanel is de ‘opening’ (bindweefselgebied) tussen het os frontale en de beide ossa parietales. Deze fontanel sluit als laatste in de eerste helft van het tweede levensjaar. De kleine fontanel is de ‘opening’ tussen het os occipitale en de beide ossa parietale. De zijfontanellen zijn gepaarde fontanellen aan de laterale zijde van het neurocranium (afb. 11.10). De schedelnaden zijn bij vijf a` zes maanden geheel gesloten. In de vijftiende tot achttiende maand sluit de grote fontanel. Primaire craniosynostose is een aandoening waarbij (vaak voor de geboorte) de schedelnaden vroegtijdig verbeend zijn. Meestal beperkt de verbening zich tot e´e´n naad of enkele naden, zodat vooral de schedelvorm afwijkend is. Soms is operatief ingrijpen nodig. Secundaire craniosynostose kan optreden ten gevolge van het achterblijven van de groei van het cerebrum. 11.3

Beenderen van de romp

Het skelet van de romp bestaat uit de wervelkolom, de thorax en de pelvis (bekken). 11.3.1 wervelkolom De wervelkolom (columna vertebralis) is opgebouwd uit (meestal) 33 wervels die door disci intervertebrales (tussenwervelschijven, kraak-

11

Beweging

425

Afbeelding 11.10 Schedel van een neonaat: zijaanzicht (boven) en bovenaanzicht (onder).

beenschijven) en gewrichten met elkaar zijn verbonden. Van boven naar beneden worden onderscheiden (afb. 11.11): – zeven cervicale wervels (halswervels); – twaalf thoracale wervels (borstwervels); – vijf lumbale wervels (lendenwervels); – vijf sacrale wervels (heiligbeenwervels), vergroeid tot os sacrum (het heiligbeen); – vier coccygeale wervels (staartbeenwervels), vergroeid tot het os coccygis (staartbeen, stuitbeen). Bij de wervelkolom zijn de volgende normaal voorkomende krommingen te onderscheiden: – lordose: een holle kromming aan de dorsale zijde (rugzijde); deze is aanwezig in het cervicale en in het lumbale gebied; – kyfose: een bolle kromming aan de dorsale zijde; deze is aanwezig in het thoracale en in het sacrale gebied; – scoliose: een geringe zijwaartse kromming; deze is ontstaan omdat het gewicht van de linkerlichaamshelft niet gelijk is aan die van de rechterlichaamshelft. Dit verschil wordt vooral door de lever veroorzaakt. Deze functionele scoliose staat tegenover een structurele scoliose: een abnormale zijwaartse kromming, waarbij de structuur van een of meer wervels is veranderd. Deze kan zijn aangeboren,

426

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 11.11 Wervelkolom.

maar kan ook worden veroorzaakt door een verkeerde werkhouding of het dragen van een zware tas over steeds dezelfde schouder. Het wervelkanaal wordt gevormd door de opeenvolgende wervelgaten en loopt vanaf de eerste cervicale wervel tot aan het os coccygis. In het wervelkanaal bevindt zich het ruggenmerg (medulla spinalis) dat loopt tot ongeveer de tweede lumbale wervel. Bouw van een wervel Een wervel (vertebra) bevat de volgende onderdelen (afb. 11.12): – corpus vertebrae (wervellichaam) aan de ventrale zijde; – arcus vertebrae (wervelboog) aan de dorsale zijde; – foramen vertebrale (wervelgat) tussen corpus vertebrae en arcus; de opeenvolgende wervelgaten vormen het wervelkanaal (canalis vertebralis); – processus (uitsteeksels) op de arcus: twee processus transversales (dwarsuitsteeksels), e´e´n processus spinosus (doornuitsteeksel) en vier processus articulares (gewrichtsuitsteeksels), twee aan de bovenzijde en twee aan de onderzijde. Door de processus articulares kunnen de opeenvolgende wervels met elkaar gewrichten vormen. Deze tussenwervelgewrichten worden meestal aangeduid met de term facetgewrichten. Tussen de wervellichamen van de wervels (behalve tussen de eerste twee cervicale wervels en bij de vergroeide wervels) bevinden zich de discus intervertebrales (tussenwervelschijven). Iedere discus interverte-

11

Beweging

Afbeelding 11.12 Zesde thoracale wervel van boven gezien (links) en van opzij gezien (rechts).

bralis bezit een nucleus pulposus, een waterrijke, pulpachtige kern (= nucleus) en een anulus fibrosus (fibreuze ring). Wanneer de anulus fibrosus plaatselijk is verzwakt kan de nucleus pulposus uitpuilen in het wervelkanaal waardoor zenuwen in de verdrukking kunnen komen. Er is dan sprake van hernia nuclei pulposi (HNP), kortweg hernia genoemd, meestal voorkomend in de tussenwervelschijf tussen de vierde en de vijfde lumbale wervel, kortweg L4-L5 (intermezzo 11.7) Aan de laterale zijden bevinden zich tussen de wervels openingen, de tussenwervelgaten (foramina intervertebralia) voor het doorlaten van de spinale zenuwen (ruggenmergszenuwen). Cervicale wervels (C1 t/m C7) Bij de meeste cervicale wervels is de processus spinosus gevorkt. De processus transversae zijn doorboord voor de passage van de arteria vertebralis en vena vertebralis, die mede zorgen voor het vervoer van het bloed naar en vanaf de hersenen (par. 6.13). De processus transversae bezitten een groot foramen vertebrale en een klein corpus vertebrae. De eerste cervicale wervel heet atlas, een ringvormige wervel doordat het corpus vertebrae en de processus spinosus vrijwel geheel ontbreken. De vier processus articulares ontbreken eveneens. De atlas bezit daarentegen vier grote gewrichtsvlakken, twee aan de bovenzijde (kommen waarin de achterhoofdsknobbels kunnen bewegen) en twee aan de onderzijde (voor de bewegingen tussen atlas en draaier) (afb. 11.13). De tweede cervicale wervel, de axis (draaier), bezit op het corpus vertebrae een dens (tand). Bij het ja knikken beweegt het hoofd met de achterhoofdsknobbels over de gewrichtskommen van de atlas: atlas en axis zijn in rust. Bij het nee schudden draait het hoofd met atlas om de dens van de axis.

427

428

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 11.13 De bovenste twee cervicale wervels: atlas (links); axis (midden); atlas en axis op elkaar (rechts).

Thoracale wervels (Th1 t/m Th12) Bij deze wervels zijn de processa spinosa schuin naar beneden (dorsocaudaal) gericht. Aan de laterale zijden bezitten ze extra gewrichtsvlakken voor de bevestiging van de twaalf paar ribben (afb. 11.12). Lumbale wervels (L1 t/m L5) De lumbale wervels bezitten een zeer groot corpus vertebrae en een relatief klein foramen vertebrale. Op de arcus staan grote uitsteeksels. De processus spinosus vormt een verticale plaat die vrijwel horizontaal gelegen is. Het ruggenmerg bij volwassen eindigt ongeveer bij de tweede lumbale wervel. Sacrale wervels (vertebrae sacrales: S1 t/m S5) De sacrale wervels zijn vergroeid tot een driehoekig beenstuk, het os sacrum (het heiligbeen), dat vier paar openingen bezit. Het os sacrum is naar achter gebogen (kyfose) waardoor de pelvis (bekken) vrij groot is. De processus spinosi zijn nauwelijks ontwikkeld. De bovenstaande rand (basis) van het os sacrum die naar voren uitsteekt heet promontorium. Deze naam wordt echter ook wel gebruikt voor de voorkant van de erboven liggende tussenwervelschijf. Coccygeale wervels (vertebrae coccygeae) Deze kleine wervels (meestal 4, soms 3 of 5) zijn vergroeid tot het os coccygis (staartbeen of stuitbeen). Het wervelkanaal loopt tot aan het os coccygis. 11.3.2 thorax De thorax (borstkas) omsluit de cavitas thoracis (borstholte) en wordt gevormd door het sternum, de twaalf paar ribben en een gedeelte van de wervelkolom, namelijk de twaalf thoracale wervels met de bijbehorende tussenwervelschijven (afb. 11.14). Het sternum is van boven naar beneden opgebouwd uit het manubrium waaraan het eerste paar ribben is bevestigd, het corpus (lichaam) en het xifoı¨d (processus xiphoideus, zwaardvormig aanhangsel) dat soms

11

429

Beweging

Afbeelding 11.14 De thorax (gevormd door wervelkolom, ribben en sternum) omsluit de cavitas thoracis.

nog grotendeels uit kraakbeen bestaat. De angulus sterni (Ludovici) is de overgang van het manubrium sterni naar het corpus sterni. Dit is de aanhechtingsplaats van de tweede rib. De twaalf paar ribben worden onderverdeeld in zeven paar ware ribben en vijf paar valse ribben. De ware ribben staan ieder door middel van kraakbeen direct in verbinding met het sternum. Het eerste paar is bevestigd aan het manubrium, terwijl de overige zes paar met het corpus zijn verbonden. De vijf paar valse ribben staan indirect met het sternum in verbinding doordat ze verbonden zijn met het kraakbeenstuk van het zevende paar of doordat ze vrij eindigen. Dit laatste geldt voor de onderste twee paar ribben die daarom zwevende ribben worden genoemd. 11.3.3 pelvis De pelvis (bekken) is opgebouwd uit de volgende beenderen (afb. 11.21): – os coxae (heupbeen, 2x); ieder os coxae is een vergroeiing van de volgende beenderen: os ilii (darmbeen), os ischii (zitbeen) en os pubis (schaambeen). Elk os coxae heeft een acetabulum, een diepe gewrichtskom waar de kop van het femur in past. Het acetabulum wordt gevormd door delen van os ilii, os pubis en os ischii. De bovenrand van het os coxae wordt gevormd door het crista iliaca (darmbeenkam, afb. 11.17). Aan voorkant hiervan bevindt zich een uitsteeksel, spina iliaca anterior superior, waaraan de musculus sarto-

430

Fysiologie en anatomie niveau 5

rius is gehecht. Aan het os ischii zit de tuber ischiadicum (zitbeenknobbel) vast (afb. 11.17); – os sacrum; – os coccygis. 11.4

Beenderen van de extremiteiten

De beenderen van arm en been vertonen grote overeenkomsten. Dit komt duidelijk naar voren in de samenvatting van de beenderen en enkele belangrijke gewrichten van de extremiteiten in tabel 11.1. De pijpbeenderen van de humerus (opperarmbeen) en het femur (dijbeen) hebben beide ronde uiteinden, condylen genaamd. Hier bovenop bevinden zich epicondylen (knobbels). Tabel 11.1

Beenderen van arm en been.

arm (afb. 11.15 en 11.16)

been (afb. 11.17 en 11.18)

humerus (opperarmbeen) – caput humeri (kop) – corpus humeri (schacht)

femur (dijbeen) – caput femoris (kop) – collum femoris (hals) patella (knieschijf)

onderarm – radius (spaakbeen) – ulna (ellepijp)

onderbeen – tibia (scheenbeen) – fibula (kuitbeen)

hand (manus) – carpus (handwortel) met 8 ossa carpi (handwortelbeenderen) – metacarpus (middenhand) met 5 metacarpalia (middenhandsbeenderen) – 5 digiti (vingers); 4 digiti met ieder 3 falangen en de duim (pollux) met 2 falangen

voet (pes) – tarsus (voetwortel) met 7 ossa tarsi (voetwortelbeenderen) – metatarsus (middenvoet) met 5 metatarsalia (middenvoetsbeenderen) – 5 digiti (tenen); 4 digiti met ieder 3 falangen en de hallux (grote teen) met 2 falangen

belangrijke gewrichten

belangrijke gewrichten

ellebooggewricht – scharniergewricht tussen humerus en onderarm – rolgewricht tussen radius en ulna

kniegewricht (afb. 11.19) – gecombineerd gewricht tussen femur en tibia

polsgewricht – scharniergewricht tussen radius en de proximale rij carpalia

enkelgewricht – scharniergewricht tussen tibia en fibula en distaal de talus (bovenste spronggewricht) – scharniergewricht tussen talus enerzijds en calcaneus en os naviculare anderzijds (onderste spronggewricht)

11.4.1 beenderen en gewrichten van arm en hand De arm bestaat uit de opperarm en onderarm. De opperarm bestaat uit e´e´n bot, de humerus. De botten van de onderarm zijn de radius (spaakbeen) en de ulna (ellepijp). De ulna heeft bij de cubitus (elleboog) een breed en plat haakvormig uitsteeksel, het olecranon. De hand (manus) bestaat uit de carpus (handwortel), de metacarpus (middenhand) en de digiti (vingers). De carpus bestaat uit acht carpalia (ossa carpi, handwortelbeenderen) waaronder het os scaphoideum, scafoı¨d (os naviculare manus, scheepvormig been) dat proximaal ligt

11

Beweging

431

Afbeelding 11.15 Skelet van de rechterarm, gezien op de borstzijde.

Afbeelding 11.16 Linkerhand van de mens, gezien op de rug van de hand.

432

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 11.17 Beenskelet.

en tegen de radius. De andere zeven carpalia zijn: os lunatum, os triquetrum, os trapezium, os trapezoideum, os capitatum, os hamatum en os pisiforme. De metacarpus bevat vijf metacarpalia (ossa metacarpi, middenhandsbeenderen). De digiti bevatten ieder drie falangen (kootjes), behalve de duim, die er maar twee heeft. De duim is opponeerbaar: kan tegenover de andere vingers worden geplaatst (oppositie). Gewrichten in arm en hand De bovenste extremiteit is zodanig gebouwd dat zeer veel beweging mogelijk is tussen de botstukken onderling. In de cubitus bevindt zich zowel een scharniergewricht tussen de humerus en de onderarm als een rolgewricht tussen de radius en ulna. Het scharniergewricht wordt gevormd door het olecranon van de ulna en humerus. Tussen de onderarm en hand bevindt zich het polsgewricht. Het polsgewricht is een ingewikkeld gewricht, waarin de carpus, die uit in

11

Beweging

433

Afbeelding 11.18 Rechtervoet van bovenaf gezien. Het grote bolle gewrichtsvlak van de talus (sprongbeen) past in het holle gewrichtsvlak van de tibia.

Afbeelding 11.19 Kniegewricht.

434

Fysiologie en anatomie niveau 5

twee rijen gerangschikte carpalia bestaat, beweegt ten opzichte van de radius, terwijl de carpalia ook ten opzichte van elkaar bewegen. Hierdoor is niet alleen beweging van de pols op en neer mogelijk (scharniergewricht) maar ook heen en weer. Bovendien kan de radius, met meeneming van de hand, om de ulna draaien in de lengterichting (rolgewricht). De duim kan tegenover de andere vingers geplaatst worden (oppositie) door een zadelgewricht tussen duim en handwortel. 11.4.2 beenderen en gewrichten van been en voet Evenals de bovenarm bevat het bovenbeen e´e´n bot, het femur (dijbeen). Bij het femur wordt onderscheid gemaakt tussen de caput femoris (kop) en de collum femoris (hals). Bij de collum femoris bevinden zich twee uitsteeksels: de trochanter major en de trochanter minor.

Intermezzo 11.4 Collumfractuur Een fractuur van de collum femoris komt meestal voor bij oudere mensen (ouder dan 75 jaar) met osteoporose. De grotere kans op vallen, bijvoorbeeld als gevolg van hartritmestoornissen en het gebruik van slaapmiddelen, speelt ook een rol. De femurkop wordt van bloed voorzien via bloedvaten in het kapsel, het merg en het ligamentum teres (arteria capitis femoris). Bij een intracapsulaire fractuur is meestal alleen nog de arteria capitis femoris intact. De overige bloedvaten zijn of afgescheurd of dichtgedrukt door het hematoom, waardoor de bloedvoorziening van de kop minimaal is. Verschijnselen van een collumfractuur zijn onder andere: – pijn in de lies; – onvermogen om op het been te staan; – verkorting en hoogstand van de trochanter major door tractie van de spieren; – verkorting van het been; – exorotatie.

Aan de ventrale zijde van het kniegewricht ligt de patella (knieschijf, afb. 11.19) in de pees van de quadriceps (zie par. 11.7.3). Het onderbeen bevat evenals de onderarm twee beenderen, de tibia (scheenbeen) en fibula (kuitbeen). De tibia heeft een tibiaplateau, het proximale platte gewrichtsvlak, en de tuberositas tibiae, een verdikking aan de voorkant van de tibia, net onder de knie waaraan de kniepees is gehecht. Onderaan vormt het naar mediaan gerichte uiteinde de malleolus medialis (de binnenenkel). De fibula heeft onderaan een uitsteeksel dat de malleolus lateralis (buitenenkel) vormt. De voet (pes) bestaat uit de tarsus (voetwortel), metatarsus (middenvoet) en vijf digiti (tenen). De tarsus bevat zeven ossa tarsi (voetwortelbeenderen): – talus (sprongbeen);

11

Beweging

– calcaneus (hielbeen; achillespeesbevestiging); – os naviculare (scheepvormig been); – 3 ossa cuneiformae; – os cuboideum. De metatarsus bevat vijf metatarsalia (ossa metatarsi, middenvoetsbeenderen). De digiti bevatten ieder weer drie falangen behalve de hallux (grote teen) met slechts twee falangen. Kniegewricht Het femur, de tibia en de patella maken deel uit van het kniegewricht (afb. 11.19). Met gebogen knie kan men het onderbeen roteren vanuit de knie. Het kniegewricht is dus niet enkel een scharniergewricht, maar een gecombineerd gewricht. De condylen van het femur vormen samen een gewricht met de condylen van de tibia. Het femur vormt ook een gewricht met de patella. De condylen van het femur passen niet goed op die van de tibia. De femurcondylen zijn groter en veel sterker gekromd dan de bijna vlakke condylen van de tibia. Deze incongruentie wordt verminderd door de tussen het femur en de tibia gelegen menisci (par. 11.1.4) en door de elasticiteit van het gewrichtskraakbeen, waardoor de gewrichtsoppervlakken licht vervormen en zich aan elkaar aanpassen. Het gewrichtskapsel van de knie is vrij stevig en wordt nog versterkt door verschillende ligamenten onder andere het ligamentum patellae (de kniepees) en het ligamentum collaterale laterale en mediale. In het kniegewricht komen ook twee intra-articulaire banden voor, namelijk de voorste en achterste kruisband (ligamentum cruciatum anterior en posterior). De collaterale banden zorgen voor stabilisatie in het kniegewricht. De mediale band is vergroeid met het gewrichtskapsel, loopt aan de binnenzijde van de knie en is voor en klein deel verbonden met de mediale meniscus. Dit ligament verhindert abductie van het onderbeen. De laterale band bevindt zich buiten het gewrichtskapsel en kan dan ook van buitenaf gepalpeerd worden. Deze band verhindert adductie van het onderbeen. De kruisbanden liggen binnen de knie in de fossa intercondylaris. Ze worden vaak beschadigd bij sportongevallen. Vaak zijn ook de collaterale banden en/of de menisci beschadigd. De voorste kruisband loopt vanaf de area intercondylaris anterior van de tibia naar het achterste gedeelte van het mediale oppervlak van de condylus lateralis femoris. Wanneer de knie gebogen is, is het ligament verslapt. Bij een gescheurde voorste kruisband ontstaat het zogenaamde voorste schuifladefenomeen: bij 908 flexie van de knie kan de tibia ten opzichte van het femur 2-3 cm naar voren worden bewogen. Deze beschadiging kan ontstaan door indirect inwerkend trauma aan de mediale of laterale zijde van het been, door hyperextensie of wanneer de voet vast op de grond staat en er vervolgens rotatie in de knie optreedt. De achterste kruisband loopt vanaf de area intercondylaris posterior naar het voorste gedeelte van het oppervlak van de condylus femoralis van het femur. Bij verscheuring (door trauma op de tibia bij gebogen

435

436

Fysiologie en anatomie niveau 5

knie of hyperextensie van de knie) kan de tibia ten opzicht van het femur meer dan normaal naar dorsaal gebogen worden: het achterste schuifladefenomeen.

Intermezzo 11.5 Meniscusletsel Doordat de kromming van de femurcondyl sterker is dan het tibiaplateau blijft er tussen beide een ruimte over. Deze ruimte wordt opgevuld door de menisci. Ze stabiliseren het kniegewricht en zorgen voor het gelijkmatig overbrengen van krachten van het bovenbeen op het onderbeen. Verwijdering van een meniscus geeft overbelasting van het kraakbeen met vroegtijdig optredende degeneratieve veranderingen. De mediale meniscus zit stevig gefixeerd aan de mediale band en scheurt daarom makkelijker dan de laterale. Beschadiging van de meniscus ontstaat meestal bij rotatie van het onderbeen en gelijktijdige flexie. Bij endorotatie ontstaat een laterale meniscuslaesie en bij exorotatie een mediale. Vaak ontstaat er een achterhoornscheur, die als de kracht groot genoeg is, doorzet naar voren: bucket-handle-laesie. Op oudere leeftijd scheurt de meniscus makkelijker. Verschijnselen van een meniscusletsel zijn: – hydrops (zwelling); – pijn in de knie of ter hoogte van de meniscus; – soms zit de knie op slot; – soms draait de knie bij een bepaalde beweging weg. De behandeling bestaat uit het, door middel van de artroscoop, hechten van de scheur of een partie¨le meniscectomie.

Rondom de knie liggen verschillende bursae. De bursa suprapatellaris bevindt zich 6-7 cm proximaal van de bovenrand van de patella. Aan de achterzijde van de knie bevinden zich enkele bursae die soms in open verbinding staan met de gewrichtsholte. Aan de ventrale zijde van de knie bevinden zich drie bursae: tussen de huid en de patella de bursa prepatellaris, de bursa infrapatellaris en een bursa op de tuberositas tibiae. Een bursitis kan ontstaan ten gevolge van een bacterie¨le infectie (Staphylococcus aureus), maar ook als gevolg van chronisch (overbelasting) of acuut trauma. De bursa prepatellaris is vaak ontstoken bij werkzaamheden in knielende houding (dweilen) en staat bekend als de housemaid knee. Ontstekingen aan de bursa infrapatellaris en aan die op de tuberositas komen voor als gevolg van knielen bij gelijktijdig gestrekte romp (bidhouding). Malleolus Bij de malleolus (enkel) bevinden zich twee scharniergewrichten: het onderste en bovenste spronggewricht. Het bovenste spronggewricht wordt gevormd tussen de malleolus medialis (binnenenkel) en de malleolus lateralis (buitenenkel), die in een vork om de talus staan.

11

Beweging

437

Het onderste spronggewricht bestaat uit de talus en twee van de ossa tarsi, namelijk de calcaneus en het os naviculare. 11.5

Beenderen van de gordels

De gordels vormen de verbinding van de vrije extremiteiten met de romp. Hierbij worden de schoudergordel en de bekkengordel onderscheiden. De schoudergordel (afb. 11.20) verbindt de bovenste ledematen met de romp en is opgebouwd uit: – twee claviculae (sleutelbeenderen); een clavicula is een S-vormige gebogen beenstuk dat het sternum verbindt met de scapula; – twee scapulae (schouderbladen); de scapula is een plat driehoekig beenstuk met aan de dorsale zijde de schouderkam die eindigt met de acromion (schoudertop), die door middel van een gewricht met de clavicula is verbonden. Aan de ventrale zijde bezit de scapula een stomp uitsteeksel, de processus coracoideus (ravenbeksuitsteeksel). De processus coracoideus vormt samen met het acromion een bescherming voor het schoudergewricht (een kogelgewricht). De kop van de humerus past in de kom van het schoudergewricht. Afbeelding 11.20 Het schoudergewricht is een kogelgewricht. Frontale doorsnede van de rechterschouder, van voren gezien.

De bekkengordel (afb. 11.21) verbindt de onderste extremiteiten met de romp en is opgebouwd uit de beide ossa coxae, het os sacrum en aan de voorzijde de symfyse, die de verbinding vormt tussen de beide ossa coxae. De caput femoris past in het acetabulum (heupkom) van het os coxae. Ook hier is sprake van een kogelgewricht.

438

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 11.21 Bekkengordel vrouw (links) en man (rechts).

11.6

Spierstelsel

Het spierstelsel zorgt voor beweging en voortbeweging, voor fixatie van het lichaam (staan en zitten) en voor bescherming: de spieren vormen een deel van de lichaamswand. Het zijn namelijk ook bouwelementen van borst- en buikwand. Spieren zijn bovendien een bron van warmteproductie. In paragraaf 1.9.3 is de bouw van het spierweefsel reeds besproken en zijn ook de verschillen tussen gladde en dwarsgestreepte spieren aangegeven. 11.6.1 bouw en werking van een skeletspier Bouw van een dwarsgestreepte spier Iedere dwarsgestreepte spier bestaat uit een aantal spierbundels, elk omgeven door bindweefsel. Ook de spier zelf is gehuld in een stevig bindweefselvlies, de fascie. De collagene vezels van de fascie komen in de pees (tendo) dicht tegen elkaar aan te liggen en lopen verder door in het bot. Op deze manier wordt een stevige verankering bereikt. Een pees wordt omgeven door een met synovia gevulde bindweefselkoker waarin hij heen en weer kan glijden. Soms lopen meerdere pezen in een peeskoker. Dat is bijvoorbeeld het geval bij de carpale tunnel. Hierin lopen de pezen van de flexoren van de vingers samen met de nervus medianus. Wanneer de druk in dit kanaal door zwellingen toeneemt, kunnen symptomen ontstaan als prikkelende vingers, uitstralend naar de arm en krachtsverlies. Deze symptomen worden samen het carpaletunnelsyndroom genoemd. Plaatvormige spieren (par. 11.6.3) zijn verankerd aan het bot door middel van een aponeurose (peesplaat), een zeer brede platte pees. Iedere spierbundel bevat een groot aantal spiervezels (afb. 11.22). Een spiervezel is te beschouwen als e´e´n enkele, veelkernige spiercel, ontstaan uit het versmelten van een aantal embryonale spiercellen. Hierbij fuseren ook de membranen van de embryonale spiercellen tot e´e´n geheel, het sarcolemma. Hierdoor ontstaat een langgerekte spiercel met veel kernen. Na voltooiing van dit proces is de spiercel amitotisch: hij is niet meer in staat om zich te delen. Binnen in de spiercel bevinden zich myofibrillen: ketens van de contractiele eiwitten actine en myosine. Naast de myofibrillen bevat het cytoplasma van deze spier-

11

Beweging

439

cellen mitochondrie¨n en een sterk ontwikkeld endoplasmatisch reticulum, hier het sarcoplasmatisch reticulum genoemd. Afbeelding 11.22 De onderdelen van een spier bij toenemende vergroting.

Iedere dwarsgestreepte myofibril is opgebouwd uit een groot aantal achter elkaar geschakelde eenheden, de sarcomeren genoemd (afb. 11.22). Ieder sarcomeer wordt begrensd door het Z-membraan (Zwischenscheibe). Een sarcomeer bestaat uit de twee contractiele eiwitfilamenten, namelijk dunne actinefilamenten en dikkere myosinefilamenten. Deze filamenten hebben een constante lengte maar schuiven in meer of mindere mate in elkaar (afb. 11.23), zoals de delen van een ladder, waardoor de lengte van het sarcomeer, en daarmee de lengte van de spiervezel, afneemt of toeneemt. Door een elektronenmicroscoop is dan zichtbaar, dat de lichte banden, die corresponderen met de niet overlappende delen van actine en myosine (zogenaamde I-band en H-zone), smaller worden. De overlappende delen vormen de donkere band (A-band). Een sarcomeer heeft zo een dwarse streping doordat hij afwisselend lichte en donkere banden bevat. De actine- en myosinefilamenten maken onderling contact door middel van een groot aantal verbindingen (crossbridges), die gevormd worden door de gebogen uiteinden van de myosinefilamenten. De beweging van actine- en myosinefilamenten ten opzichte van elkaar verloopt niet vloeiend maar schoksgewijs. Steeds wordt dezelfde serie stappen herhaald (afb. 11.24): 1 hechten van de uiteinden van myosine aan actine door middel van

440

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 11.23 Contractie komt tot stand doordat in de sarcomeren de actinefilamenten tussen de myosinefilamenten worden getrokken.

crossbridges; een voorwaarde hiervoor is, dat de bindingsplaatsen voor myosine op het actinefilament vrij zijn. In rust zijn deze afgedekt door het eiwit tropomyosine (afb. 11.25). Aan het tropomyosine is het eiwit troponine gebonden. Dit troponine heeft een bindingsplaats voor calcium. Door binding van Ca2+-ionen aan het troponine verandert het tropomyosine van vorm waardoor de bindingsplaatsen voor myosine op het actinefilament vrij komen te liggen en de contractie kan beginnen. Daarom is alleen bij een hoge concentratie Ca2+ in het cytoplasma van de spiercel binding van actine en myosine mogelijk; 2 rotatie van de crossbridges, waardoor de actine- en myosinefilamenten ten opzichte van elkaar verschuiven; 3 losmaken van de crossbridges; 4 rotatie van de losse crossbridges naar de beginstand waarna stap 1 herhaald wordt. Iedere keer dat deze stappen doorlopen worden wordt energie verbruikt in de vorm van ATP. Fysiologie van de spiercontractie Allereerst wordt de skeletspier geactiveerd. Normaal gesproken gebeurt dat door actiepotentialen, afkomstig vanuit de motorische zenuwcellen. (Spieren kunnen ook tot contractie worden gebracht door elektrische stroom, mechanische, warmte-, koude-, of chemische prikkels). Wanneer een actiepotentiaal het axoneinde van de motorische vezel (het motorische eindplaatje) bereikt, wordt hier de neurotransmitter acetylcholine vrijgemaakt (afb. 6.7, par. 6.2.4). Deze neurotransmitter steekt de synapsspleet over en wordt gebonden aan specifieke receptoren in het sarcolemma. Hierdoor wordt het sarcolemma doorlaatbaar voor natriumionen. Omdat de concentratie van deze deeltjes buiten de cel veel groter is dan binnen de cel stromen er natriumionen de spiercel in. Als gevolg daarvan keert de membraanpotentiaal om: eerst was de binnenkant van de cel negatief geladen ten opzichte van de buitenkant, door het binnenstromen van de natriumionen is de binnenkant juist positief geworden. Dit verschijnsel wordt depolarisatie genoemd (zie par. 6.2.1). Hiermee wordt

11

Beweging

441

Afbeelding 11.24 Stapsgewijze contractie van een dwarsgestreepte spiercel op moleculair niveau.

Afbeelding 11.25 Tropomyosine gewonden om het actinefilament met troponine dat de binding van actine aan myosine reguleert.

de spiervezel geprikkeld. De depolarisatie breidt zich vervolgens over het gehele sarcolemma uit. Een spiervezel is daarom o´f niet gedepolariseerd o´f in zijn geheel gedepolariseerd (‘alles-of-niets-wet’). Door de depolarisatie van de spiervezel wordt het membraan van het sarcoplasmatisch reticulum doorlaatbaar voor calciumionen. De concentratie calcium in het sarcoplasmatisch reticulum is veel hoger dan in het cytoplasma van de spiercel, waardoor deze ionen het cytoplasma instromen. Daar binden zij zich aan tropomyosinemoleculen, die de actinefilamenten blokkeren. Het calcium-tropomyosinecomplex laat vervolgens los van de actine, waardoor actine nu in staat is zich aan het myosine te hechten en de spiercontractie kan beginnen. Zolang er actiepotentialen op het sarcolemma aankomen, blijft de spiervezel geactiveerd, blijft de calciumconcentratie in het cytoplasma hoog en blijft de spier actief. Ee´n enkelvoudige contractie, ofwel spierschok (Engels: twitch), van de bij de motorische eenheid behorende spiervezels komt in de natuur vrijwel niet voor. Motorische neuronen geven bijna altijd een reeks van impulsen aan de spier. Bij

442

Fysiologie en anatomie niveau 5

een contractie van een spier worden ten minste veertig actiepotentialen per seconde geregistreerd. Zodra de impulsen uit het motorische axon stoppen komt de spiervezel weer in de rusttoestand. – Het calcium wordt uit het cytoplasma verwijderd en in het sarcoplasmatisch reticulum opgeslagen. Dit is een actief proces: calciumionen moeten van een lage concentratie naar een hoge concentratie. Het proces kost energie in de vorm van ATP. – De bindingsplaatsen op actine voor myosine worden weer afgedekt door tropomyosine. – De crossbridges worden verbroken. Bij de contractie van een spier wordt zo energie verbruikt voor de beweging van de actine- en myosinefilamenten ten opzichte van elkaar e´n om de spier weer in de rusttoestand te brengen. Bij een overledene is de hoeveelheid ATP in een cel natuurlijk snel uitgeput. De calciumionen kunnen dan niet meer worden teruggepompt naar het sarcoplasmatisch reticulum en de crossbridges blijven bestaan. De actine- en myosinefilamenten blijven daardoor aan elkaar gebonden, waardoor rigor mortis (lijkstijfheid) ontstaat. Het komt niet vaak voor dat een beweging tot stand komt door contractie van slechts e´e´n enkele spier. Zoals boven beschreven volgt een spiervezel, evenals een zenuwcel, de zogenaamde alles-of-nietswet. Dat wil zeggen dat wanneer een spiervezel zich samentrekt deze contractie steeds maximaal is. Ee´n zenuwcel is verbonden met meer dan e´e´n spiervezel. Een axon en de door dat axon aangestuurde spiervezels vormen samen een zogenaamde motorische eenheid of motorunit. Wanneer er een impuls door de zenuwcel loopt volgt altijd automatisch een volledige contractie van alle spiervezels van de desbetreffende motorunit. De grootte van een motorunit varieert voor verschillende delen van het lichaam. Bij de gelaatsspieren, de spieren van de tong, de stembanden en van de handen, is een axon verbonden met enkele tientallen spiervezels. Deze spieren kunnen daarom nauwkeurig worden aangestuurd (fijne motoriek). Hiertegenover staan de grote beenspieren, waar e´e´n axon enkele duizenden vezels tegelijk stimuleert. De sterkte van een spiercontractie kan op twee manieren worden geregeld. – Door de prikkelsterkte in de motorische zenuw; deze komt tot uitdrukking in de frequentie van de actiepotentialen. Bij een lage impulsfrequentie heeft de spier tussen de impulsen steeds de gelegenheid zich te ontspannen. Wanneer de impulsfrequentie wordt opgevoerd is de spier nog niet geheel teruggekeerd tot de uitgangslengte wanneer de volgende actiepotentiaal arriveert. De contracties versterken elkaar daarom in een cumulatie-effect. Boven een bepaalde impulsfrequentie is er helemaal geen tijd meer voor relaxatie. De spier blijft dan voortdurend maximaal aange-

11

Beweging

spannen. Een dergelijke contractie wordt een tetanische contractie genoemd. – Door het aantal motorische eenheden dat meedoet aan de contractie; wanneer de stimulus vanuit de hersenen groter wordt, worden ook vezels ingezet, die een hogere drempelwaarde hebben. Bij iedere beweging werken meestal veel spieren samen: de zogenaamde synergisten, bijvoorbeeld alle flexoren (buigspieren) van het bovenbeen. Doordat spieren zich alleen maar kunnen verkorten, moeten ze door hun antagonisten (‘tegenwerkers’) worden verlengd. Zo zijn de extensoren (strekspieren) van het bovenbeen de antagonisten van de flexoren. Beide groepen spieren zijn bij bewegingen voortdurend samen werkzaam. Via impulsen uit het zenuwstelsel wordt ervoor gezorgd dat de bewegingen goed worden gecoo¨rdineerd. Zelfs rustende spieren zijn gedeeltelijk gecontraheerd. De spieren hebben hierdoor een zekere spanning: de spiertonus. Bij de lichaamshoudingen en de gelaatsuitdrukking is de tonus belangrijk. Bij vermoeidheid wordt de tonus verlaagd. Op grond van de spiertonus en de spierverkorting worden de volgende contracties onderscheiden: – isotonische contracties; hierbij blijft de tonus in de spier gelijk, maar de lengte van de spier verandert, bijvoorbeeld bij het buigen van de arm in het ellebooggewricht; – isometrische contracties; hierbij blijft de spierlengte gelijk, maar de spanning in de spier neemt toe, bijvoorbeeld bij een poging een te zwaar voorwerp op te tillen; – auxotonische contracties; hierbij verkort de spier zich, terwijl de spiertonus toeneemt, bijvoorbeeld bij rekken van de armen met behulp van een veer. Omdat bij isometrische contracties de lengte van de spier niet verandert worden deze contracties ook wel statische contracties genoemd. Isotonische en auxotonische contracties vormen samen de dynamische contracties. In het menselijk lichaam komen zuiver isotonische contracties vrijwel niet voor. De meeste contracties zijn auxotonisch. Typen dwarsgestreepte spieren Spieren zijn niet allemaal hetzelfde, de vezels in een skeletspier evenmin. Ze verschillen zowel in kleur en stofwisseling als ook naar kracht en snelheid van de contractie. Er bestaat een gedeeltelijke overlap tussen deze criteria. In fysiologisch opzicht kan hierbij een onderscheid gemaakt worden tussen snel en langzaam contraherende spieren. Het verschil is gelegen in de spiervezel. In alle spieren komen beide soorten spiervezels voor. Het is vooral de verhouding tussen beide soorten die bepaalt hoe snel een spier kan samentrekken. De spiervezels worden in chemisch opzicht ingedeeld in glycolytische en oxidatieve vezels. De glycolytische spiervezels halen hun energie voornamelijk uit anaerobe afbraak en de oxidatieve vezels uit aerobe afbraakprocessen. Bij de laatste komt veel meer energie vrij (zie par.

443

444

Fysiologie en anatomie niveau 5

1.5). In combinatie met de fysiologische indeling zijn enkele typen spiervezels te onderscheiden, met name snelle glycolytische spiervezels en langzame oxidatieve spiervezels. Er is ook nog een morfologisch onderscheid te maken tussen de spiervezels, namelijk witte en rode spiervezels. De langzame oxidatieve vezels bevatten minder myofibrillen, maar meer mitochondrie¨n en zuurstofbindend myoglobine; door deze laatste eigenschap worden ze rode spiervezels of ook wel type I genoemd. De rode kleur van spieren met voornamelijk oxidatieve spiervezels wordt mede veroorzaakt door de aanwezigheid van veel bloedcapillairen. De rode spiervezels zijn in staat langdurig te werken. Een voorbeeld van dit type spier wordt gevormd door de lange rugspieren (par. 11.7.2) die tijdens het staan en lopen langdurig samengetrokken moeten zijn. De snelle glycolytische spiervezels bevatten veel dicht opeengelegen myofibrillen. Ze hebben weinig mitochondrie¨n en in het sarcoplasma is veel glycogeen opgeslagen. Door de grote dichtheid aan myofibrillen kunnen deze vezels in een zeer korte tijd veel kracht leveren. Het energieverbruik in deze spieren is zo hoog, dat de aanvoer van zuurstof tekortschiet. Zij halen hun energie daarom voornamelijk uit de anaerobe verbranding waarbij melkzuur wordt gevormd. Zij bevatten dan ook weinig myoglobine en zijn daardoor licht van kleur. Omdat zij het maar een korte tijd volhouden zijn deze spiervezels bij uitstek geschikt voor sprintactiviteiten. Ze worden witte spiervezels genoemd of ook wel type II. Het percentage van de verschillende typen spiervezels is erfelijk vastgelegd. Dit is niet door training te veranderen. Om die reden heeft de ene persoon meer aanleg voor sprinten, terwijl een ander meer geschikt is voor duursporten. Wel is het mogelijk door training de aanwezige spiervezels van een bepaald type te activeren. Het gaat dan uiteraard om dat type dat nodig is voor bijvoorbeeld een bepaalde sportprestatie. Een marathonloper zal vooral de rode, langzame oxidatieve, spiervezels (type I) moeten stimuleren.

Intermezzo 11.6 Elektromyogram (emg) Het is mogelijk om de elektrische activiteit in spieren te registreren. Dit gebeurt bij spieren zowel in ontspannen toestand als tijdens contractie. Dit wordt het maken van een elektromyogram (emg) genoemd. Door het aanbrengen van elektroden op de huid kan de activiteit in de eronder liggende spieren geregistreerd worden. Hierdoor is het bijvoorbeeld mogelijk na te gaan welke spieren door een bepaald letsel van het zenuwstelsel zijn getroffen. Bij alle aandoeningen van een motorisch neuron of uitlopers daarvan zijn ook skeletspieren de dupe. Men kan vaak vrij nauwkeurig een bepaald letsel vaststellen en ook verwachtingen uitspreken ten aanzien van verbetering en herstel. Omgekeerd is het ook mogelijk om skeletspieren te stimuleren met behulp van op de huid aangebrachte elektroden. Hiermee kan atrofie van spieren na een CVA worden voorkomen, zodat de

11

Beweging

patie¨nt na revalidatie sneller over zijn motorische vermogens kan beschikken.

11.6.2 bouw en werking van de hartspier De organisatiestructuur van de dwarsgestreepte hartspier wijkt af van die van de dwarsgestreepte skeletspieren (afb. 1.23). Dit hangt samen met het feit dat alle vezels van de hartspier met elkaar in verbinding staan. Op deze wijze vindt intercellulaire communicatie plaats. Deze verbindingsplaatsen liggen in de intercalaire schijven; dit zijn met de microscoop zichtbare celgrenzen tussen de hartspiercellen. De afmeting van de vezels varieert in de verschillende delen van het hart. De cellen zijn vertakt en doordat ze met elkaar verbonden zijn, vormen ze een complex netwerk van vezels die gezamenlijk de wand van de holten in het hart vormen. De ruimte tussen de vezels bevat bloedvaten, lymfevaten en zenuwvezels. De vezels van de hartspier vertonen dezelfde streping als de skeletspieren. Omdat de vezels niet allemaal parallel lopen is deze streping moeilijker waarneembaar. De fysiologie van de hartspier komt in grote lijnen overeen met die van de skeletspier. Er is echter een aantal belangrijke verschillen (zie par. 2.2.1 onder bijzondere eigenschappen van het nodale weefsel). – De hartspier wordt niet aangestuurd door een motorische zenuw maar komt als gevolg van spontane depolarisatie zelfstandig tot contractie. Normaal gesproken vindt de spontane depolarisatie alleen plaats in de cellen van de sinusknoop en is dit de gangmaker (pacemaker) van het hart. Soms kunnen ook andere structuren dan de sinusknoop als gangmaker fungeren. Dat kan de AV-knoop zijn, maar het kan in principe op iedere andere plaats. Er is dan sprake van ectopische impulsvorming. De vegetatieve zenuweinden in de hartspier kunnen de slagfrequentie van het hart en de slagkracht beı¨nvloeden. – Door de verbindingen tussen myocardcellen wordt een actiepotentiaal, die in e´e´n hartspiercel door spontane depolarisatie ontstaat, overgenomen door alle aangrenzende cellen. Deze geven de actiepotentiaal op hun beurt ook weer door, zodat het hart altijd in zijn geheel depolariseert en contraheert. – De myocardcellen bevatten een slecht ontwikkeld sarcoplasmatisch reticulum en daarmee een geringe calciumvoorraad. De calciumionen, die nodig zijn voor de contractie, zijn daarom voor een groot deel afkomstig uit het bloedplasma. Om die reden is de hartspier, in tegenstelling tot de skeletspier, gevoelig voor de calciumconcentratie van het bloed. 11.6.3 bouw en werking van gladde spieren Het gladde spierweefsel (zie ook par. 1.9.3) vormt als weefsel geen eenheid omdat in verschillende weefsels verschillende organisatievormen voorkomen. In de iris van het oog bijvoorbeeld (par. 8.3.1) bevindt zich een type

445

446

Fysiologie en anatomie niveau 5

glad spierweefsel dat is opgebouwd uit afzonderlijke spoelvormige cellen, die onderling niet elektrisch verbonden zijn, maar wel via structuren voor een mechanisch verband. De spiervezels zijn niet spontaan actief, maar moeten, evenals skeletspiervezels, geactiveerd worden door afgifte van neurotransmitters vanuit de zenuwvezels. De organisatie en de functie van gladde spieren in de wand van holle organen zoals het maag-darmkanaal en uterus zijn geheel anders. Ook hier bestaat het weefsel uit spoelvormige cellen, maar nu zijn er vele verbindingsplaatsen tussen de cellen. Hier vormen de vezels gezamenlijk een functionele eenheid, die qua werking meer op de hartspier lijkt. Het is ook spontaan actief en de impuls wordt van vezel op vezel doorgegeven. Zij kunnen echter ook worden beı¨nvloed door het autonome zenuwstelsel. Een goed voorbeeld van de intercellulaire communicatie vormt de wand van de uterus. Waarschijnlijk heeft rek van deze wand door een extremiteit van de foetus tot gevolg dat spiercellen tot depolarisatie komen. Als gevolg van de directe impulsoverdracht verspreidt deze depolarisatie zich als een golf over de rest van de uteruswand, waardoor de gehele uterus contraheert en een wee ontstaat. De gladde spiervezels in de wand van bloedvaten worden door veel factoren gestimuleerd. Dit kunnen lokaal aanwezige stoffen zijn of prikkels uit het sympathische zenuwstelsel (par. 6.10.1) of het hormoonstelsel. Deze gladde spiervezels zijn voor hun contractie in hoge mate afhankelijk van het calcium uit het plasma. Hierop berust de werking van calciumantagonisten als verapamil, die onder andere worden gebruikt bij hypertensie. 11.7

Spiergroepen

De spieren van het menselijk lichaam kunnen worden onderscheiden in een drietal spiergroepen: hoofd- en halsspieren, rompwandspieren en extremiteitsspieren. 11.7.1 hoofd- en halsspieren Tot de spieren van het hoofd behoren de mimische spieren en de kauwspieren (afb. 11.26). De mimische spieren bevinden zich tussen de aangezichtsschedel en de huid. Ze worden geı¨nnerveerd door de nervus facialis (aangezichtszenuw, hersenzenuw VII). Hiertoe behoren onder andere de spieren van de neus en de voorhoofdsspier. Ook de kringspieren rondom de mond en ogen worden hiertoe gerekend. De kauwspieren dragen overigens eveneens bij aan de mimiek. De belangrijkste kauwspieren zijn de musculus masseter, de musculus temporalis en de musculus buccinator (‘trompetterspier’). Deze laatste spier is zo genoemd, omdat hij de mondhoek naar achter trekt, bijvoorbeeld bij het huilen en lachen. De musculus buccinator vormt samen met de musculus masseter (tussen jukbeen en mandibula) de wang. De halsspieren bewegen het hoofd ten opzichte van de romp en zorgen voor de fixatie van nek en hoofd in verschillende standen. Een bekende spier in dit verband is de musculus sternocleidomastoideus, ook

11

Beweging

Afbeelding 11.26 Hoofd- en halsspieren.

wel schuine halsspier genoemd. Wanneer de musculus sternocleidomastoideus zich samentrekt, neigt het hoofd naar dezelfde zijde, maar draait het tevens naar de tegenovergestelde zijde. Zo heft deze spier de kin omhoog en draait hem naar de andere kant (scheve hals). De musculus sternocleidomastoideus doet tevens dienst als hulpademhalingsspier. De musculus trapezius (monnikskapspier) is ook betrokken bij het draaien en het rechtop houden van het hoofd. 11.7.2 rompwandspieren De rompwandspieren vormen een deel van de lichaamswand en begrenzen, samen met de thorax, de wervelkolom en de pelvis, de belangrijke lichaamsholten: de cavitas thoracis en de cavitas abdominalis met de cavitas pelvis. Bij de rompwandspieren worden op grond van het vezelverloop (de contractierichting) de volgende drie systemen onderscheiden: – longitudinaal systeem: de vezels lopen in de lengterichting tussen het hoofd en de pelvis; aan de dorsale zijde behoren hiertoe de diepe rugspieren en aan de ventrale zijde een aantal halsspieren en de musculi recti abdomines (rechte buikspieren). De halsspieren en de musculi recti abdomines zijn onderbroken door het sternum; – schuine systemen: de vezels hebben een schuin verloop; in het borstgebied behoren hiertoe de musculi intercostales externi (buitenste of uitwendige tussenribspieren) en de musculi intercostales interni (binnenste of inwendige tussenribspieren) en in het buikgebied de musculi obliqui abdomines (schuine buikspieren); – transversaal systeem: de vezels lopen dwars (transversaal); dit systeem komt uitsluitend voor in het buikgebied namelijk bij de musculus transversus abdominis (dwarse buikspier).

447

448

Fysiologie en anatomie niveau 5

De rompwandspieren worden ingedeeld in borstwandspieren, buikwandspieren, rugspieren en de spieren van het diafragma en de bekkenbodem. Borstwandspieren De borstwandspieren worden hoofdzakelijk gevormd door de musculi intercostales. Deze spieren (in totaal elf paar) vervullen naast hun begrenzende taak een belangrijke rol bij de ademhaling. Ze liggen telkens tussen twee ribben in en lopen van de onderzijde van de bovenste rib naar de bovenzijde van de onderste rib (afb. 11.27).

Afbeelding 11.27 Borstwand- en buikwandspieren bij de man (rechts) en het verloop van de musculus obliquus externus abdominis (a) en de musculus obliquus internus abdominis (b) ten opzichte van de rectusschede (links).

Op grond van het vezelverloop zijn twee schuine systemen, die elkaar loodrecht kruisen, te onderscheiden: de musculi intercostales externi en de musculi intercostales interni. De musculi intercostales externi lopen tussen de ribben schuin naar voor-onder en zorgen voor inademing. De musculi intercostales interni hebben een verloop schuin naar achter-onder. Ze doen dienst als uitademingsspieren. Bij krachtig uitademen zorgen ze er namelijk voor dat de ribben naar beneden worden getrokken zodat de borstholte wordt verkleind. Uitademen is meestal grotendeels een passief proces (par. 4.2.2). Buikwandspieren De buikwandspieren (afb. 11.27 en 11.28) kunnen worden ingedeeld op grond van de drie voornoemde systemen:

11

Beweging

449

– longitudinaal systeem: de musculus rectus abdominis links en rechts. Deze spier loopt van het sternum en de onderste ribben naar het os pubis en de symfyse. De spier bezit drie tot vier tussenpezen zodat er sprake is van een meerbuikige spier. De functie bestaat in het vooroverbuigen van de romp. De musculi recti abdomines worden omgeven door de rectusschede; – schuine systemen: de musculus obliquus externus abdominis en de musculus obliquus internus abdominis; de vezels van de musculus obliquus externus abdominis hebben een verloop zoals de benen van de letter V. De vezels lopen zo van craniolateraal (boven-opzij) naar caudomediaal (onder-midden). De vezels van de musculus obliquus internus abdominis hebben een verloop zoals de benen van de letter A: van craniomediaal (boven-midden) naar caudolateraal (onder-opzij). De vezels van beide schuine buikspieren kruisen elkaar vrijwel loodrecht. De schuine buikspieren zorgen voor het buigen en draaien van de wervelkolom, terwijl ze eveneens druk uitoefenen op de buikingewanden; – transversaal systeem: de musculus transversus abdominis; deze buikspier ligt aan de binnenzijde van de schuine buikspieren. Met name deze spier oefent druk uit op de buikingewanden. Afbeelding 11.28 Dwarsdoorsnede door de buikwand; boven: buikwand dorsaal; onder: buikwand ventraal. 1 + 10. subcutis 2. musculus erector spinae 3. musculus latissimus dorsi 4 + 7. musculus transversus abdominis 5 + 8. musculus obliquus internus abdominis 6 + 9. musculus obliquus externus abdominis 11. processus spinosus 12. musculus psoas major 13. corpus vertebrae 14. aponeurose 15. musculus rectus abdominis 16. linea alba 17. rectusschede

Aan de ventrale zijde van de buik ontbreekt een benige bevestigingsmogelijkheid. Daarom zijn de meeste buikspieren bevestigd aan de rectusschede, die wordt gevormd door de aponeurosen van de schuine en dwarse buikspieren. In het midden van de rectusschede bevindt zich de linea alba (witte lijn). Dit is een witte strook van bindweefsel, ontstaan door vervlechting van collagene vezels van het linker- en

450

Fysiologie en anatomie niveau 5

rechtergedeelte van de rectusschede. De umbilicus (navel) is een opening in de linea alba. De onderrand van de peesplaat van de buitenste schuine buikspier wordt ligamentum inguinale (liesband) genoemd. Het ligamentum inguinale loopt van de boven-voorzijde van het os ilii naar het os pubis. Het vormt een belangrijk deel van de wand van het canalis inguinalis (lieskanaal). Bij de man loopt het canalis inguinalis van de cavitas abdominalis naar het scrotum en bevat de funiculus spermaticus (zaadstreng, par. 12.5.1), waarvan de vas deferens (zaadleider) een belangrijk onderdeel is. Bij de vrouw lopen door het canalis inguinalis de ligamentum teres (ronde baarmoederband) en lymfevaten. Het canalis inguinalis eindigt hier in de labium majus (grote schaamlip). De buikwandspieren hebben een veelzijdige functie. Ze vormen een bescherming voor de buikorganen, zorgen voor het buigen en draaien van de romp, spelen een belangrijke rol bij de buikademhaling en zijn van grote betekenis voor de buikpers: het tegelijkertijd contraheren van het diafragma en de buikspieren waardoor de buikholte onder druk komt te staan. De buikpers wordt gebruikt bij urinelozing, defecatie, blazen en hoesten, baring en bij tillen van zware lasten. Het risico van de buikpers is dat zwakke plekken in de buikwand de hoge abdominale druk soms niet kunnen weerstaan. De buikinhoud kan door deze plekken uitpuilen: hernia (intermezzo 11.7).

Intermezzo 11.7 Hernia Onder de term hernia (letterlijk: uitpuiling) worden in principe twee verschillende zaken verstaan waarbij in beide gevallen van een uitpuiling sprake is: hernia nucleus pulposus (HNP) en de hernia (ingewandsbreuk), waarbij sprake is van een uitpuiling van het peritoneum. Hernia nucleus pulposus (HNP) De discus intervertebralis bestaat uit een weke nucleus pulposus omgeven door een stugge anulus fibrosus. De ligamenta longitudinales anterior en posterior zijn stevig verbonden met de anulus fibrosus. Ter hoogte van L4-L5 en L5-S1 is het ligamentum longitudinalis posterior het smalst, terwijl op deze plaatsen de grootste krachten worden uitgeoefend. Een hernia van de nucleus pulposus in het wervelkanaal door een ruptuur van de verzwakte anulus fibrosus komt lateraal aan de achterkant, tussen de wervels L4-L5 en L5-S1, het meest voor. Door de hernia van de nucleus pulposus ontstaat compressie van een of meer ruggenmergwortels. Verplaatst de nucleus pulposus zich samen met een deel van de anulus fibrosus, dan is er sprake van een discus prolaps. Omdat door veelvuldige draaibewegingen in de lumbale wervelkolom degeneratie van de anulus fibrosus optreedt, is dat vaak de druppel die de emmer doet overlopen en treedt er herniatie (ontstaan van een hernia) op.

11

Beweging

De nucleus kan gedeeltelijk of in zijn geheel worden uitgestoten en vrij komen te liggen in het wervelkanaal. Bij een totale hernia kunnen alle zenuwwortels van de cauda equina op dat niveau bekneld raken: caudasyndroom. Een belangrijk verschijnsel van HNP is uitstralende pijn naar het been, aan de kant waar de hernia zit. Vaak hebben de patie¨nten perioden van lage rugpijn doorgemaakt voordat de pijn in het been ontstaat. De rugpijn kan berusten op lokale factoren (verkeerde belasting van de spieren, degeneratieve veranderingen) maar kan ook ontstaan doordat de patie¨nt een houding zoekt waarin de zenuwwortel het minst wordt geprikkeld. Vaak is er geen duidelijke aanleiding voor het ontstaan van de uitstralende pijn in het been. Soms kan de pijn plotseling ontstaan bij een verkeerde houding of draaibeweging. Het verloop van de uitstralende pijn geeft aan welke zenuwwortel wordt geprikkeld. Bij hoesten, niezen en persen wordt de pijn erger. Dit berust op drukverhoging in de liquorruimte, waardoor de druk op de in die ruimte lopende zenuwwortel toeneemt. Ook langdurig staan of zitten in e´e´n houding (lange autorit) kan de klachten doen toenemen. Sensibiliteitsstoornissen kunnen voorkomen in de vorm van dove gevoelens en prikkelingen tot overgevoeligheid. Paresen zijn zeldzaam. Omdat de meeste spieren door twee of meer wortels worden geı¨nnerveerd en de laterale HNP meestal maar e´e´n wortel comprimeert, is er meestal slechts sprake van een lichte parese. Vooral de voet- en teenreflexen (klapvoet) en de voet- en teenflexoren kunnen minder krachtig zijn. Bij het caudasyndroom zijn meerdere sacrale wortels aangedaan. Hierbij ontstaan gevoelsstoornissen in het ‘rijbroekgebied’ (billen en achterzijde van de benen), mictie en defecatiestoornissen (veranderd passagegevoel, retentie of incontinentie) en impotentie. Hernia (breuk) Met het woord breuk wordt in dit verband niet bedoeld een fractuur, bijvoorbeeld van een bot, maar een ingewandsbreuk. Onder een hernia externa wordt een uitstulping van het peritoneum parietale (breukzak) verstaan door een al of niet van tevoren bestaande opening in de buikwand (breukpoort), waarin zich buikorganen bevinden (breukinhoud). Bij een hernia interna ontbreekt een uit peritoneum parietale bestaande breukzak. De buikinhoud puilt uit door een in de buikholte gelegen breukpoort. De breukpoort kan aangeboren zijn (hernia diaphragmatica) of verworven. De laatste kan ontstaan door vergroeiingen (adhesies) na laparotomie. Ook kunnen inwendige breuken ontstaan na een operatie waarbij door de chirurg breukpoorten zijn gevormd.

451

452

Fysiologie en anatomie niveau 5

Uitwendige breuken komen ongeveer bij 3% van de volwassenen voor, vaker bij mannen dan bij vrouwen. Ook uitwendige breuken kunnen aangeboren of verworven zijn. Aangeboren breuken berusten op het blijven bestaan van een opening, die normaal rond de geboorte zou moeten sluiten (aangeboren liesbreuk, navelbreuk). De predisponerende factor voor het ontstaan van een verworven hernia is chronisch recidiverende verhoging van de intra-abdominale druk. Dit kan voorkomen bij: – chronisch hoesten (chronische bronchitis); – bemoeilijkte mictie (prostaathypertrofie); – obstipatie; – zwaar tillen; – ascites (ophoping vocht in buikholte); – ontwikkeling van een grote intra-abdominale massa (tumor, zwangerschap). Chronische spanning op een recent operatielitteken leidt tot de vorming van een zwak litteken. Dit kan leiden tot een littekenbreuk (hernia cicatricalis). Een ongecompliceerde hernia kan asymptomatisch verlopen. Een goed ontwikkelde uitwendige hernia is bij staan te herkennen aan een ronde zwelling ter plaatse van de breukpoort. De zwelling wordt groter bij verhoging van de intra-abdominale druk (hoesten, niezen, persen). In liggende houding of bij repositie verdwijnt de zwelling. Soms klaagt de patie¨nt over een doffe pijn, eventueel over een zwaar trekkend gevoel. Een beklemde breuk wordt bij verhoging van de intra-abdominale druk niet groter. De patie¨nt heeft, naast de lokale verschijnselen (koliek)pijn, zwelling en roodheid, ook algemene verschijnselen, zoals misselijkheid, braken en tachycardie. Al gauw ontstaan verschijnselen van een strangulatieileus. 85% van de uitwendige breuken is een hernia inguinalis (liesbreuk). Ze komen zeven maal vaker voor bij mannen dan bij vrouwen.

Rugspieren De rugspieren zijn opgebouwd uit een groot aantal afzonderlijke systemen die bevestigd zijn aan een aantal delen van het skelet, zoals het os occipitale, wervels, ribben, os sacrum en os ilii (afb. 11.29). Bij de rugspieren worden twee soorten onderscheiden, namelijk de lange en de korte rugspieren. De lange rugspieren liggen diep en zorgen vooral voor het strekken van de rug. De diepe rugspieren zijn voorbeelden van dit type. De korte rugspieren bevinden zich onder meer tussen de uitsteeksels van twee opeenvolgende wervels, bijvoorbeeld nekspieren. De rugspieren zorgen voor beweging en fixatie van de wervelkolom en het hoofd.

11

Beweging

453

Afbeelding 11.29 Spieren van de rug. Aan de rechterzijde zijn de musculus latissimus dorsi en de musculus trapezius weggesneden om daaronder gelegen spieren te laten zien.

De musculus latissimus dorsi (brede rugspier) wordt op grond van zijn functie gerekend tot de extremiteitsspieren (par. 11.7.3). Diafragma Het diafragma (middenrif ) is een gespierde koepelvormige scheidingswand tussen borst- en buikholte. In ontspannen toestand bezit het diafragma twee welvingen aan de bovenzijde. Het diafragma bezit aan de bovenzijde een centrale peesplaat (centrum tendineum) met e´e´n doorgang, namelijk voor de vena cava inferior. Aan de dorsale zijde bevinden zich in het gespierde gedeelte de doorgangen voor de oesofagus en de aorta. Bij contractie van de diafragmaspieren (inademing) wordt de borstholte vergroot doordat de peesplaat omlaag wordt getrokken. Het diafragma speelt daarmee een belangrijke rol bij de ademhaling. Bekkenbodem De bekkenbodem (diaphragma pelvis) bestaat uit een groep spieren in het verlengde van de benige structuur van de pelvis, waardoor de cavitas abdominalis aan de onderzijde wordt afgesloten. De belangrijkste spier van de bekkenbodem is de musculus levator ani (de anusopheffer). Deze spier vormt als het ware een trechter tussen de ossi pubis en het os coccygis. De anus bestaat uit twee sfincters (sluitspieren): een sfincter ani externus (uitwendige sluitspier, willekeurige spier) en een sfincter ani internus (inwendige sluitspier, onwillekeurige spier). De bekkenbodem heeft bij de man twee doorgangen, het rectum en

454

Fysiologie en anatomie niveau 5

de urethra. Bij de vrouw zijn er drie doorgangen: het rectum, de urethra en de vagina. 11.7.3 extremiteitsspieren De extremiteitsspieren worden ingedeeld in spieren van de schoudergordel, armspieren, spieren van de bekkengordel en beenspieren. Spieren van de schoudergordel Hieronder volgen de belangrijkste spieren van de schoudergordel (afb. 11.30). – De musculus pectoralis major (grote borstspier) bedekt in belangrijke mate de borstwand. Deze spier zit enerzijds vast aan sternum, clavicula en cartilago costalis (ribkraakbeen) en anderzijds aan de humerus. Hij zorgt voor adductie, endorotatie en voorwaartse heffing van de arm en is tevens een hulpademhalingsspier. – De musculus trapezius (monnikskapspier) is een trapeziumvormige spier die de schouder en de nek bedekt. Bij deze spier staat de statische functie op de voorgrond. Hij zorgt voor de beweging van scapula en clavicula. Hij is ook betrokken bij het draaien en het rechtop houden van het hoofd. – De musculus deltoideus (deltaspier) is een brede, platte, driehoekige spier op de schouder. Hij verbindt clavicula en scapula met de humerus en zorgt onder andere voor het zijdelings bewegen (abductie) van de arm. – De musculus latissimus dorsi (brede rugspier) is de grootste spier van het lichaam. Deze spier is enerzijds verbonden met de bovenkant van de pelvis, met de processus spinosi van een groot aantal thoracale wervels en met de onderste ribben en anderzijds met de humerus. Deze spier zorgt voor adductie en endorotatie (par. 1.10, tabel 1.3) van de arm. Het is tevens een hulpademhalingsspier. Armspieren Bij de armspieren worden flexoren en extensoren onderscheiden, zowel in bovenarm als in onderarm (afb. 11.30). Een bekend voorbeeld van een flexor is de biceps (musculus biceps brachii) aan de voorzijde van de bovenarm. Deze tweehoofdige armspier is met twee koppen vastgehecht aan de scapula. Aan de andere zijde is hij verbonden met de radius. De biceps buigt in het ellebooggewricht de onderarm ten opzichte van de bovenarm. Een bekend voorbeeld van een extensor is de triceps (musculus triceps brachii) aan de achterzijde van de bovenarm. Het is een driehoofdige spier die met drie koppen is vastgehecht aan scapula en humerus. Aan de andere zijde is de spier met een gemeenschappelijke pees vastgehecht aan het olecranon (ellepijphoofd). Deze spier zorgt voor het strekken van de onderarm ten opzichte van de bovenarm. De biceps en de triceps zijn ten opzichte van elkaar antagonisten. In de onderarm bevinden zich vele flexoren en extensoren die met lange pezen en peesscheden onder een band van de pols doorlopen. Deze spieren zorgen voor de vele bewegingspatronen van de hand met de

11

455

Beweging

Afbeelding 11.30 Spieren van rechterarm, thorax en onderste halsgebied, van opzij.

vingers (buigen en strekken). De flexoren liggen aan de voorzijde van de arm en de extensoren aan de achterzijde.

Intermezzo 11.8 RSI of CANS RSI staat voor de Engelse term repetitive strain injury, ontstaan door zogenaamd kortcyclisch werk. Hieronder worden bezigheden verstaan met continu dezelfde kortdurende handelingen. Denk hierbij aan beroepen als kappers, kassie`res en vooral de laatste jaren aan de mensen met een ‘muisarm’ door langdurende computerwerkzaamheden. Dezelfde spieren, pezen en banden worden voortdurend eenzijdig belast, wat kan leiden tot klachten aan nek, schouders, arm en hand. Aan het begrip RSI kleven nadelen. Niet alleen omdat het begrip een negatieve lading heeft, maar vooral ook omdat het dikwijls niet gaat om een injury (verwonding), terwijl er ook dikwijls sprake is van een statische belasting en dus niet-repetitief. Om in de nabije toekomst spraakverwarring te voorkomen heeft men consensus bereikt over een nieuwe term, CANS, zodat het begrip RSI geleidelijk zal komen te vervallen. CANS, een afkorting van de

456

Fysiologie en anatomie niveau 5

Engelse term complaint of the arm, neck and/or shoulder, is een aanduiding van een complex van klachten (ruim twintig) van arm, nek en/of schouder (Ned.: KANS). Deze veelomvattende term CANS (KANS) vindt steeds meer ingang ten koste van de destijds ingevoerde term RSI.

Spieren van de bekkengordel De belangrijkste spieren van de bekkengordel zijn de bilspieren. Ze bepalen voor een aanzienlijk deel de vorm van het onderste deel van de romp. Het zijn de belangrijkste spieren aan de achterzijde van de pelvis. Een belangrijke bilspier is de musculus gluteus maximus (grote bilspier, afb. 11.29). Hij loopt van het os ilii aan de achterzijde van de bekkengordel naar de bovenachterzijde van het femur. Hij zorgt voor exorotatie en achterwaartse beweging (retroflexie) van het femur. Beenspieren Bij de beenspieren worden, evenals bij de armspieren, flexoren en extensoren onderscheiden (afb. 11.31). Afbeelding 11.31 Spieren van het linkerbeen.

De twee belangrijkste flexoren zijn de musculus sartorius (kleermakersspier) en de musculus gastrocnemius (kuitspier). De musculus

11

Beweging

sartorius loopt van de voorste punt van de crista iliaca naar de binnenzijde van de knie (tibia boven). Deze spier zorgt voor buiging en endorotatie van het onderbeen evenals voor abductie en exorotatie van het bovenbeen. Hierdoor ontstaat de typische ouderwetse kleermakerszit. Ook de zogenaamde hamstrings zijn flexoren van het bovenbeen; ze bestaan uit de musculus semimembranosus, de musculus semitendinosus en de musculus biceps femoris. Ze zijn vooral bekend van het optreden van blessures bij voetballers. De musculus gastrocnemius (kuitspier) is een tweehoofdige spier waarvan de beide koppen aan de bovenzijde vastzitten aan de achterzijde van het femur. Door middel van de achillespees zit de musculus gastrocnemius vast aan de calcaneus. De musculus gastrocnemius zorgt voor de buiging van het onderbeen in het kniegewricht en voor de buiging van de voetzool (plantairflexie) in het enkelgewricht. Een belangrijke extensor van het been is de quadriceps (musculus quadriceps femoris, vierhoofdige dijspier). Deze spier ontleent zijn naam aan het feit dat hij bestaat uit een groep van vier spieren die vrijwel de gehele voorzijde van het bovenbeen beslaan. Aan de bovenzijde is de spier bevestigd aan het os ilii en het femur. Bij de knie gaan de vier spieren over in e´e´n gemeenschappelijke pees die vastzit aan de voorzijde van de tibia. De patella is in deze pees opgenomen. De quadriceps in zijn geheel zorgt voor het strekken van het onderbeen in het kniegewricht. Zoals bij de arm zijn ook hier de flexoren en de extensoren antagonisten ten opzichte van elkaar. In tegenstelling tot bij de arm liggen de flexoren hier aan de achterzijde en de extensoren aan de voorzijde van het been. Evenals in de onderarm zijn in het onderbeen de pezen zeer lang. Deze zijn bevestigd aan de falangen, metatarsalia of ossa tarsi.

457

Voortplanting

12

Alle organismen zijn sterfelijk. Er moeten daarom nieuwe individuen gevormd worden om uitsterven van de soort te voorkomen. Dit kan gebeuren door ongeslachtelijke en geslachtelijke voortplanting. Bij geslachtelijke voortplanting, zoals bij de mens, zijn de verschillende geslachtskenmerken van belang. Ook de geslachtsorganen, de rol van de hormonen en de fysiologie van het seksueel functioneren worden hier besproken. 12.1

Ongeslachtelijke en geslachtelijke voortplanting

Bij ongeslachtelijke voorplanting is maar e´e´n ‘ouder’ betrokken. Ouder en kind zijn daarmee genetisch identiek. De meest eenvoudige vorm komt voor bij bacterie¨n waarbij door celdeling uit e´e´n bacterie telkens twee bacterie¨n ontstaan. Bij geslachtelijke voortplanting wordt de genetische informatie van beide ouders gedeeltelijk overgebracht op de nakomelingen. Hierbij is er sprake van het versmelten van twee haploı¨de geslachtscellen of gameten, waardoor een diploı¨de cel ontstaat: de zygote. Het versmelten van een eicel (vrouwelijke gameet) met een zaadcel (mannelijke gameet) tot een zygote, wordt conceptie (bevruchting) genoemd. Doordat kinderen in hun cellen hetzelfde aantal chromosomen bezitten als de ouders, moet iedere gameet de helft van het normale aantal chromosomen bezitten. De halvering van het aantal chromosomen vindt plaats tijdens de meiose of reductiedeling (zie par. 1.7.2). De meiose voltrekt zich in de gonaden (geslachtsklieren): testes (zaadballen) en ovaria (eierstokken). In principe is er bij iedere celdeling sprake van ongeslachtelijke vermeerdering. Ongeslachtelijke voortplanting zoals hierboven beschreven komt ook bij de mens voor, namelijk bij het ontstaan van een eeneiige tweeling. Een eeneiige (identieke of monozygote) tweeling ontwikkelt zich uit e´e´n zygote. Gedurende een bepaald stadium van de embryonale ontwikkeling deelt de vrucht zich in twee helften die zich ieder verder ontwikkelen tot een apart individu. Het is dan ook begrijpelijk dat de individuen van een eeneiige tweeling altijd een sterke gelijkenis vertonen. Bij een twee-eiige (niet-identieke of dizygote) tweeling is er sprake van twee verschillende zygoten, zodat de zich daaruit ontwikkelde individuen sterk van elkaar kunnen verschillen.

C.A. Bastiaanssen et al., Fysiologie en anatomie, DOI 10.1007/978-90-313-8098-5_12, © Bohn Stafleu van Loghum, 2007

12

Voortplanting

12.2

Geslachtskenmerken

459

Het verschil tussen de beide geslachten komt al in een zeer vroeg stadium van de ontwikkeling tot stand. Bij die geslachtskenmerken wordt onderscheid gemaakt tussen primaire en secundaire geslachtskenmerken. 12.2.1 primaire en secundaire geslachtskenmerken Onder primaire geslachtskenmerken worden die kenmerken verstaan waardoor het lichaam van man en vrouw al verschillen vertonen bij de geboorte en natuurlijk ook al geruime tijd daarvoor. De secundaire geslachtskenmerken ontwikkelen zich vanaf de puberteit. In tabel 12.1 zijn de verschillen bij man en vrouw ten aanzien van deze kenmerken weergegeven. Zowel de primaire als de secundaire geslachtskenmerken komen tot ontwikkeling onder invloed van de geslachtshormonen. Tabel 12.1

Verschillen tussen man en vrouw ten aanzien van de primaire en secundaire geslachtskenmerken.

geslachtskenmerken

primaire geslachtskenmerken (vanaf de geboorte aanwezig)

vrouw

man

onder invloed van oestrogenen

onder invloed van testosteron

. . . . .

secundaire geslachtskenmerken (vanaf de puberteit)

. . . . .

.

. .

ovaria eileiders (tubae, salpinges) uterus vagina ontwikkeling labia majora groei van uterus, ovaria en vagina ontwikkeling mammae ontwikkeling labia minora minder lichaamsbeharing ontwikkeling beharingspatroon (mons pubis en oksels) rondere lichaamsvormen door toename van de hoeveelheid vet in het onderhuidse bindweefsel, vooral op bovenarmen en benen verbreding van het bekken menstruatie

12.2.2 geslachtsdifferentiatie In de zesde week van de ontwikkeling komen de primitieve geslachtscellen van het embryo naar de genitaalplooi, de oervorm van de gonaden, die dan nog onzijdig is. Wanneer de geslachtscellen een Y-chromosoom bevatten ontwikkelt de geslachtsplooi zich tot testes; bij het genotype XX ontstaat een primitief ovarium. De testes van een mannelijke foetus gaan een aantal hormonen produceren waaronder androgenen. De androgenen zorgen voor de ontwikkeling van de uitwendige genitalie¨n. Een tweede hormoon, het anti-Mu¨llerian hormone (Mu¨llerian inhibiting factor (MIF)), onderdrukt tegelijkertijd de ontwikkeling van eileiders, uterus en het bovenste deel van de vagina.

. . . .

. . . .

.

testes epididymides prostaat penis groei van testes en penis groei van larynx (‘baard in de keel’) meer lichaamsbeharing ontwikkeling beharingspatroon (pubisstreek, oksels, snorgroei en baardgroei) spierontwikkeling

460

Fysiologie en anatomie niveau 5

Bij een vrouwelijke foetus komen er geen stoffen vrij uit het primitieve ovarium, maar staat de verdere ontwikkeling onder invloed van oestrogenen die door de placenta en door de moeder worden geproduceerd. Dit leidt tot in- en uitwendige vrouwelijke genitalie¨n.

Intermezzo 12.1 Abnormale geslachtsontwikkeling Wanneer het vrouwelijke embryo in de zwangerschap wordt blootgesteld aan verhoogde androgeenspiegels kunnen de uitwendige genitalie¨n in mannelijke richting uitgroeien (varie¨rend van een vergrote clitoris tot bijna volledige mannelijke genitalie¨n). De androgenen kunnen afkomstig zijn van een androgeen producerende tumor of door medicijngebruik van de moeder in de zwangerschap, maar ook van de foetus (adrenogenitaal syndroom (AGS), synoniem: congenitale bijnierhyperplasie, zie intermezzo 7.6). Een dergelijk individu wordt een pseudohermafrodiet genoemd. Er is dan sprake van een 46 XX-karyotype en ovaria, maar in mannelijke richting uitgegroeide uitwendige genitalie¨n. Bij een man kan pseudohermafroditisme voorkomen doordat er te weinig androgenen door de testes worden geproduceerd of doordat deze productie te laat op gang komt. Ook intra-uteriene blootsteling aan stoffen met oestrogene werking kan een oorzaak zijn. Deze kunnen afkomstig zijn uit het voedsel. De ontwikkeling van de uitwendige genitalie¨n is zo afhankelijk van het al of niet produceren van mannelijke hormonen op het juiste moment (kritieke periode omstreeks de zesde week). Zonder deze hormonen ontwikkelt zich een kind met vrouwelijke uitwendige geslachtskenmerken, ook als het genotype XY is (zie par. 13.2.2). Stoornissen in het geslachtschromosomenpatroon kunnen ook leiden tot een abnormale geslachtelijke ontwikkeling. Bij het syndroom van Turner (slechts e´e´n X-chromosoom) stopt de ontwikkeling van de geslachtsorganen na de geboorte omdat in het kind geen actieve ovaria zijn ontwikkeld. Dit leidt tot een individu met infantiele geslachtskenmerken (andere symptomen zijn: een opvallende nek, een gedrongen gestalte en een brede borst). Omdat turnerpatie¨nten ook geen Y-chromosoom hebben komt de ziekte alleen bij meisjes voor. Bij het syndroom van Klinefelter is het geslachtschromosomenpatroon meestal van het XXY-type. Hieruit ontstaat een mannelijk individu met als klinische kenmerken: langer dan gemiddeld, testisatrofie met steriliteit, gynaecomastie (overmatige borstontwikkeling bij de man), verminderde haargroei en een predispositie voor leermoeilijkheden.

12

Voortplanting

12.3

Vrouwelijke geslachtsorganen

Bij de vrouwelijke geslachtsorganen wordt onderscheid gemaakt tussen inwendige en uitwendige geslachtsorganen (afb. 12.1). De inwendige geslachtsorganen worden gevormd door de ovaria, de eileiders, uterus en vagina. Ze bevinden zich alle in het kleine bekken (het gedeelte van het bekken onder de linea terminalis, afb. 11.21). De uitwendige geslachtsorganen worden samengevat onder de naam vulva.

Afbeelding 12.1 Vrouwelijke geslachtsorganen; a. Schematisch overzicht van de geslachtsorganen van de vrouw; b. De inwendige geslachtsorganen van de vrouw in vooraanzicht.

12.3.1 ovarium De beide ovaria of eierstokken liggen intraperitoneaal naast de uterus, bevestigd aan ligamenten waaronder het ligamentum ovarii proprium (afb. 12.4). Het zijn amandelvormige organen in het kleine bekken. Ze zijn 2,5-4,5 cm lang, ongeveer 2 cm breed en 1 cm dik. De ontwikkeling van eicellen Iedere eicel maakt een langdurende ontwikkeling door met daarbij een aantal bijzondere aspecten (afb. 12.2 en 12.3). De ontwikkeling van eicellen wordt oo¨genese genoemd. In de zesde week van de embryonale ontwikkeling migreren de dan aanwezige kiemcellen of oo¨gonie¨n (ruim 1.500) naar de zich ontwikkelende ovaria. Gedurende een aantal maanden gaan de oo¨gonie¨n zich mitotisch delen totdat er dan hieruit ongeveer zeven miljoen cellen zijn ontstaan. Veel cellen gaan echter te gronde, zodat er ten tijde van de geboorte nog ongeveer twee miljoen aanwezig zijn. Deze cellen zijn dan begonnen met de eerste meiotische deling en worden dan primaire oo¨cyten genoemd. De vrij grote primaire oo¨cyt is inmiddels omgeven door e´e´n laag

461

462

Fysiologie en anatomie niveau 5

cellen. Het geheel wordt primaire follikel genoemd. De primaire follikels liggen in de schorslaag van het ovarium. De merglaag van de ovaria bevat veel losmazig bindweefsel met daarin bloedvaten, lymfevaten en zenuwen. Afbeelding 12.2 Overlangse doorsnede van een ovarium. Alle stadia, van het rijpen van een eicel tot het te gronde gaan van het corpus luteum, zijn in deze afbeelding samengevoegd. Ter wille van de duidelijkheid zijn opeenvolgende stadia met de klok mee getekend. Normaal kunnen deze stadia niet tegelijk in het ovarium voorkomen.

Afbeelding 12.3 Ontwikkeling van eicellen: oo¨genese.

Opmerkelijk is dat bij de primaire oo¨cyt de eerste meiotische deling nog tijdens de profase tot stilstand komt. De primaire follikel ontwikkelt zich verder waarbij geleidelijk meer cellagen rondom de pri-

12

Voortplanting

maire oo¨cyt ontstaan. Inmiddels zijn opnieuw veel follikels te gronde gegaan, zodat er bij het begin van de puberteit nog ‘slechts’ 400 000 over zijn. De degeneratie gaat steeds verder door zodat er op het einde van de geslachtsrijpe periode nog slechts enkele follikels in het ovarium aanwezig zijn. Tijdens de puberteit worden onder invloed van het gonadotrope hormoon FSH (follikelstimulerend hormoon) uit de adenohypofyse (hypofysevoorkwab) iedere maand enkele follikels tot rijping gebracht. In de meeste gevallen voltooien slechts een of enkele follikels dit gehele proces. Wanneer de geslachtsrijpe periode op veertig jaar wordt gesteld, betekent dit dat er in totaal slechts ongeveer 480 eicellen volledig rijpen, terwijl alle overige degenereren. Voor de biologische bedoeling van deze ‘verspilling’ is nog steeds geen verklaring gevonden. Tijdens het rijpingsproces in de puberteit begint het follikelepitheel zich te delen en ontstaat er in de follikel een met vocht gevulde holte. De primaire oo¨cyt (de ‘eicel’) komt excentrisch te liggen en is omgeven door een mantel van glycoproteı¨nen (de zona pellucida) en een groot aantal follikelcellen. De follikel maakt een aantal ontwikkelingsstadia door, waarvan de laatste Graafse follikel wordt genoemd (diameter ongeveer 1,5 cm). De primaire oo¨cyt heeft inmiddels de eerste meiotische deling voltooid en wordt dan secundaire oo¨cyt genoemd. Uit een primaire oo¨cyt ontstaat slechts e´e´n secundaire oo¨cyt. Het andere delingsproduct bestaat uit een uitgestoten celkern omgeven door een beetje cytoplasma. Dit zogenaamde poollichaampje deelt zich nog en sterft daarna af. 12.3.2 eileider De eileider (tuba (uterina) = salpinx) is intraperitoneaal gelegen in het bovenste gedeelte van het ligamentum latum (brede baarmoederband). De eileiders zijn ongeveer 10 cm lange buisjes tussen de ovaria en de uterus. Iedere eileider bezit de volgende onderdelen: – infundibulum (trechter) met 1-2 cm lange fimbriae (franjes) die zorgen voor de opname van de eicel; – ampulla (wijd gedeelte), ongeveer tweederde deel (lateraal gelegen); – isthmus (nauw gedeelte), ongeveer eenderde deel (mediaal gelegen); – pars uterina (deel in de wand van de uterus). De binnenwand van de eileiders bevat trilhaarepitheel en glad spierweefsel. De fimbriae zorgen voor het opvangen van de eicel. Daarna wordt in geval van bevruchting achtereenvolgens de eicel, de zygote en het jonge embryonale stadium, door middel van een vloeistofstroom, trilharen en peristaltiek naar de uterus vervoerd. Dit transport duurt ongeveer vijf dagen (afb. 12.4). Wanneer er geen bevruchting is opgetreden (de tweede meiotische deling vindt in dat geval niet meer plaats) wordt de eicel door de wand van de eileider geresorbeerd.

463

464

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 12.4 Ovulatie, bevruchting en innesteling van het jonge embryo.

12.3.3 uterus De uterus (baarmoeder) heeft de vorm van een omgekeerde peer, waarvan de lengte ongeveer 7 cm bedraagt en de breedte ongeveer 5 cm (bij de fundus). De uterus bestaat uit de volgende delen (afb. 12.4 en 12.5): – fundus; dit is het koepelvormige gedeelte boven en tussen de inmondingen van de eileiders. De plaats waar de eileider uitmondt wordt fundushoek genoemd; – corpus (het lichaam); dit is het grootste gedeelte van de uterus (ongeveer tweederde deel) gelegen boven de baarmoederhals; – cervix (baarmoederhals); dit is het onderste, smalle gedeelte (ongeveer eenderde deel van de totale lengte) dat overgaat in de vagina (schede). Tussen het corpus en de cervix bevindt zich het ostium internum (inwendige baarmoederopening). Het bovenste deel van de cervix, het cervixkanaal, vormt de verbinding tussen het cavum uteri (een driehoekige, spleetvormige holte) en de vagina. Het gedeelte van de cervix dat uitsteekt in de vagina wordt de portio vaginalis, kortweg de portio, genoemd (lengte ongeveer 1 cm). Het ostium externum (uitwendige baarmoederopening) bevindt zich in de portio vaginalis. Omdat cervixcarcinomen veelvuldig voorkomen wordt er preventief gescreend door middel van het onderzoek van een uitstrijkje van de cellen van de cervix.

12

Voortplanting

De wand van de uterus bestaat van binnen naar buiten uit de volgende lagen: – endometrium; dit is het slijmvlies. In het cervixkanaal bevat dit veel slijmklieren. In de portio vaginalis bevindt zich een slijmprop, waardoor de passage van bacterie¨n, en ook van eventuele zaadcellen, wordt bemoeilijkt. De slijmprop ondergaat ook cyclische veranderingen. Kort voor en tijdens de ovulatie wordt onder invloed van oestrogenen de slijmprop dunner (en ook wat alkalischer) om de passage van eventuele zaadcellen te vergemakkelijken. Na de ovulatie wordt door het hormoon progesteron, afgescheiden door het corpus luteum (par. 12.4.1), de slijmprop weer dikker en steviger. Endometriose is een goedaardige aandoening, veroorzaakt door de lokalisatie van functionerend endometrium op abnormale plaatsen. Het is een veel voorkomende aandoening. Meestal worden de haardjes endometrium in het kleine bekken aangetroffen: op het ovarium, op de tuba op het peritoneum, op de blaas en in de ruimte van Douglas; – myometrium; dit is een ongeveer 2 cm dikke spierwand, bestaande uit glad spierweefsel; een myoom (vleesboom) is een goedaardige tumor uitgaande van e´e´n spiercel van het myometrium. De groei is afhankelijk van oestrogenen; – perimetrium aan de bovenzijde van de uterus; het bestaat uit peritoneum dat vergroeid is met het myometrium. Aan de zijkant van de uterus gaat het over in het ligamentum latum (brede band): de brede peritoneumplooi uitgespannen tussen de zijkant van de uterus en de laterale bekkenwand. De uterus ligt tussen de urineblaas en het rectum in de subperitoneale ruimte en is, met uitzondering van de cervix, met peritoneum bekleed. De organen die bij de uterus behoren worden samen de adnexa genoemd. De adnexa omvatten: de eileiders, ovaria, het parametrium en de ophangbanden. Het parametrium, dat uit bindweefsel bestaat, bevindt zich tussen de peritoneumbladen van het ligamentum latum naast de uterus. Het ligamentum latum verdeelt de peritoneale holte van het kleine bekken in een voorste deel, de holte tussen de blaas en de uterus (excavatio vesicouterina), en het achterste deel, de ruimte tussen uterus en rectum (excavatio rectouterina), meestal aangeduid als de ruimte van Douglas. De gehele uterus is meestal naar voren gebogen, waardoor het corpus en de fundus op de urineblaas zijn gelegen. Deze toestand wordt anteversie genoemd. Het corpus en de fundus zijn meestal meer naar voren gebogen dan de cervix door de knik op de overgang naar de cervix. Dit wordt anteflexie genoemd (afb. 12.5). In 20% van de gevallen ligt de uterus is retroversie-flexie. Hoe de uterus op een bepaald moment ligt wordt mede mogelijk gemaakt door de vulling van respectievelijk blaas en rectum. Bij een volle blaas neemt de anteflexiestand af. Een gevuld rectum leidt tot een vergrote anteversiestand.

465

466

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 12.5 Schematische tekening van de anteflexie en de anteversie van de uterus.

De uterus wordt niet alleen gefixeerd door het ligamentum latum maar ook door andere ophangbanden, namelijk het ligamentum teres en het ligamentum cardinale. Het ligamentum teres of ligamentum rotundum (ronde band) is een ronde, potlooddikke, gladde streng die vanaf de zijkant van de uterus horizontaal verloopt in het ligamentum latum en vervolgens door het canalis inguinalis (lieskanaal) naar de labium majus (grote schaamlip) loopt. Het ligamentum cardinale is een waaiervormig ligament vanuit de uterus (overgang corpus/cervix) naar de zijwand van het kleine bekken. De uterus dient voor bescherming en ontwikkeling van het embryo evenals voor de uitdrijving van het kind. 12.3.4 vagina De wand van de vagina (schede) bestaat van binnen naar buiten achtereenvolgens uit slijmvlies (dat bestaat uit meerlagig plaveiselepitheel), glad spierweefsel en elastisch bindweefsel. In de vagina bevinden zich bacterie¨n (lactobacillen, syn. staafjes van Do¨derlein) die onder andere melkzuur produceren uit glycogeen. De productie van glycogeen door de epitheelcellen staat onder invloed van het hormoon oestron. Door de melkzuurvorming ontstaat er een lage pH die bescherming biedt tegen infecties. De lage pH is evenwel ook funest voor de zaadcellen. Met het oog hierop is de zaadvloeistof alkalisch. De wanden van de vagina liggen tegen elkaar. Door de portio (vaginalis), het gedeelte van de cervix binnen de schede, ontstaat er een voorste en een achterste schedegewelf ( fornix). Het hymen (maagdenvlies) kan de toegang tot de vagina gedeeltelijk afsluiten. De wand van de vagina is zeer rekbaar wat de coı¨tus en baring ten goede komt.

12

Voortplanting

12.3.5 vulva De vulva (uitwendige vrouwelijke geslachtsorganen) bestaan uit de volgende onderdelen (afb. 12.1a): – labia majora (grote schaamlippen); dit zijn huidplooien die aan de buitenzijde behaard zijn. Ze begrenzen de schaamspleet en bevatten vet-, talg-, zweet- en geurklieren; – labia minora (kleine schaamlippen); dit zijn onbehaarde, dunne huidplooien gelegen tussen de grote schaamlippen die het vestibulum (schedevoorhof ) omsluiten; – clitoris (kittelaar); dit is een kegelvormige verhevenheid boven bij de verbinding van de labia minora. De clitoris bevat veel zenuwen en bloedvaten. Het is een erogene zone; – vestibulum (voorhof ); dit is de ruimte tussen de labia minores waarin de urethra en de vagina uitmonden, evenals de vestibulaire klieren (klieren van Bartholin), slijmklieren ter grootte van een erwt; – schaamheuvel (mons pubis), bij de vrouw ook wel mons veneris (venusheuvel) genoemd. Dit is een sterk behaard en veel onderhuids vetweefsel bevattend gebied voor en boven de symfyse. Het perineum (bilnaad) is het gebied tussen de anus en de vulva. 12.4

Fysiologische veranderingen in vrouwelijke geslachtsorganen

12.4.1 ontwikkeling van follikel en endometrium Door de wand van de follikel wordt oestrogeen, een steroı¨dhormoon (zie par. 7.1.2), geproduceerd. Dit hormoon stimuleert de ontwikkeling van het endometrium (baarmoederslijmvlies). Kort na de ovulatie wordt de Graafse follikel corpus rubrum (rood lichaam) genoemd vanwege de aanwezigheid van bloedstolsels. Twee dagen later groeit de lege follikel uit tot het corpus luteum (gele lichaam). Dit is een pindagroot bolletje met geel pigment. Het corpus luteum produceert het hormoon progesteron. Wanneer er geen bevruchting van de eicel plaatsvindt gaat het corpus luteum na ongeveer twaalf dagen te gronde. Doordat hierbij de bloedvaten verdwijnen en bindweefselvorming optreedt, gaat het corpus luteum dan over in het corpus albicans (wit lichaam). Onder invloed van oestrogeen en progesteron vinden in het endometrium achtereenvolgens de volgende cyclische veranderingen plaats ter voorbereiding op een eventuele komst van de bevruchte eicel (afb. 12.6): – proliferatiefase (groeifase); hierbij wordt het endometrium dikker door de werking van oestrogeen uit de follikelcellen. De vaatvoorziening neemt toe en er ontwikkelen zich talrijke klierbuisjes; – secretiefase; deze fase begint na de ovulatie en staat onder invloed van voornamelijk het hormoon progesteron uit het corpus luteum. Het endometrium wordt hierbij nog wat dikker, maar vooral rijker

467

468

Fysiologie en anatomie niveau 5

aan voedingsstoffen door de afscheiding van secreten door het slijmvlies en de talrijke kliertjes; – menstruatiefase; deze treedt op wanneer er geen bevruchting heeft plaatsgevonden. Het corpus luteum gaat te gronde zodat de productie van progesteron en oestrogeen plotseling zeer sterk daalt. De bloedvaten worden dichtgedrukt waardoor het endometrium afsterft en onder bloedverlies wordt afgestoten (menstruatie). Afbeelding 12.6 Schema van de invloed van hormonen op het ovarium en het endometrium; a. geen bevruchting; b. zwangerschap.

12.4.2 hormonale regulatie van de ovarie¨ le cyclus De ovarie¨le cyclus (menstruatiecyclus) omvat gemiddeld 28 dagen, waarbij de eerste vier tot zeven dagen worden uitgemaakt door de menstruatie. De productie van progesteron en oestrogeen is laag en de hypofyse wordt aangezet tot het aanmaken van FSH (follikelstimulerend hormoon), dat een follikel laat rijpen. Tijdens de rijping van de follikel produceren de follikelcellen oestrogeen. Oestrogeen remt de productie van FSH. Hiermee wordt voorkomen, dat er later in de

12

Voortplanting

cyclus nog een tweede follikel gaat rijpen. Onder invloed van het oestrogeen bereidt het endometrium zich inmiddels voor op een eventuele aankomst van de eicel (de proliferatiefase). Ongeveer twee dagen voor de ovulatie neemt de productie van het hormoon LH (luteı¨niserend hormoon) sterk toe. Mogelijk is de gestegen oestrogeenconcentratie hiervoor de prikkel. LH draagt zorg voor de ovulatie. Een bepaling van dit hormoon in de urine geeft een nauwkeurige indicatie van het tijdstip van de ovulatie. De follikel ontwikkelt zich tot het corpus luteum. Hierin produceren de follikelcellen nog steeds oestrogeen, maar nu ook progesteron. Progesteron versterkt enkele oestrogene effecten en zorgt ervoor dat het endometrium zich nog verder ontwikkelt (de secretiefase). Progesteron remt ook de vorming van LH in de hypofyse. Daarmee wordt bereikt dat, wanneer er toch nog een tweede follikel is gerijpt, deze niet kan openbarsten. Door progesteron stijgt de lichaamstemperatuur ongeveer 0,5 8C. Als de eicel niet wordt bevrucht, degenereert het corpus luteum. De productie van progesteron en oestrogeen daalt, waardoor de remming op de hypothalamus wegvalt. Daardoor komt enerzijds de productie van FSH weer op gang en begint een nieuwe follikel te rijpen en anderzijds wordt het endometrium afgestoten (de menstruatie). Wanneer de eicel wel wordt bevrucht, nestelt de vrucht zich na ongeveer zes dagen in het endometrium in. Vrijwel direct komt de productie van het hormoon humaan choriongonadotrofine (hCG, HCG) op gang (zie par. 12.4.5). Dit hormoon voorkomt dat het corpus luteum degenereert. Het blijft bijna vier maanden bestaan, waarbij de omvang nog toeneemt. De productie van oestrogeen en progesteron door het corpus luteum neemt in die periode verder toe, zodat het endometrium behouden blijft. Na vier maanden produceert de placenta genoeg hormonen en degenereert het corpus luteum alsnog. Zwangerschapstests zijn gebaseerd op het aantonen van hCG in de urine. Gezien het bovenstaande kan dit al een week na de implantatie, ofwel vier of vijf dagen voor de volgende verwachte menstruatie. Uit de via de actie ‘Moeders voor moeders’ verkregen urine van zwangere vrouwen wordt hCG geı¨soleerd. Het hCG-hormoon is nauw verwant aan LH en kan dan ook worden gebruikt om een ovulatie te stimuleren. Tegenwoordig wordt hCG ook via recombinant DNA-technieken (zie intermezzo 13.2) geproduceerd.

Intermezzo 12.2 Anticonceptiepil De anticonceptiepil, kortweg ‘de pil’, is een oraal anticonceptiemiddel, dikwijls een combinatiepreparaat met zowel een oestrogeen als een progestageen. De werking is drieledig: – de ovulatie wordt verhinderd, terwijl de normale menstruatiecyclus gehandhaafd blijft. Er is zo sprake van een anovulatoire cyclus; – het endometrium wordt ongeschikt gemaakt voor innesteling van het jonge embryo;

469

470

Fysiologie en anatomie niveau 5

– het cervixslijm wordt relatief ondoordringbaar voor zaadcellen. Een minipil bevat uitsluitend een progestageen in een lage concentratie. Deze moet wel dagelijks worden ingenomen (er is geen stopweek zoals bij een gewone pil); de minipil vindt vooral toepassing bij vrouwen met borstvoeding, omdat ze tijdens die periode geen oestrogeen mogen innemen. (Oestrogenen geven een remming van de borstvoeding. Borstvoeding hoeft echter bij een sub-50-pil niet per se te worden gestaakt, omdat slechts minimale hoeveelheden oestrogenen in de moedermelk overgaan). De werking van de minipil berust vooral op het ondoordringbaar maken van het slijm aan het begin van de baarmoedermond. Een pleisterpil is een anticonceptiepil in de vorm van een oestrogeen en progestageen bevattende pleister die wekelijks wordt aangebracht op bovenarm, bovenlijf, onderbuik of bil. Een prikpil is een vorm van hormonale anticonceptie door een intramusculaire depotinjectie met progestagenen stoffen, waarvan de werkingsduur ongeveer drie maanden bedraagt.

12.4.3 effecten van oestrogeen Behalve het effect op het endometrium hebben oestrogenen nog andere effecten. Het effect op de ontwikkeling van primaire en secundaire geslachtskenmerken is beschreven in paragraaf 12.2. Daarnaast stimuleren oestrogenen de activiteit van de osteoblasten (botaanmakende cellen) en de sluiting van de epifysaire schijf (zie par. 11.1.3). Om deze reden stopt de groei bij meisjes een jaar eerder dan bij jongens. Een vrouw is niet haar hele leven vruchtbaar. Zo rond het vijftigste levensjaar wordt de productie van de geslachtshormonen verminderd. De sterk dalende oestrogeenproductie leidt tot het zogeheten climacterium. Climacterie¨le klachten zoals overvloedig en vaak ook plotseling bloedverlies, soms leidend tot anemie, kunnen het gevolg zijn. Kenmerkend voor het climacterium is het optreden van vegetatieve klachten. Het meest voorkomend zijn de ‘opvliegers’, plotseling warmtestuwing in het gezicht en de nek, gepaard gaande met roodheid. Nachtelijk zweten kan ook afzonderlijk optreden. Ook psychische klachten, zoals emotionele instabiliteit, slaapstoornissen en onbegrepen moeheid, komen voor. In 15% van de gevallen verloopt het climacterium zonder duidelijke klachten. Na enige tijd zal het menstrueren ophouden: de menopauze. Het verdere leven van de vrouw na de menopauze is dan de postmenopauze. Tijdens de normale menstruatiecyclus daalt vlak voor de menstruatie de hoeveelheid oestrogenen in het bloed ook aanzienlijk. Bij sommige vrouwen kan dit gepaard gaan met klachten zoals opvliegendheid en hoofdpijn. Dit verschijnsel wordt het premenstruele syndroom genoemd, vaak afgekort tot PMS. Tijdens een zwangerschap wordt het rijpen van een nieuwe eicel

12

Voortplanting

onderdrukt. Na de bevalling moet de cyclus weer op gang komen. Vrouwen die borstvoeding geven zullen over het algemeen pas later gaan menstrueren dan vrouwen die geen borstvoeding geven (zie ook par. 7.2.2). Soms treedt er een ovulatie op voordat er een menstruatie is geweest, terwijl het ook voorkomt dat er al wel menstruaties zijn maar nog geen ovulatie (par. 12.4.4).

Intermezzo 12.3 Postpartumverschijnselen In de eerste week post partum (na de bevalling) kunnen lichte stemmingsstoornissen voorkomen. Deze postpartumblues komt bij 50-70% van de kraamvrouwen voor en wordt dan ook tot de normale fysiologische verschijnselen in de kraamperiode gerekend. Het einde van de zwangerschap en de bevalling zijn soms moeilijk geweest en het lichaam ondergaat in korte tijd grote veranderingen mede door het wegvallen van de hormonen van de placenta. Een postpartumdepressie is langduriger en ernstiger van aard. De klachten ontstaan weken tot maanden na de bevalling. Het wegvallen van de placentahormonen is wel als oorzakelijk factor genoemd, echter de grote veranderingen in het leven van de moeder spelen ook een grote rol. Behandeling met progesteron is wel geprobeerd, maar een gunstig effect is nooit aangetoond.

Het lichaam van de vrouw is ook in de vruchtbare periode niet altijd in staat een kind te laten groeien. Vooral in moeilijke leefomstandigheden komt bij vrouwen nogal eens amenorroe (het uitblijven van de menstruatie) voor (bijv. in gevangenissen en psychiatrische inrichtingen). Het ligt voor de hand het limbische systeem (zie par. 6.14.3) in deze een rol toe te kennen. Ook bij vrouwelijke sporters die veel trainen komt nogal eens een secundaire amenorroe voor. Zowel stress als vermindering van het gewicht kunnen als oorzaak worden aangegeven. 12.4.4 conceptie en implantatie Wanneer de Graafse follikel rijp is barst ze open en wordt de secundaire oo¨cyt (de ‘eicel’), met een krans van follikelcellen (corona radiata), uitgestoten: ovulatie (eisprong). Doordat de fimbriae het ovarium voortdurend aftasten wordt het infundibulum tijdens de ovulatie op de juiste plaats over het ovarium heen gelegd. Hierdoor kan de eicel in de tuba worden opgenomen. In sommige gevallen beweegt de oo¨cyt via de ruimte van Douglas naar de tuba aan de tegenoverliggende zijde. De levensduur van de vrijgekomen eicel bedraagt 12 tot 24 uur. Alleen wanneer de bevruchting binnen enkele uren na de ovulatie plaatsvindt, kan een levensvatbare zygote worden gevormd. Hieruit is af te leiden dat de conceptie alleen in het uiteinde van de tuba kan plaatsvinden. Hiervoor moet het sperma de secundaire oo¨cyt bereiken. Het sperma kan 12 tot 48 uur in het vrouwelijke voortplantingsstelsel in

471

472

Fysiologie en anatomie niveau 5

leven blijven. Om bevruchting te bewerkstelligen moet de coı¨tus daarom plaatsvinden binnen 48 uur vo´o´r en 24 uur na´ de ovulatie. Voor een succesvolle bevruchting moeten de zaadcel en de eicel bovendien elkaar ook herkennen. Specifieke receptoren zijn hiervoor verantwoordelijk en zijn daarmee de basis voor de soortspecificiteit van de bevruchting. Van de 200-500 miljoen zaadcellen die bij de ejaculatie vrijkomen bereiken maar enkele honderden de ampulla van de tuba. Wanneer zij de eicel in de ampulla bereikt hebben duurt het nog circa zeven uur voordat zij in staat zijn zich aan de eicel te binden. Enkele honderden zaadcellen werken samen om de cellen van de corona radiata los te maken en e´e´n zaadcel de kans te geven de zona pellucida te doorboren. Receptoren op het celmembraan van de kop van de zaadcellen (acrosoom) binden zich met een bepaald eiwit van de zona pellucida. Dit veroorzaakt een reactie waardoor enzymen vrijkomen die de zona pellucida ter plaatse afbreken. Hierdoor komt de zaadcel tegen het membraan van de eicel te liggen. Als gevolg van de fusie tussen de membranen van de zaadcel en de eicel treedt binnen enkele seconden een reactie op. Hierdoor komen andere enzymen vrij die er voor zorgen dat andere, aan de zona pellucida gebonden zaadcellen, loslaten. Zo wordt voorkomen dat er een meervoudige bevruchting plaats kan vinden. Als gevolg van het binnendringen van de zaadcel wordt de tweede meiotische deling van de eicel voltooid. Hierdoor ontstaat de definitieve eicel en een tweede poollichaampje. Wanneer het eerste poollichaampje zich eveneens gedeeld heeft, is het resultaat dan e´e´n bevruchte eicel en drie poollichaampjes (zie par. 1.7.2). Binnen de definitieve eicel wordt de kop (kern) van de zaadcel gescheiden van de rest. De kop zwelt op (mannelijke pronucleus). De rest van de zaadcel degenereert. De kern van de definitieve eicel wordt de vrouwelijke pronucleus genoemd. De versmelting van beide pronucleı¨ leidt tot de vorming van de zygote (pre-embryo). Ongeveer dertig uur na de bevruchting volgen de klievingsdelingen. Dit zijn mitotische delingen, waarbij het aantal cellen wel toeneemt maar de totale hoeveelheid cytoplasma niet. De vrucht neemt dus niet in grootte toe. De eerste klievingsdeling vindt onmiddellijk plaats na de fusie tussen beide pronucleı¨ en leidt tot de vorming van een tweecellige vrucht. Na drie dagen is een klompje van twaalf tot zestien cellen ontstaan: de morula (moerbei). Tijdens deze periode zijn de cellen nog omgeven door de zona pellucida. De grenzen tussen de cellen beginnen geleidelijk te vervagen en er treedt compactie (samengedrongen celmassa) op. Er ontstaat een duidelijk herkenbaar goed afgrensbaar klompje cellen (embryoblast) en door vochtopname uit de omgeving ontstaat een centrale holte. De vrucht wordt nu blastula genoemd (vier tot vijf dagen na de bevruchting, afb. 12.4). In de blastula zijn twee afzonderlijke lagen te onderscheiden: de embryoblast en de trofoblast. De embryoblast, het latere

12

Voortplanting

embryo, wordt gevormd door een goed begrensd klompje kiemcellen. Het ligt aan de centrale holte. De perifere cellen worden trofoblast (trofe = voeding) genoemd. Het pre-embryo heeft nu het 64-cellig stadium bereikt. Het ontstaan van meercelligheid is een voorwaarde voor het optreden van differentiatie. Bij de eerste klievingsdelingen ontstaan cellen die nog totipotent zijn, dat wil zeggen uit elke cel kan een compleet individu ontstaan. Tijdens de vierde klievingsdeling treedt de eerste differentiatie op (embryoblast, trofoblast). Het is nog onduidelijk welke factoren er verantwoordelijk voor zijn dat cellen met identiek erfelijk materiaal zich na korte tijd verschillend gaan ontwikkelen. Uit de trofoblast ontstaan de vruchtvliezen (amnion en chorion) en de hechtvlokken, waaruit het kindsdeel van de placenta gevormd wordt. Omdat ook de trofoblast ontstaan is uit de bevruchte eicel is het DNA van de vruchtvliezen en de hechtvlokken identiek aan dat van het embryo. Om die reden kan dit materiaal worden gebruikt om al vroeg in de zwangerschap genetische afwijkingen op te sporen (chorionbiopsie/vlokkentest).

Intermezzo 12.4 Chorionbiopsie Een chorionbiopsie (vlokkentest) wordt uitgevoerd om genetische afwijkingen op te sporen. Dit kan bij een amenorroe (afwezigheid van menstruatie) van 10-12 weken. Met een canule kunnen via de cervix uteri enkele chorionvlokken onder echografische controle verwijderd worden. De resultaten van een vlokkentest zijn binnen een week bekend. Bij een amenorroe van 14-15 weken kan vruchtwater door middel van amniocentese (vruchtwaterpunctie) worden verkregen. Een dunne naald wordt transabdominaal in de amnionholte gebracht en vruchtwater wordt opgezogen. De verkregen cellen moeten eerst gekweekt worden voordat een karyogram (zie afb. 1.11) gemaakt kan worden. Het chromosoomonderzoek duurt daarom langer (gemiddeld drie weken).

Het pre-embryo verplaatst zich in ongeveer drie dagen van de ampulla naar de uterusholte. De verplaatsing komt tot stand door: – passief meedrijven met het vocht van de kliertjes van de mucosa; – trilhaarbewegingen van het tuba-epitheel; – peristaltische bewegingen van de tuba. Na de ovulatie op de veertiende cyclusdag zal het pre-embryo zich op de twintigste dag innestelen (nidatie). Ten tijde van de implantatie bevindt het slijmvlies van de uterus zich in het secretiestadium. Dit stadium wordt veroorzaakt door de werking van progesteron dat door het corpus luteum afgescheiden wordt. Bij een insufficie¨ntie van het corpus luteum wordt er geen tot te weinig progesteron gemaakt. Het endometrium zal onvoldoende geschikt zijn voor het pre-embryo om te implanteren.

473

474

Fysiologie en anatomie niveau 5

Intermezzo 12.5 Abnormale implantatieplaatsen De implantatie vindt gewoonlijk plaats in het endometrium van de voor- of achterwand van de uterus, dichtbij de fundus. Wanneer de blastula zich vasthecht bij het ostium internum, overbrugt later de placenta het ostium internum (placenta praevia). Dit veroorzaakt in de tweede helft van de zwangerschap en bij de geboorte ernstige bloedingen. Als de blastula zich implanteert buiten de uterus, ontstaat een extra-uteriene graviditeit (EUG). Deze kan optreden in de buikholte, het ovarium of de tuba. In dit geval sterft het embryo gewoonlijk in de tweede maand van de zwangerschap, wat gepaard gaat met ernstig bloedverlies. Slechts zelden komt een EUG tot een goed einde.

Soms zijn er op een bepaald moment tegelijkertijd twee Graafse follikels tot volledige rijpheid gekomen. Er worden in dat geval na de ovulatie twee eicellen door de eileider(s) opgenomen en getransporteerd. Wanneer beide oo¨cyten worden bevrucht ontstaat een tweeeiige tweeling. Deze embryo’s nestelen zich onafhankelijk van elkaar in het endometrium in. De meeste eeneiige tweelingen ontstaan door splitsing van de blastula. De embryo’s hebben dan een gemeenschappelijke placenta, maar gescheiden amnionholtes. Uit bovenstaande blijkt, dat de ontwikkeling van de eicel, die al vo´o´r de geboorte op gang is gekomen, pas tijdens de bevruchting wordt voltooid. Dit houdt in dat bij een zwangerschap van een veertigjarige vrouw de eicellen meer dan veertig jaar in een afgebroken delingsproces (profase 1) hebben verkeerd. Dit verklaart dat de kans op kinderen met een chromosomale afwijking stijgt met de leeftijd van de moeder. Voor het syndroom van Down (trisomie 21) is de kans bij een moeder onder 24 jaar 1 op 1400, boven de veertig jaar is deze 1 op 100. De relatie met de leeftijd van de vader is veel kleiner. 12.4.5 ontwikkeling embryo in de uterus De embryonale ontwikkeling wordt gekenmerkt door de vorming van de vruchtblaas en de placenta. De wand van de vruchtblaas, die gevuld is met vruchtwater, wordt gevormd door het amnion (het binnenste vruchtvlies) en het chorion (het buitenste vruchtvlies). Beide vliezen vergroeien met elkaar. Door het vruchtwater worden schokken opgevangen en het maakt tevens de symmetrische groei van het embryo mogelijk (afb. 12.7). De placenta (moederkoek) bestaat uit een moederlijk deel (ontwikkeld uit het endometrium) en een embryonaal deel (afkomstig uit de trofoblast). In de placenta zijn het bloed van de moeder en van de foetus van elkaar gescheiden door een dun membraan (de placentabarrie`re). Deze is niet doorlaatbaar voor cellen en eiwitten (met uitzondering van bepaalde antilichamen). In de placenta vindt uitwis-

12

Voortplanting

475

Afbeelding 12.7 Ontwikkeling van het embryo in de uterus.

seling plaats van allerlei stoffen tussen het bloed van de moeder en dat van het embryo. Doordat er echter geen rechtstreekse verbinding is tussen de bloedvaten van de moeder en het embryo, moet de uitwisseling geschieden door middel van diffusie. Door de vele vingervormige uitsteeksels wordt het diffusie-oppervlak vergroot. De navelstreng bevat drie bloedvaten, namelijk twee arteriae umbilicales (navelstrengslagaders), die het foetale bloed naar de placenta voeren, en e´e´n vena umbilicalis (navelstrengader), die het zuurstofrijke en voedselrijke bloed terugvoert naar het zich ontwikkelende kind (afb. 12.8). Deze foetale circulatie is beschreven in paragraaf 2.2.4.

476

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 12.8 A. Embryo, vier weken oud (lengte ca. 5 mm); B. Embryo, acht weken oud (lengte ca. 25 mm).

j A

j B

Functies van de placenta zijn transport en de productie van hormonen. Transportfunctie van de placenta H2O, O2, CO2, vetzuren en vetoplosbare vitaminen passeren de placenta door middel van diffusie. Dit is een passief proces: het kost geen energie. Het foetale bloed bevat HbF. Dit heeft een grotere O2-affiniteit dan het HbA van een volwassene. Bovendien is het hemoglobinegehalte van het foetale bloed hoger en de zuurstofconcentratie lager. Op deze manier wordt de overdracht van zuurstof van moeder naar kind bevorderd (zie par. 2.2.4). Glucose, aminozuren en elektrolyten, zoals Fe2+ en Ca2+, worden actief getransporteerd. Het transport van stoffen wordt soms bevorderd doordat de concentratie in het bloed van de moeder tijdens de zwangerschap stijgt. Sommige hormonen kunnen de placenta passeren zoals testosteron en synthetisch progesteron. Belangrijk is dat ook moederlijke plasma-eiwitten met een laag moleculair gewicht de placenta kunnen passeren. Hierdoor bezit het kind voor en enige weken na de geboorte het gammaglobuline (antilichamen van het type IgG, zie par. 3.5.2) van de moeder met als gevolg een passieve immuniteit tegen die ziektes, waartegen het moederlijk bloed antilichamen bevat. Bacterie¨n passeren de placenta gewoonlijk niet met uitzondering van de Treponema pallidum (de verwekker van syfilis). Vele virussen passeren wel (hiv, hepatitis B-virus (HBV), rubellavirus). Ook veel geneesmiddelen kunnen via de placenta de foetus bereiken. Omgekeerd kunnen gewoonlijk kleine hoeveelheden foetale erytrocyten in de moederlijke circulatie terechtkomen door laesies van de vlokken; bij resusantagonisme kan een resusnegatieve moeder tijdens de bevalling antilichamen gaan vormen tegen de erytrocyten van een

12

Voortplanting

resuspositieve foetus. Deze antilichamen kunnen bij een tweede zwangerschap via de placenta de foetus weer bereiken (zie par. 2.1.8). Hormonale functie van de placenta De jonge trofoblast produceert het hCG (humaan choriongonadotrofine). Het stimuleert het corpus luteum tot de productie van progesteron en oestrogenen. Bij een zwangerschapsduur van negen weken produceert de placenta meer progesteron dan het corpus luteum. De productie neemt tot de laatste weken van de zwangerschap toe. Progesteron wordt als pregnandiol in de urine van de moeder uitgescheiden. Progesteron heeft een relaxerende werking op het myometrium evenals op de gladde spieren van de wand van de darm, ureter en galblaas. De productie van oestrogenen neemt tot het einde van de zwangerschap toe. Het placentaire hormoon HPL (humaan placentair lactogeen) heeft evenals oestrogenen en progesteron invloed op de koolhydraatstofwisseling. Het heeft een anti-insuline werking. Onder andere hierdoor wordt de overdracht van glucose naar de foetus bevorderd. Het glucosegehalte in het bloed neemt na glucosebelasting toe (door de anti-insuline effecten van deze hormonen). Dit wordt gecompenseerd door hyperplasie van de b-cellen van de eilandjes van Langerhans in het pancreas (zie par. 7.5) waardoor de insulineproductie toeneemt na glucosebelasting. Bij zwangerschapsdiabetes is deze compensatie onvoldoende. Ook kan een abnormaal sterk anti-insuline effect door de hormonen aanwezig zijn. Door de continue afgifte van glucose naar de foetus wordt in de loop van de zwangerschap het nuchter bloedglucosegehalte van de moeder juist lager.

Intermezzo 12.6 Prenatale diagnostiek voor het syndroom van Down Bij prenatale diagnostiek voor het syndroom van Down worden verschillende vormen onderscheiden: dubbeltest, combinatietest en tripeltest. De dubbeltest is een biochemische test tijdens het eerste trimester van de zwangerschap waarbij twee biochemische markers worden bepaald in het serum van de moeder: hCG (humaan choriongonadotrofine) en PAPP-A, de Engelse afkorting van pregnancy associated plasma protein. De combinatietest is een combinatie van nekplooimeting en de genoemde biochemische dubbeltest. De nekplooimeting is een echoscopische meting van de nekplooi (een onderhuidse vochtophoping) voor een vroegtijdige screening op het downsyndroom. De combinatietest wordt uitgevoerd in de dertiende week van de zwangerschap; het is een test (beter gezegd een kansberekening) op downsyndroom en spina bifida (open rug). Deze test staat ook bekend als de eerste-trimesterscreening.

477

478

Fysiologie en anatomie niveau 5

De tripeltest is een serumtest bij zwangeren waarbij serum wordt onderzocht op drie stoffen: AFP (alfa-foetoproteı¨ne), hCG en oestrogeen (oestriol). De kans op een zwangerschap van een kind met het syndroom van Down (trisomie 21, zie intermezzo 1.5) is groot wanneer er sprake is van de volgende combinatie: – geringe concentratie AFP (waarschijnlijk door verminderde nierwerking bij de foetus); – hoge concentratie hCG (mogelijk door een disfunctie van de placenta); – een verlaagde concentratie oestrogeen (oestriol).

Intermezzo 12.7 In-vitrofertilisatie (ivf ) De ivf-behandeling begint met stimulatie van de ovaria waardoor verschillende follikels tegelijkertijd tot ontwikkeling komen. Vlak voor de te verwachten ovulatie wordt follikelaspiratie uitgevoerd. Dit vindt onder echografische controle transvaginaal onder lokale verdoving plaats. De verkregen eicellen worden enkele uren in een medium bewaard voordat de zaadcelsuspensie van de partner wordt toegevoegd. Het sperma van de partner wordt zodanig bewerkt dat een selectie van de meest beweeglijke zaadcellen ontstaat. Als bevruchting optreedt fuseren de vrouwelijke en mannelijke pronucleı¨ ongeveer 20 uur na de inseminatie. Twee tot drie dagen na de eicelaspiratie wordt een aantal (meestal twee) embryo’s in de baarmoeder gebracht. De terug te plaatsen embryo’s worden onder de microscoop in het uiteinde van een katheter opgezogen. Vervolgens wordt de punt van de katheter tot in het bovenste deel van het cavum uteri ingevoerd en wordt dan leeggemaakt zodat de embryo’s in de uterusholte achterblijven.

12.5

Mannelijke geslachtsorganen

De mannelijke geslachtsorganen (afb. 12.9) omvatten de testes (zaadballen), epididymides (bijballen), ductus deferentes (zaadleiders), vesiculae seminales (zaadblaasjes), prostaat (voorstanderklier) en de penis (lid). 12.5.1 testes De testes (zaadballen of teelballen) bevinden zich in een huidplooi, het scrotum. Iedere testis is hierin opgehangen aan de funiculus spermaticus (zaadstreng), waarbij de linkertestis meestal iets lager hangt dan de rechtertestis. Iedere testis is pruimvormig en heeft een lengte van ongeveer 5 cm. Een testis bestaat uit 200-300 lobjes, waarbij ieder lobje enkele zaadkanaaltjes (tubuli seminiferi) bevat, die uitmonden in een netwerk: rete testis (afb. 12.10a). De wanden van de zaadkanaaltjes bevatten twee

12

479

Voortplanting

Afbeelding 12.9 Schematisch overzicht van de geslachtsorganen van de man.

soorten cellen, namelijk spermatogonie¨n, waaruit zich de zaadcellen (spermatozoe¨n) ontwikkelen, en steuncellen (cellen van Sertoli). Ontwikkeling van spermatozoe¨n De spermatogenese (ontwikkeling van spermatozoe¨n, afb. 12.10b en afb. 12.11) begint, evenals de oo¨genese, reeds vroeg tijdens de embryonale ontwikkeling doordat kiemcellen zich ontwikkelen tot spermatogonie¨n die vervolgens naar de testes migreren. Afbeelding 12.10a Verticale dwarsdoorsnede van een epididymis.

Pas vanaf de puberteit gaan de spermatogonie¨n zich mitotisch delen, waardoor voortdurend grote aantallen spermatogonie¨n in de testes aanwezig zijn. Ze bevinden zich in de wand van de zaadkanaaltjes. Steeds is er een groot aantal spermatogonie¨n dat zich ontwikkelt tot primaire spermatocyten die zich vervolgens meiotisch delen. Na de meiose I worden ze secundaire spermatocyten genoemd. Wanneer ze de tweede meiotische deling hebben doorlopen heten ze spermatiden. De spermatiden differentie¨ren zich ten slotte tot spermatozoe¨n: de zaadcellen. De ontwikkeling van spermatogonie¨n tot rijpe zaadcellen duurt ongeveer twee maanden. Naast de overeenkomsten tussen de oo¨genese en de spermatogenese zijn er een paar belangrijke verschilpunten. Bij de man gaan zich vanaf de puberteit voortdurend nieuwe cellen

480

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 12.10b Dwarse doorsnede van een zaadkanaaltje. In de wand van het zaadkanaaltje vinden voortdurend mitosen en meiosen plaats. De door meiose ontstane haploı¨de cellen ontwikkelen zich tot spermacellen.

Afbeelding 12.11 Ontwikkeling van spermatozoe¨n: spermatogenese.

meiotisch delen, terwijl bij de oo¨genese de meiose van alle toekomstige eicellen reeds voor de geboorte is begonnen. Bij een vrouw

12

Voortplanting

worden er na de geboorte geen primaire oo¨genie¨n gevormd. Een ander verschilpunt is dat bij de spermatogenese iedere spermatocyt ten slotte vier zaadcellen oplevert, terwijl zich uit de primaire oo¨cyt slechts e´e´n functionele eicel ontwikkelt (en drie poollichaampjes). Tussen de zaadkanaaltjes bevinden zich de interstitie¨le cellen (tussencellen), ook wel cellen van Leydig genoemd. Deze cellen produceren, onder invloed van het hormoon LH (luteı¨niserend hormoon) uit de adenohypofyse, het hormoon testosteron. Dit verklaart dat het hormoon LH bij de man dikwijls wordt aangeduid met ICSH (interstitie¨le-cellenstimulerendhormoon). Het geslachtshormoon testosteron stimuleert de ontwikkeling van de secundaire geslachtskenmerken, de werking van de zaadblaasjes en de prostaat, de productie van zaadcellen en de opbouw van eiwitten in vooral de spieren (anabole werking). FSH heeft bij de man vooral effect op de Sertolicellen, waar het de gevoeligheid voor testosteron vergroot. Testosteron en verwante hormonen worden daarom in de sport als doping gebruikt. Door de negatieve terugkoppeling op de hypothalamus en de adenohypofyse is de plasmaconcentratie testosteron bij een volwassen man redelijk constant. Zelfs op hoge leeftijd is deze altijd nog bijna 50% van de concentratie bij een adolescent. De testes ontwikkelen zich bij het embryo retroperitoneaal in de dorsale wand van de buikholte, vlak bij de nieren. Een paar maanden voor de geboorte begint de descensus testiculorum, dat wil zeggen de afdaling van de testes vanuit de buikholte naar het scrotum. De afdaling vindt plaats achter het peritoneum langs de wand van de buikholte waarbij het os pubis aan de ventrale zijde wordt gepasseerd. Bij het begin van de achtste maand van de zwangerschap bevinden de testes zich samen met een uitstulping van de peritoneale holte (processus vaginalis) in de uitwendige liesopening. Normaliter is bij het begin van de negende maand van de zwangerschap de indaling tot in het scrotum voltooid. De peritoneale holte die grenst aan de testis wordt afgesplitst van de rest en blijft in het scrotum aanwezig. Beide testes worden door een arteria testicularis van bloed voorzien. Het bloed in deze arterie wordt via een netwerk van de vena testicularis gekoeld. Hierdoor is de temperatuur in de testes altijd enkele graden onder lichaamstemperatuur. Wanneer de afkoeling te groot dreigt te worden (bijvoorbeeld bij het wassen met koud water) trekt de musculus cremaster de testes tegen de buikwand aan. De cremasterspier is een voortzetting van de onderrand van de binnenste schuine buikspier.

Intermezzo 12.8 Hernia inguinalis (liesbreuk) en hydroke`le (waterbreuk) Een hernia inguinalis ontstaat door een stoornis in de sluiting van een uitstulping van het peritoneum, de processus vaginalis, waarlangs bij de jongens de testis afdaalt naar het scrotum. De processus vaginalis sluit zich in principe nadat de testis het

481

482

Fysiologie en anatomie niveau 5

scrotum heeft bereikt. Bij meisjes stulpt de processus vaginalis soms uit het labium majus. Bij een liesbreuk is de open processus vaginalis gevuld met buikinhoud (darm, omentum, tuba, ovarium). Deze aandoening komt tienmaal vaker voor bij jongens, vaker rechts, maar ook dubbelzijdig. Bij premature en jonge kinderen en bij een moeilijke reponeerbaarheid van de breuk (nauwe breukpoort) is de kans op beklemming groter met gevaar voor een strangulatie-ileus en testisatrofie. Bij de operatie wordt de open processus vaginalis ter hoogte van de anulus internus (inwendige lieskanaalopening) gesloten. Evenals bij de hernia inguinalis is er bij een hydroke`le sprake van een stoornis in de sluiting van de processus vaginalis. Indien er alleen vocht vanuit de buikholte in deze open processus vaginalis terechtkomt, is er sprake van een hydroke`le. De diagnose wordt gesteld door een lampje tegen de zwelling aan te houden en diafanie (doorschijnendheid) aan te tonen. Als de processus vaginalis nog open is ten tijde van het onderzoek, kan het vocht vanuit de hydroke`le in de buik worden teruggemasseerd en is er sprake van een hydrocele communicans. Deze vormt een operatie-indicatie. Soms is de opening van de processus vaginalis zo klein dat de diagnose alleen anamnestisch kan worden gesteld: ’s ochtends is de zwelling er niet, ’s avonds wel. Kan het vocht niet in de buikholte worden teruggemasseerd, dan is de processus vaginalis ter hoogte van de anulus internus gesloten. Met chirurgisch ingrijpen wordt nu gewacht tot het eerste levensjaar omdat de hydroke`le nog spontaan kan verdwijnen.

Intermezzo 12.9 Indalingsstoornissen van de testis (maldescensus testis) De testis behoort rond het tweede jaar in het scrotum te liggen omdat anders de fertiliteit van de niet ingedaalde testis gaandeweg vermindert. Dit geldt bij een eenzijdig niet ingedaalde testis ook voor de fertiliteit van de wel ingedaalde testis. Een jongen met een niet-scrotale testis moet rond zijn tweede jaar behandeld worden. Retractiele testis Bij retractiele testis is er sprake van een volledig ingedaalde en normale testis, die echter door een contractie van de musculus cremaster omhoog getrokken wordt. De cremasterreflex is zwak bij pasgeborenen, sterk bij het jonge kind en wordt weer zwak in de puberteit. Zodra het testisvolume in het begin van de puberteit gaat toenemen, zal de testis spontaan een scrotale ligging aannemen. Een retractiele testis behoeft daarom geen chirurgische behandeling. In het kader van de landelijk ingevoerde tes-

12

Voortplanting

tisregistratie wordt de positie van de testis bij de geboorte geregistreerd. Bij een retractiele testis wordt jaarlijks controle verricht totdat een definitieve scrotale ligging is bereikt. Retentio testis Wanneer de indaling van de testis niet volledig is, wordt dit retentio testis genoemd. De testis bevindt zich in het lieskanaal en kan niet stabiel in het scrotum gebracht worden. De behandeling is chirurgisch, waarbij de funiculus spermaticus en de bloedvaten van de testis vrijgeprepareerd worden en de testis in het scrotum gefixeerd wordt (orchidopexie). Cryptorchisme Bij het volledig ontbreken van indalen van de testis is er sprake van cryptorchisme. Hierbij bevindt de testis zich meestal abdominaal. Bij een dubbelzijdig cryptorchisme wordt chromosoomonderzoek gedaan om zeker te weten wat het geslacht is. Is het een jongen, dan zal met behulp van een hCG-test worden nagegaan of er testosteron producerend weefsel is (na hCGtoediening zal na tweee¨nzeventig uur het testosterongehalte stijgen). Bij een dubbelzijdige vorm speelt een deficie¨ntie van GnRH (gonadotrophin-releasing hormone, gonadotroop hormoon uit de hypothalamus) een rol (panhypopituı¨tarisme, geı¨soleerde GnRH-deficie¨ntie). Hormonale behandeling met hCG heeft dan een grote succeskans. Is er geen succes of een eenzijdig cryptorchisme dan wordt operatief ingegrepen.

12.5.2 epididymides Een epididymis, meervoud epididymides, (bijbal) is een langwerpig orgaan dat is gelegen in het scrotum op en achter de testis (afb. 12.10a). Hij bestaat uit 10-20 afvoerende buisjes (ductuli efferentes) vanuit de rete testis. Deze afvoerende buisjes eindigen in de ductus epididymidis (bijbalgang), een sterk gekronkelde gang met een lengte van ongeveer 5 meter! De belangrijkste functie van de epididymis is verdere rijping van de in de testis gevormde zaadcellen. In totaal kunnen deze maximaal drie weken in de epididymis verblijven, zodat dit orgaan ook een soort depotfunctie heeft. 12.5.3 ductus deferentes en vesiculae seminales Iedere ductus deferens (in de Engelstalige literatuur nog aangeduid als vas deferens) loopt vanuit de epididymis door het canalis inguinalis (in de funiculus spermaticus) via een scherpe bocht langs de achterzijde van de blaas tot in de prostaat waar hij uitmondt in de urethra (afb. 12.12). Hij is ongeveer 50-60 cm lang met een diameter van ongeveer 3,5 mm en een lumen van ongeveer 0,5 mm. De wand bestaat onder andere uit een dikke spierlaag (dikte 1-1,5 mm), met

483

484

Fysiologie en anatomie niveau 5

daaromheen een laagje bindweefsel. Via de ductus deferens worden de zaadcellen vanuit de ductus epididymidis naar de urethra vervoerd. Afbeelding 12.12 Urineblaas en prostaat (links) en prostaat, ductus deferens en vesiculae seminales (rechts).

De funiculus spermaticus (zaadstreng) is ongeveer 20 cm lang en loopt vanaf de testis tot de inwendige liesopening. Hij bestaat uit bloedvaten, lymfevaten, zenuwen, ductus deferens, cremasterspier en bindweefselfascie. De vesiculae seminales (enkelvoud: vesicula seminalis, zaadblaasje) zijn achter de blaas gelegen en monden uit in de ductus deferentes, pal voor de prostaat. De vesiculae seminales produceren een alkalische zaadvloeistof ter neutralisatie van de lage pH in de vagina. Deze vloeistof vormt ongeveer tweederde van het spermavocht en bevat onder andere fructose die als voeding dient voor de spermatozoe¨n. 12.5.4 prostaat De prostaat (voorstanderklier) is onder de urineblaas gelegen, rondom het eerste gedeelte van de urethra, achter de symfyse en vo´o´r het rectum (afb. 12.9; zie ook hoofdstuk 5). De prostaat heeft de grootte van een kastanje en bestaat uit drie kwabben. Hij produceert ongeveer een derde deel van de zaadvloeistof die via ongeveer 15 openingen naar de urethra wordt afgevoerd. Prostaatvocht is licht zuur; samen met de vloeistof uit de zaadblaasjes wordt de juiste pH voor de activering van de zaadcellen gecree¨erd. Boven de vijftig jaar heeft 50% van de mannen in meer of mindere mate prostaatvergroting en boven de 85 jaar zelfs 90%. Testosteron wordt in de prostaat omgezet tot dihydrotestosteron door het enzym 5-a-reductase. Dit dihydrotestosteron bindt zich aan de androgeenreceptor en dit resulteert in een verhoogde eiwitsynthese en hyperplasie. De prostaatvergroting is direct afhankelijk van androgene stimulatie. Door vergroting van de prostaat kan de urethra geheel of gedeeltelijk dichtgedrukt worden met als gevolg de zogenaamde prostatismeklachten: frequente mictie, een minder krachtige straal, het gevoel niet goed uit te (kunnen) plassen, persen, residuvorming en nadruppelen.

12

Voortplanting

Prostaatcarcinoom is nummer twee op de lijst maligne tumoren bij mannen. Het komt vooral na het vijftigste jaar voor, groeit vrij langzaam en metastaseert bij voorkeur naar de botten (bekken, lumbosacrale wervels, femur) en lymfogeen naar de lymfeklieren in het bekken. Bij eenderde van de patie¨nten is op het moment van de diagnose al metastasering opgetreden. De tumor groeit onder invloed van hormonen (testosteron, dihydrotestosteron). PSA is de afkorting van prostaatspecifiek antigeen, een exclusief enzym van het prostaatepitheel. Dit wordt aangetroffen in sperma en serum. PSA heeft tot taak om de in het sperma aanwezige grote eiwitmoleculen te splitsen zodat het sperma daarna vervloeit. Een zeer hoge serumconcentratie van PSA (>10 mg/l) kan duiden op benigne prostaathypertrofie, prostatitis of prostaatcarcinoom. 12.5.5 penis De penis bestaat uit de volgende onderdelen (afb. 12.9 en 12.13): – urethra (urinebuis); deze loopt eerst door de bekkenbodemspieren en daarna door het onderste zwellichaam. Ten slotte mondt de urethra uit op de top van de eikel. In de urethra monden erwtgrote slijmkliertjes uit: de klieren van Cowper; – corpora cavernosa (zwellichamen); er wordt onderscheid gemaakt in twee bovenste corpora cavernosa en e´e´n onderste, namelijk het corpus spongiosum, waarvan het einde glans (eikel) wordt genoemd. Het corpus spongiosum omsluit de urethra. Door seksuele prikkels wordt in de zwellichamen de arterie¨le bloedaanvoer versterkt. Doordat hierbij tevens de afvoerende venen worden dichtgedrukt leidt dit tot een snelle erectie van de penis; – glans (eikel); dit is een verwijding van het corpus spongiosum aan de top van de penis. Het vormt een kapje op het uiteinde van de corpora cavernosa; – preputium (voorhuid); dit is een losse huidplooi (omslagplooi) die normaal de glans geheel bedekt, maar over de glans teruggeschoven kan worden. Bij pasgeborenen is het preputium normaal verkleefd met de glans; de verkleving verdwijnt geleidelijk.

Intermezzo 12.10 Hypospadie en epispadie Hypospadie komt bij 1:300 levend geboren jongens voor. Bij deze aandoening mondt de urethra aan de ventrale zijde op een abnormale plaats uit. Tevens bestaat er een ventrale kromstand van de penis, die vooral bij een erectie duidelijk zichtbaar is. Het preputium is aan de ventrale zijde niet gesloten en bevindt zich dorsaal als een ‘matrozenkraag’. De hypospadie wordt benoemd naar de plaats waar de meatus urinarius (uitwendige urethraopening) zich bevindt (glandulair, peniel, scrotaal, perineaal). Als een jongen met een hypospadie opvallend veel plast bestaat er een meatusstenose, waarvoor het kind op korte termijn geopereerd moet worden (verwijdingsplastiek). De operatie voor de hypospadie vindt binnen het eerste

485

486

Fysiologie en anatomie niveau 5

Afbeelding 12.13 Dwarse doorsnede door de penis (boven). De twee schematische tekeningen (onder) geven schematisch de situatie vo´o´r (a) en tijdens de erectie (b) weer.

levensjaar plaats. De term meatus urinarius heet nu officieel ostium urethrae externum. De epispadie is het ‘omgekeerde’ van de hypospadie. De meatus bevindt zich te ver naar proximaal aan de dorsale zijde. De afwijking is veel zeldzamer dan de hypospadie en kan gepaard gaan met incontinentie als er ook een splijting van de blaashals aanwezig is.

Fimose Bij de pasgeborene is het preputium als regel nog met de glans verkleefd (fysiologische fimose). Pas rond de leeftijd van tien jaar heeft het preputium zich bij de meeste jongens geheel losgemaakt van de glans. Fysiologische fimose behoeft geen therapie. De verzorgers moeten niet proberen de voorhuid terug te schuiven. Het kan nog niet, het is pijnlijk en het kan een echte fimose veroorzaken. Bij een ‘echte’ fimose kan de voorhuid niet teruggetrokken worden als gevolg van littekenweefsel, dat in de preputiumopening aanwezig is. Er is een pathologische strictuur van het preputium. Soms bolt het preputium bij de mictie op als een ballon doordat het ernstig is vernauwd. Het littekenweefsel kan ontstaan na een trauma, een partie¨le circumcisie (besnijdenis), of na een balanitis (ontsteking van de glans). De therapie is een volledige circumcisie. Omdat de glans penis van de

12

487

Voortplanting

zuigeling wordt beschermd door het preputium is een balanitis zeldzaam. Posthitis (ontsteking van de voorhuid) komt vaker voor in de vorm van een ammoniakdermatitis. Ammoniak komt vrij bij de splitsing van ureum onder invloed van ureumsplitsende bacterie¨n. Impotentie Een erectiele disfunctie (impotentie), het onvermogen om een erectie te krijgen of te handhaven, is bij mannen de meest frequente seksuele stoornis met velerlei oorzaken (psychogeen, relationeel, vasculair, neurologisch, hormonaal). Een belangrijke groep vormen de erectiestoornissen, die worden veroorzaakt door medicatie (be`tablokkers, digitalis, lithium, morfine en nog veel meer) en intoxicatie (alcohol, cocaı¨ne, heroı¨ne, softdrugs). De disfunctie komt vaker voor bij ouderen (bij 65-plussers bij ongeveer de helft). De stoornis gaat dikwijls gepaard met afname van het libido (geslachtsdrift), de wens om seksueel actief te zijn. Bij de behandeling van mannen met erectieproblemen zal men somatische oorzaken zover mogelijk weg willen nemen. Naast oorzakelijk somatische behandelingen zijn er symptomatische therapiee¨n. Bij psychische oorzaken moet men denken aan psycho- of sekstherapie. Een erectiepil brengt een ontspanning teweeg van de spieren rondom de arteriolen in de penis waardoor de corpora cavernosae vollopen met bloed zodat er een erectie volgt. Wil een erectiepil kunnen werken, moet de man in kwestie wel seksueel opgewonden zijn. Erectiepillen zijn bekend onder hun merknaam (Viagra1, Cialis1). Bij Viagra1 is de werkingsduur ongeveer vier uur: de man krijgt een erectie op het moment dat hij binnen die tijd seksueel opgewonden raakt. Bij een erectiepil als Cialis1 is de werkingsduur ongeveer 36 uur, daarom ook wel aangeduid als de ‘weekendpil’. 12.5.6 sperma Het sperma bestaat uit zaadvloeistof met daarin de spermatozoe¨n, ongeveer 1% van het sperma (afb. 12.14). De zaadvloeistof is afkomstig van de ductus deferens, de twee vesiculae seminales, de prostaat en de twee klieren van Cowper. De zaadvloeistof transporteert de zaadcellen en bevat voedsel (fructose) voor de voeding van de zaadcellen. Door de hoge pH (8,3) van het sperma zijn de spermatozoe¨n gedurende korte tijd bestand tegen de zuren in de vagina. Afbeelding 12.14 Zaadcellen: bovenaanzicht (boven) en zijaanzicht (onder).

Een zaadcel bestaat uit een kop (3-5 mm) met een haploı¨de kern, een middenstuk (lengte ongeveer 5 mm) met veel mitochondrie¨n voor de benodigde bewegingsenergie, en een dun staartgedeelte, waarvan de lengte ongeveer 50 mm bedraagt. Op de kop bevindt zich een kapje

488

Fysiologie en anatomie niveau 5

(het acrosoom), dat enzymen produceert die het mogelijk maken in de eicel door te dringen. De kop wordt voorwaarts gedreven door de zwiepende beweging van de staart. De hoeveelheid sperma van een ejaculatie (zaadlozing) bedraagt ongeveer 3 ml. Het aantal spermatozoe¨n bedraagt per ml sperma normaal 60-120 miljoen.

Intermezzo 12.11 Retrograde ejaculatie Het ejaculaat volgt soms een andere dan de gebruikelijke route: het sperma stroomt dan de blaas in, in plaats van naar buiten door de penis te worden afgevoerd. Dit fenomeen staat bekend als retrograde ejaculatie. De blaashals (normaal gesloten tijdens de ejaculatie) is dan niet gesloten. Er bestaan meerdere oorzaken (diabetes mellitus, medicinaal, ruggenmergletsel, operatieve ingreep). De aandoening kan tot onvruchtbaarheid leiden door een te geringe hoeveelheid spermatozoe¨n bij de coı¨tus. De aanwezigheid van sperma in de urine is een directe aanwijzing voor deze afwijking.

12.6

Fysiologie van het seksueel functioneren

De seksuele responscyclus is onder te verdelen in vier fasen: libido (verlangen), opwinding, orgasme en herstel (bevrediging). Elke fase wordt gekenmerkt door subjectieve psychische ervaringen en objectieve fysiologische verschijnselen. De seksualiteit wordt gereguleerd door centra in de hersenen. Cognitieve processen in de hersenschors spelen samen met het limbische systeem een zeer belangrijke rol. Vanuit de hypothalamus worden de autonome processen, die van belang zijn voor de seksualiteit, aangestuurd. Bij laesies in de hypothalamus is ontremd seksueel gedrag, seksuele stoornissen en verandering van de seksuele orie¨ntatie beschreven. Voor het optreden van een erectie door psychische stimulatie spelen weer andere hersenkernen een rol. De hypothalamus staat al tijdens de foetale periode onder invloed van geslachtshormonen (testosteron, oestrogenen en progesteron). Veel neuronen hebben al vroeg in de ontwikkeling receptoren voor deze hormonen. Bij een jongetje is halverwege de zwangerschap en kort na de geboorte de testosteronspiegel hoog. Deze twee pieken zouden de ontwikkeling van de structuren in de hersenen programmeren. Bij meisjes is dit niet het geval. Deze verschillen in hersenstructuren zouden de basis zijn voor de genderidentiteit (gevoel man of vrouw te zijn) en de seksuele orie¨ntatie. Hormonen zijn betrokken bij de besturing van het centrale zenuwstelsel voor de seksuele behoefte. Er is een duidelijk verband aangetoond tussen de wisseling van de hormoonspiegels en de mate van seksuele belangstelling. Een normale androgeenspiegel speelt een belangrijke rol. Is de androgeenconcentratie in het bloed te laag dan

12

Voortplanting

is een normaal libido afwezig. Ook een verhoogde prolactinespiegel kan aanleiding geven tot een verminderd seksueel verlangen en/of erectiele disfunctie. Afwijkingen in andere hormonen kunnen de seksualiteit ook negatief beı¨nvloeden zoals bij hypo- en hyperthyreoı¨die en bij hypo- en hyperfunctie van de bijnierschors. Psychische factoren, zoals angst en agressie, kunnen zowel een positieve als negatieve invloed op het libido hebben. Depressiviteit leidt meestal tot vermindering van het libido. Na de menopauze is er een vermindering van de vaginale lubricatie (vochtigheid) ten gevolgen van atrofie van het vaginaslijmvlies door het lage oestrogeengehalte. Dit leidt tot een pijnlijke coı¨tus met libidoverlies als gevolg. Er bestaat een duidelijk sekseverschil voor wat betreft het orgasme. Vrouwen kunnen het orgasme langer beleven en zijn tevens in staat verschillende orgasmen kort na elkaar te hebben als de seksuele stimulatie aanhoudt. Bij de man is dat niet het geval. Er is een korte refractaire periode. Sommige jonge mannen zijn wel in staat kort na elkaar een aantal ejaculaties te hebben.

489

Erfelijkheid en DNA

13

Bij de bevruchting van een eicel door een zaadcel worden de erfelijke eigenschappen van een ouderpaar overgedragen op de nakomeling. Onder erfelijke eigenschappen vallen niet alleen de eigenschappen waarin mensen van elkaar verschillen, maar ook die waarin iedereen gelijk is, zoals de spijsvertering of het vermogen om te bewegen. In feite gaat ieder hoofdstuk van dit boek over erfelijke eigenschappen. Deze eigenschappen zijn opgeslagen op de 23 chromosomenparen in de menselijke celkern. Binnen een chromosoom is de stof DNA de drager van de erfelijke informatie. Door deze informatie is de cel in staat om de duizenden verschillende eiwitten te maken, die nodig zijn voor een gezond functioneren. Omdat het mogelijk is stukken DNA van verschillende herkomst te combineren tot recombinant-DNA, kan een groot aantal stoffen, zoals insuline, interferon, groeihormonen en stollingsfactoren, tegenwoordig door bacterie¨n worden geproduceerd. Ook voor de diagnostiek van erfelijke ziekten en voor wetenschappelijk onderzoek worden recombinant-DNA-technieken veelvuldig toegepast. DNAtechnieken worden ook toegepast bij vormen van gentherapie, maar tot nu toe nog zonder veel succes. 13.1

Erfelijkheid

De grondlegger van de erfelijkheidsleer is Johann Mendel, naar zijn kloosternaam gewoonlijk Gregor Mendel genoemd, een Oostenrijkse augustijnenmonnik. De wetmatigheden die hij ontdekt heeft worden daarom dan ook de wetten van Mendel genoemd (zie par. 13.1.4). 13.1.1 genotype en fenotype Het genotype van een individu is het geheel aan erfelijke aanleg. De eigenschappen die we waarnemen, de verschijningsvorm, wordt het fenotype genoemd. Het onzichtbare genotype (de aanleg) leidt tot een bepaald fenotype. Hierbij speelt het milieu dikwijls een belangrijke rol. Onder het milieu wordt in dit verband verstaan: het geheel van uitwendige omstandigheden, zoals voeding en opvoeding. Wanneer een plant te weinig zonlicht ontvangt, zal die zich nauwelijks kunnen ontwikkelen. Het fenotype zal dan anders zijn dan dat van een andere plant, die dezelfde aanleg heeft en die zich onder zeer gunstige omstandigheden heeft kunnen ontwikkelen. Een ander voorbeeld, maar nu uit de humane genetica, is de ontwikkeling van een muziekvirtuoos. Wan-

C.A. Bastiaanssen et al., Fysiologie en anatomie, DOI 10.1007/978-90-313-8098-5_13, © Bohn Stafleu van Loghum, 2007

13

Erfelijkheid en DNA

neer een kind de erfelijke aanleg heeft om een pianovirtuoos te worden, zal het mede van de opvoeding afhangen of deze aanleg tot uiting komt. Zonder muziekonderricht en instrumentarium zal dit waarschijnlijk nooit gebeuren of pas op een laat moment in het leven (laatbloeiers!). Omgekeerd zal het duidelijk zijn dat, wanneer geen muzikale aanleg aanwezig is, een kind zelfs met het beste muzikale onderricht, nooit tot een virtuoos zal kunnen uitgroeien. Er kan daarmee eenvoudig gesteld worden: genotype + milieu ? fenotype. Wat er genotypisch niet in zit, kan fenotypisch nooit tot uiting komen. Het milieu heeft niet altijd invloed op de ontwikkeling van het fenotype. Zo heeft het milieu geen invloed op bijvoorbeeld de eigenschappen bloedgroep en oogkleur. Interessant in dit verband is hoe men in het verleden heeft aangekeken tegen de relatie genotype en milieu. Schizofrenie, een pychotische psychiatrische stoornis met onder andere wanen, hallucinaties en incoherentie (verward taalgebruik), is daarvan een mooi voorbeeld. Tot ongeveer het midden van de vorige eeuw werd schizofrenie beschouwd al een puur lichamelijke zaak: een kwestie van genotype. Men paste dan ook lobotomie toe, waarbij via de schedel bepaalde hersenbanen in de prefrontale kwab werden doorgesneden. Vanaf omstreeks 1950 werd de oorzaak in de opvoeding gezocht (een kwestie van een verwaarlozing tijdens de jeugdjaren). Tegenwoordig is men van mening dat de oorzaak multicausaal is. Het is enerzijds erfelijk voor ongeveer 70% (genotype), maar bepaalde milieufactoren (bijv. complicaties tijdens de bevalling) bepalen of de ziekte manifest wordt. Regelmatig worden de termen aangeboren en erfelijk gehanteerd. Soms worden ze, ten onrechte, zelfs als synoniem gehanteerd. Alle eigenschappen waarmee de mens geboren wordt, worden aangeboren (congenitale) eigenschappen genoemd, die al of niet erfelijk kunnen zijn. Bepalend is of het vastligt in de genen. De invloed van het milieu begint al vanaf het moment van de bevruchting. Vooral tijdens de organogenese (ontwikkeling van de organen), die vooral plaatsvindt tijdens de eerste drie maanden, kunnen milieu-invloeden ongewenste effecten teweegbrengen. Stoffen, zoals nicotine, drugs, alcohol en bepaalde medicijnen kunnen vanuit het moederlijke bloed de placenta passeren en vervolgens het embryo bereiken. De kans bestaat dat de neonaat hierdoor aangeboren afwijkingen heeft. Die passage door de placenta geldt bijvoorbeeld ook voor virussen, zoals het rubellavirus (rodehondvirus) dat gedurende de eerste drie maanden van de zwangerschap de ontwikkeling van hersenen, ogen, oren en hart nadelig beı¨nvloedt. Deze aangeboren, niet-erfelijke afwijkingen, zijn ernstiger naarmate de infectie vroeger in de zwangerschap heeft plaatsgevonden. 13.1.2 gen en allel Iedere cel beschikt over een dubbel stel chromosomen, in totaal 23 paar. Twee gelijksoortige chromosomen die samen een paar vormen, worden homologe (gelijksoortige) chromosomen genoemd. Ieder chro-

491

492

Fysiologie en anatomie niveau 5

mosoom bevat achter elkaar gelegen genen. Een gen is een deel van een DNA-molecuul op het chromosoom en is de aanleg voor een erfelijke eigenschap. De plaats van een gen in een chromosoom wordt locus genoemd. Zo ligt de locus voor een gen dat een verhoging van de kans op borstkanker geeft (het BRCA1-gen, breast cancer gene) op de lange arm (de q-arm genoemd; de korte arm is de p-arm) van chromosoom nummer 17. Wanneer op een locus in een chromosoom een gen voor een bepaalde eigenschap ligt, dan ligt dat gen op het andere homologe chromosoom op dezelfde locus. Hieruit blijkt dat op een locus in homologe chromosomen voor iedere erfelijke eigenschap een genenpaar aanwezig is. Een allel (Grieks: allelon = elkaar, wederzijds) is een verschijningsvorm waarin een gen op een chromosoom kan voorkomen. 13.1.3 homozygoot en heterozygoot; dominant en recessief Alle cellen bevatten een dubbel stel chromosomen dat wordt aangeduid met de term diploı¨d. Bij de reductiedeling ter vorming van voortplantingscellen wordt het aantal chromosomen gehalveerd. Gameten zijn daarom haploı¨d (zie par. 1.7.2). Een zygote (het versmeltingsproduct van eicel en zaadcel) bevat uiteraard dan weer het normale diploı¨de aantal chromosomen. Alle genen komen zo in een cel in tweevoud voor. De aanleg voor de bouw van het hormoon insuline komt dus zowel in een eicel als in de zaadcel e´e´n keer voor. Voor ieder allel zijn er twee vormen: de dominante en de recessieve vorm. De dominante vorm wordt aangeduid met een hoofdletter en de recessieve met een kleine letter. Wanneer een organisme voor een bepaalde eigenschap twee identieke allelen bezit, bijvoorbeeld AA of aa, dan is het homozygoot voor die eigenschap. De gameten zijn in dat geval dan ook altijd identiek. Ze bevatten allemaal het allel A of allemaal het allel a. Een organisme is heterozygoot voor een bepaalde eigenschap wanneer de twee allelen voor die eigenschap niet aan elkaar gelijk zijn, bijvoorbeeld Aa. In dit geval zijn er twee soorten gameten mogelijk, namelijk gameten met het allel A en gameten met het allel a. Een recessief allel (Latijn: recedere = terugwijken), in dit geval a, komt in heterozygote toestand niet tot uiting in het fenotype omdat het gedomineerd wordt door het dominante allel A. 13.1.4 wetten van mendel Omdat Mendel baanbrekend onderzoek heeft verricht over de manier waarop eigenschappen worden overgedragen, wordt vaak gesproken over ‘mendeliaanse’ overerving: de wetten van Mendel. Om genetische experimenten te doen zoals Mendel die heeft gedaan, moet er aan een aantal voorwaarden worden voldaan. Dit zijn onder andere: – de te bestuderen erfelijke eigenschap moet ondubbelzinnig vast te stellen zijn in het fenotype; – de generatieduur moet kort zijn; – vanwege de statistische betrouwbaarheid moet er steeds een behoorlijk aantal nakomelingen zijn.

13

493

Erfelijkheid en DNA

Hieruit wordt duidelijk, dat genetische experimenten bij mensen (nog los van het ethische aspect) niet erg voor de hand liggen. Mendel heeft dan ook voor de overerving van zeven verschillende eigenschappen bij erwten gekozen. Voor de oudergeneratie wordt, in navolging van Mendel, de hoofdletter P (= parentes) gebruikt. De volgende generaties worden gecodeerd met F1, F2, F3 enz. (f = filius, zoon). Een voorbeeld van een door Mendel uitgevoerde kruising van een homozygoot dominant individu en een homozygoot recessief individu wordt weergegeven in het volgende schema: (H staat voor het dominante allel en h voor het recessieve allel) P

HH

x

F1

Hh, dit individu is heterozygoot en heeft de dominante eigenschap.

F2

Hh

x

hh

Hh (zelfbestuiving)

Mannelijke cellen

H

h

H

HH

Hh

h

Hh

hh

Het resultaat is als volgt. In de eerste generatie (F1) zijn alle nakomelingen heterozygoot en bezitten ze de dominante eigenschap. In de tweede generatie (F2) is de verhouding van het genotype 1 HH : 2 Hh : 1 hh. Dit betekent dat drie van de vier individuen de dominante eigenschap hebben. Hiervan heeft e´e´n individu een homozygoot genotype en zijn er twee van het heterozygote type. Het vierde individu heeft een recessief fenotype. Het genotype is dan automatisch homozygoot. Er blijken vele overgangsvormen te bestaan, wat betreft het aantal allelen en de vorm van het fenotype. Bij de ABO-bloedgroepen zijn er bijvoorbeeld drie allelen in het spel: allel A, B en het allel O. A en B zij beide dominant over O, waardoor het genotype AO leidt tot bloedgroep A. Het genotype OO is dus bloedgroep O (nul!). Wanneer de twee homologe chromosomen de allelen A en B bevatten is er sprake van bloedgroep AB; beide allelen komen als het ware tot uiting. Dit wordt codominantie genoemd (zie tabel 13.1). Tabel 13.1

Overerving van de bloedgroepen binnen het ABO-stelsel.

bloedgroep

antigeen op de erytrocyt

antilichaam in het bloedplasma

genotype

A

A

anti B

AA of AO

B

B

anti A

BB of BO

AB

A en B

geen

AB

O

geen

anti A en B

OO

494

Fysiologie en anatomie niveau 5

Bij de resusfactor zijn er zelfs drie genen in het spel: C, D en E. In de praktijk wordt bij transfusies in dit verband uitsluitend gelet op het gen D (met de allelen D en d). Een persoon met de aanleg Dd of DD is resuspositief. Een resusnegatief persoon heeft dan ook het genotype dd (zie par. 2.1.8). 13.1.5 intermediaire erfelijkheid Vaak erft een eigenschap niet volledig dominant over. Er is dan sprake van onvolledige dominantie of intermediaire erfelijkheid. In dat geval krijgt de heterozygoot niet helemaal het fenotype van de dominante ouder maar iets tussen het fenotype van de dominante en recessieve ouder in. Onvolledig dominant overerven van ziektes heeft tot gevolg dat de heterozygoot zieke wel dezelfde symptomen heeft als de homozygoot zieke, maar dan in mildere vorm. Een voorbeeld van een onvolledig dominant overervende ziekte is sikkelcelanemie (zie intermezzo 2.1). Bij de homozygote vorm verandert de erytrocyt bij een lage zuurstofdruk (rond 40 mm Hg) in de weefsels in een sikkelvorm. De sikkelcellen veroorzaken micro-infarcten in de organen. Tevens worden ze versneld afgebroken. Bij de heterozygote vorm zijn er genoeg normale HbA-erytrocyten aanwezig om sikkelcelvorming te voorkomen, behalve bij zeer lage zuurstofdruk. Een ander voorbeeld is familiaire hypercholesterolemie, een dominante aandoening waarbij het LDLcholesterol in het bloed verhoogd is (zie par. 13.3.1). 13.2

Chromosomen

De mens heeft in iedere lichaamscel 23 paar chromosomen (totaal 46 chromosomen), onderverdeeld in autosomen en heterosomen (geslachtschromosomen). 13.2.1 autosomen De autosomen zijn wat hun lengte en vorm betreft twee aan twee aan elkaar gelijk. Het zijn 22 paar die gerangschikt worden naar grootte (zie afb. 1.9 en afb. 1.11 (karyogrammen)). Van ieder ouderpaar erven we dan ook 22 autosomen. De overerving die betrekking heeft op de autosomen wordt autosomale overerving genoemd, onder te verdelen in autosomaal dominant en autosomaal recessief, afhankelijk van de aard van het gen (zie par. 13.3.1). 13.2.2 heterosomen De twee heterosomen zijn bij vrouw en man verschillend (afb. 13.1). Vrouwen hebben per cel twee X-chromosomen (kortweg XX) en mannen hebben per cel twee verschillende heterosomen, namelijk een X- en een Y-chromosoom (kortweg XY). Overerving die betrekking heeft op genen die op de heterosomen liggen wordt dan ook heterosomale overerving genoemd, te verdelen in X-chromosomale overerving en Y-chromosomale overerving. De X-chromosomale overerving wordt ook wel aangeduid met de onjuiste term geslachtsgebonden erfelijkheid (sex-linked) doordat die

13

Erfelijkheid en DNA

495

Afbeelding 13.1 Overerving van het geslacht.

vorm van erfelijkheid meestal voorkomt bij jongens (denk bijv. aan hemofilie, par. 13.3.1). X- en Y-chromosoom Het X-chromosoom is groot en stabiel en draagt ongeveer duizend genen. Het kleine en instabiele Y-chromosoom bevat slechts enkele tientallen genen, maar is bepaald niet ‘leeg’, zoals dikwijls beweerd wordt (afb. 13.2). Het Y-chromosoom bevat een speciale regio, die specifiek is voor het mannelijk geslacht. Deze regio, aangeduid als MSY-regio (male-specific region of the Y-chromosome), bevat genen die coderen voor ongeveer 25 eiwitten. Ongeveer de helft hiervan is betrokken bij de spermatogenese (vorming van zaadcellen). Mutaties in dit gebed kunnen leiden tot subfertiliteit of zelfs tot infertiliteit. Behalve de genen voor de spermatogenese bevat de MSY-regio ook het geslachtsbepalende gen SRY (sex-determing region of the Y-chromosome). Of een embryo een jongen of een meisje wordt, hangt namelijk af van de zaadcel die de eicel bevrucht. Als het een zaadcel is met het Y-chromosoom (inclusief het SRY-gen) dan is er sprake van een jongetje (XY). Het SRY-gen zorgt ervoor dat de gonaden in het embryo uitgroeien tot testes. De beide testes produceren testosteron, dat de ontwikkeling stimuleert van de inwendige en uitwendige mannelijke geslachtsorganen en geslachtskenmerken (zie par. 12.2). Mutaties in het SRY-gen kunnen tot gevolg hebben dat er tijdens de zwangerschap bij de foetus zich geen mannelijke geslachtskenmerken ontwikkelen. Het kind komt dan als een XY-meisje ter wereld. Inwendig zijn er wel testes aanwezig omdat het ontstaan ervan wordt bepaald door het SRY-gen. Een XY-meisje heeft echter geen eileiders of uterus, maar voelt zich wel vrouw. Het SRY-gen komt reeds tot expressie omstreeks de zesde week van conceptie. De activiteit is van zeer korte duur (slechts enkele uren!). Het SRY-gen, gelegen op de korte arm van het Y-chromosoom, wordt ook wel aangeduid als het TDF-gen, afkorting van testis determinerende factor-gen. Wanneer de zaadcel, die de eicel bevrucht heeft, een X-chromosoom bevat, heeft het embryo per cel twee X-chromosomen (XX). Door de

496

Fysiologie en anatomie niveau 5

afwezigheid van het SRY-gen worden er geen testes gevormd, maar juist ovaria. Er wordt daardoor geen testosteron geproduceerd. Door de afwezigheid van testes en testishormonen ontstaan er eileiders en de uterus. Er wordt dan een meisje geboren. Afbeelding 13.2 Een genetische kaart van het X- en Y-chromosoom.

Bij een XX-persoon (een meisje) wordt vroeg in de embryonale ontwikkeling een van de twee X-chromosomen geı¨nactiveerd. Het totale aantal actieve X-chromosomale genen is dan ook in beide geslachten ongeveer gelijk. De inactivering van het X-chromosoom (ongeacht of het van de moeder of van de vader afkomstig is) is echter niet volledig. Enkele genen op het inactieve X-chromosoom blijven toch actief. Op het X-chromosoom liggen veel genen die betrokken zijn bij de ontwikkeling van de hersenen. Vooral bij mannen kan een mutatie in het X-chromosoom leiden tot mentale retardatie (verstandelijke handicap) omdat er geen compensatiemogelijkheid is van een volwaardig gen op een tweede X-chromosoom. 13.3

Overervingspatronen

Bij de overervingspatronen wordt er onderscheid gemaakt tussen monogene overervingspatronen, met slechts e´e´n gen in het spel, en de polygene (multifactorie¨le) overervingspatronen, waarbij meerdere genen betrokken zijn, dikwijls gekoppeld aan milieu-invloeden. 13.3.1 monogene overervingspatronen Op grond van de autosomen en de heterosomen wordt er onderscheid gemaakt in autosomale en heterosomale overervingspatronen, ieder weer onder te verdelen in dominante en recessieve overerving.

13

Erfelijkheid en DNA

Autosomale overervingspatronen Bij autosomale dominante overerving is het afwijkende allel (A) dominant over het normale allel (a). Patie¨nten zijn bijna altijd heterozygoot Aa, zekere bij letale aandoeningen. Een relatie van een patie¨nt en een gezond persoon zal dan van het type Aa x aa zijn. De nakomelingen zijn dan voor 50% ziek en voor 50% gezond. Karakteristieken van een autosomaal dominant overervende ziekte zijn: – als de partner van de patie¨nt gezond is hebben de kinderen een kans van 50% op de ziekte; – de geslachtsratio (mannelijke/vrouwelijke patie¨nten) is 1; – de afwijking wordt zowel door mannen als door vrouwen doorgegeven; – de afwijking slaat geen generatie over; – mensen zonder de afwijking geven deze ook niet door. Op dit moment zijn er ongeveer 4.000 verschillende autosomaal dominant overervende ziektes bekend. De meest voorkomende is een vorm van familiaire hypercholesterolemie (FH) met een frequentie van 1:500. Het aantal patie¨nten in Nederland wordt geschat op 30.000 tot 38.000. De voor de leeftijd gestandaardiseerde sterfte bij patie¨nten met FH is een factor 3 a` 4 groter dan in de algemene bevolking. Bij FH is sprake van onvolledige dominantie. De veel ernstiger homozygote vorm komt veel minder voor (1:1.000.000). Deze patie¨nten overlijden vaak al op jonge leeftijd aan de gevolgen van ernstige atherosclerose van de arteria coronaria. FH is een stoornis van het metabolisme van lipiden, waardoor een sterk verhoogde kans bestaat op vroegtijdige atherosclerose van de coronaire, cerebrale en perifere arterie¨n. De vroegtijdige atherosclerose bij deze patie¨nten wordt toegeschreven aan het verhoogde gehalte aan low-density-lipoproteı¨nen (LDL) in het bloedplasma. Normaliter worden deze cholesterolrijke lipoproteı¨nen voor het grootste deel door de lever opgenomen via het LDL-receptoreiwit. Bij de heterozygote vorm van FH functioneren slechts ongeveer 50% van deze LDL-receptoren waardoor het plasmacholesterolgehalte dan kan stijgen tot waarden van 7,5 tot 16 mmol/l. Bij de homozygote vorm van FH zijn er geen werkende LDL-receptoren aanwezig waardoor het cholesterolgehalte kan stijgen tot boven de 25 mmol/l. Een andere dominant overervende aandoening is de chorea van Huntington (een progressieve aandoening van het zenuwstelsel). De symptomen openbaren zich pas tussen het 30e en 45e levensjaar (dus wanneer er al vaak nakomelingen verwekt zijn). Deze beginnen met onwillekeurige bewegingen van armen en benen en kunnen uiteindelijk leiden tot geheugenverlies, veranderingen in de persoonlijkheidsstructuur en volledige dementering. Er bestaat geen therapie (zie trinucleotiderepeats (par. 13.8.1)). Naast tientallen andere kunnen ook beide bovengenoemde aandoeningen via DNA-onderzoek worden opgespoord.

497

498

Fysiologie en anatomie niveau 5

Bij de autosomaal recessieve overerving komen symptomen alleen voor bij de homozygoot (aa). Vaak is het recessieve gen zeldzaam. Een patie¨nt wordt dan vrijwel altijd geboren uit twee heterozygoten (Aa). Bij een zeldzaam gen zullen de meeste heterozygoten een partner treffen, die homozygoot is voor het normale gen. Alle kinderen zijn dan gezond. Alleen nakomelingen van twee partners, die heterozygoot zijn voor dezelfde ziekte, lopen een kans van 25% op een ziek kind. Er geldt dan ook het volgende: – als twee ouders beiden heterozygoot (‘drager’) zijn, is de kans op een aangedaan (homozygoot) kind 25%; van de gezonde kinderen is tweederde heterozygoot; – als de ouders bloedverwanten zijn wordt de kans op een ziek kind vele malen groter. Om die reden blijven in geı¨soleerde gemeenschappen bepaalde ziektes steeds maar persisteren, die buiten die gemeenschap vrijwel niet voorkomen; – de geslachtsratio van de aangedane kinderen is 1; – zowel mannen als vrouwen kunnen drager zijn van de aandoening; – er zijn in de wereld duizenden recessief overervende ziekten bekend. Daarom is iedereen drager van een aantal recessief overervende aandoeningen. De in Nederland meest voorkomende recessief overervende ziekte is hemochromatose, een ijzerstapelingsziekte in de vorm van hemosiderine, vooral in de lever, pancreas en huid. De ziekte komt voor bij ongeveer 1 op 400 personen; 1 op 10 is dan drager. Bekender is de ziekte cystische fibrose (‘taaislijmziekte’); 1 op 2.500 personen is ziek en 1 op 25 personen is heterozygoot en daarmee drager. Door de veranderde samenstelling van de producten van alle exocriene klieren treden onder andere de volgende symptomen op: herhaalde longinfecties, taai sputum, excessief verlies van zout bij zweten (met als gevolg uitputting en hypotensie) en ondervoeding (door verminderde pancreasfunctie). De heterozygoten kunnen de symptomen (vooral de longsymptomen) in verminderde mate hebben (vooral bij verontreinigde lucht). Dit laatste is een goed voorbeeld van onvolledige dominantie. Heterosomale overervingspatronen Bij heterosomale overervingspatronen wordt een onderscheid gemaakt tussen de X-chromosomale overerving en de Y-chromosomale overerving. Heterosomale overerving is overerving van genen op de X- of Y-chromosoom. Het gaat meestal om genen gelegen op het X-chromosoom, aangezien het Y-chromosoom weinig genen bevat. Omdat vrouwelijke cellen beschikken over twee X-chromosomen is dit type overerving voor vrouwen vergelijkbaar met de tot nu toe besproken autosomale overerving. Voor mannen verloopt dit type overerving echter anders. Het volgende voorbeeld van de overerving van een bepaald type kleurenblindheid (een heterosomaal recessieve eigenschap) laat zien welke gevolgen dit heeft.

13

499

Erfelijkheid en DNA

K betekent: het niet-kleurenblind-gen (dominant), k is het kleurenblind-allel (recessief ). De genotypen voor normaal ziend zijn dan: ,: XKXk, XKXK en 15 jaar

vrouw man vrouw man laboratoriumafhankelijk methodeafhankelijk

08.00 uur 17.00 uur vrouw man vrouw man vrouw man neonaten (< 1 wk) volwassenen neonaten

. . .

eenheid

539

Bijlage II Referentiewaarden laboratoriumbepalingen

bestanddeel

conditie

B bse

vrouw man

referentiegebied

B CRP B bloedingstijd B APTT B PT B fibrinogeen B FDP B D-dimeer B antitrombine (AT) B INR (TT, PT) U fosfaatuitscheiding U creatinine-uitscheiding U amylase U soortelijk gewicht U osmolaliteit U natrium U kalium

eenheid

< <