Cellulaire fysiologie

Cellulaire fysiologie
Inleiding : Wat is fysiologie ?
 Het is de functie en niet de structuur van cel, organen en lichaam die primeren maar er is wel een
belangrijke link met structurele disciplines
 Fysiologie kan verschillende deelaspecten bestuderen
 Fysiologie is de studie van :
o Vitale functies of hoe functioneert het gezonde menselijke lichaam
o Nadruk op oorzaak en gevolg
o Wat zijn de onderliggende werkingsmechanismen
o Hoe worden deze mechanisme gecontroleerd en gereguleerd
 Het lichaam bestaat uit verschillende organisatieniveaus
o De cel is de kleinste eenheid
o Ze bestaat uit verschillende moleculen en organellen en wordt omgeven door een celmembraan
o Cellen met eenzelfde functie vormen weefsels
o Verschillende weefsels met structurele en functionele eenheden vormen organen
 Lichaam heeft 10 orgaansystemen :
o De huid : schermt ons af van de buitenwereld
o Musculoskeletaal systeem : zorgt voor de lichaamsvorm en de mogelijkheid tot bewegen
o Ademhalingssysteem : zorgt voor uitwisseling van gassen tussen buitenwereld,bloedvaten en
weefsels
o Cardio-vasculaire systeem : transportfunctie in het gehele lichaam en staat in contact met de
andere systemen
o Digestieve systeem : staat ook in contact met de buitenwereld en zorgt voor vertering en
opname van voedingsstoffen en voor de metabolisatie en excretie van afvalstoffen
o Urinaire systeem : zorgt voor regulatie van ionen en waterconcentratie en voor excretie van
afvalstoffen
o Reproductieve systeem : zorgt voor de voortplanting
o Immuunsysteem : staat in contact met de andere systemen en beschermt ons tegen agressie van
de buitenwereld
o Zenuwstelsel en endocriene systeem : reguleren alle voorgaande systemen
 Fysiologie probeert de verschillende functies van de verschillende orgaansystemen te integreren in een
globaal beeld over het menselijk lichaam
Fysiologie is een integratieve wetenschap
 Grootste deel onderzoek is gefocusseerd op het cellulaire en moleculaire niveau
 Verklaringen over wat er gebeurt in de testtube of in geïsoleerde cellen (in vitro) kunnen slechts
gedeeltelijk uitleggen wat er gebeurt in het intacte organisme (in vivo)
 De kennis van deze mechanismen werd experimenteel vergaard door de toepassing en gebruik van de
wetenschappelijke methodologie
 Functie van het menselijk lichaam :
o Het hele lichaam : inspanningsfysiologie
o Orgaan : hart,longen,nieren
o Cel : cellulaire en moleculaire fysiologie
 Link/overlap met andere wetenschappen :
o Biochemie,celbio,cyto,histo
 Hoe zal één cel de naburige cellen , de weefsels , de organen en de systemen beïnvloeden ?
 Orgaansystemen worden systematisch bestudeerd
o Het doel is een verband te kunnen leggen tussen deze systemen en een geïntegreerd inzicht te
verwerven
1
Hoofdstuk 1 : Homeostatische controlesystemen
 Menselijk lichaam is onafhankelijk en “vrij-levend”
 Ons lichaam bestaat uit cellen die alleen kunnen overleven en functioneren in zeer nauwe marge van
fysische en chemische omstandigheden zoals :
o Temperatuur
o Zuurstofconc
o Osmolariteit
o pH
 condities rond de cellen binnen limieten te houden
 Claude Bernard : milieu intérieur :
o Hij stelde dat Multi-cellulaire organismen omgeven worden door een extern milieu
(lucht/water) maar ook door een vloeibaar intern milieu
o Onze cellen worden dus niet onmiddellijk blootgesteld aan de externe wereld maar zullen
eerder interageren met het externe milieu via het interne milieu
o Dit interne milieu wordt constant vernieuwd
 Uitwisseling van materie en energie tussen het lichaam en externe milieu via
 Gastro-intestinale tractus
 Longen
 Huid
 nieren
o Er is een dynamische controle van verschillende vitale parameters noodzakelijk
 Zuurstof en CO2 conc
 Conc van glucose en andere metabolieten
 Osmotische druk
 Concentratie van waterstof  pH
 Verschillende ionen
 temperatuur
o Afwijkingen op deze optimale omstandigheden resulteren in dysfuncties, ziekte en dood
o Onze mogelijkheid om te overleven in wisselende omstandigheden staat in directe relatie met
onze mogelijkheden om het interne milieu constant te houden
Homeostase :
 Walter Cannon (1929) introduceerde homeostase als :
o Het vermogen van het lichaam om de dynamische interne stabiliteit te handhaven door
gecoördineerde fysiologische mechanismen
 Om optimaal te kunnen functioneren in verschillende omstandigheden moet het lichaam in de eerste
plaats afwijkingen van het normale kunnen onderscheiden  herstellen
 In de tweede plaats moet er een mogelijkheid zijn om mechanismen te activeren om deze afwijkingen
te herstellen in elke richting
 Homeostase is een continu en dynamisch proces waarbij talrijke parameters worden geregistreerd en
de aangepaste gecoördineerde reacties worden uitgelokt zodat de verstoring of afwijking van de
variabele minimaal wordt gehouden
o Homeostatische antwoorden kunnen lokaal of systemisch optreden
o Proces heeft 3 componenten :
 De stimulus of de afwijking van een parameter
 Een cel of weefsel dat de stimulus evalueert en een respons initiëert
 De cellen of weefsels die de correctie of respons uitvoeren
 De werking van alle cellen, weefsels en organen moet op elkaar zijn afgesteld zodat elke verandering
die optreedt in het extracellulaire vocht, een reactieketen uitlokt waardoor de afwijking tot een
minimum wordt herleid
2




De homeostatische regeling omvat de samenwerking van verschillende mechanismen
De efficiëntie van de controle of bewakingssystemen kan verschillen naargelang de leeftijd
o Kleine kinderen kunnen moeilijk hun vochtbalans regelen
o Oudere personen kunnen moeilijker warmte tolereren
Wanneer het lichaam niet meer in de mogelijkheid verkeert om fysiologische variabelen te herstellen
zal dit leiden tot ziekte en soms tot dood
Homeostase kan in stand gehouden worden door lokale mechanismen of door reflexbogen
o Lokale controle : een lokale verstoring zal een paracrien (omgeving) of autocrien (cel reageert
zelf) effect induceren
 Autoregulatie of intrinsieke controle
 De cel of het weefsel registreert de verstoring in onmiddellijke omgeving en reageert
 De respons is beperkt tot de lokale omgeving
 Als de zuurstofspanning daalt zullen de weefselcellen stoffen uitscheiden waardoor de
gladde spiercellen rondom de lokale bloedvaten zullen ontspannen, vasodilatatie. De
bloedtoevoer en dus ook de zuurstoftoevoer zullen dan terug toenemen
o Reflexboog :
 respons zal elders geïnitieerd worden dan in het weefsel waar de correctie wordt
uitgevoerd
 reflex wordt gebruikt wanneer ofwel het zenuwstelsel, het endocrien systeem of beiden
een stimulus ontvangen, deze info integreren en aangepast gaan reageren
 kan onderverdeeld worden in verschillende componenten : >
 stimulus
 receptor/sensor : 1ste stap
o zijn gespecialiseerde cellen of complexe multicellulaire receptoren zoals
de zintuigen
o kennen een drempelwaarde/minimum verstoring die moet plaatsvinden
om een reactie op gang te brengen
 afferente informatieweg :
o verlopen via zenuwvezels of via chemische signaalmoleculen
 integratiecentrum : centrale controlepost van de reflexboog
o ontvangt de info over de verstoring en beslist over de reactie
o de inkomende info wordt vgl met een setpoint/instelwaarde/gewenste
waarde
o bepaalt de grootte van de respons
o setpoint kan voor elke parameter variëren, door
 aanpassing aan de omgevingscondities  acclimatisering
 externe invloeden zoals dag en nacht en seizoenscyclus
 efferente informatieweg :
o brengt de info vanuit integratiecentrum naar de effectorcellen
 effector :
o zijn cellen of weefsels die de respons uitvoeren
o parameter terug op normale waarde brengen
 respons die tot stand komt corrigeert de variabele en wijzigt de stimulus
 sensoren zenden nu info over de gecorrigeerde variabele naar het
integratiecentrum die opnieuw de respons aanpast
 er is dus continue terugkoppeling/feedback naar de integrator
 voor de meeste reflexen geldt dat ze de homeostase in de hand werken
 maw dat ze de parameter relatief stabiel kunnen handhaven
3

hoe goed een integrerend centrum erin slaagt om een parameter stabiel te houden is
afhankelijk van de gevoeligheid van het systeem, van de receptoren
 osmosereceptoren zullen een respons initiëren van zodra de osmolariteit van het
plasma een afwijking van slechts 1-2% vertoont
 sensoren die gevoelig zijn voor zuurstof zullen pas reageren bij een afwijking
van 30-40%
 De eenvoudigste vorm van controle is die thv het weefsel
o Zonder tussenkomst externe signalen van afgelegen organen
 Het algemene werkingsprincipe van de controle systemen is de negatieve terugkoppeling
o Bij een neg feedback loop zal de respons in omgekeerde richting gaan van de afwijking :
 Een afname initieert een toename, een toename initieert een afname
 Belangrijkste mechanisme om de homeostase te behouden
 Glucosegehalte in het bloed is te laag :
 Vrijgave hormoon glucagon om glucosewaarde te doen stijgen
 Glucosewaarde in het bloed is te hoog :
 Vrijgaven insuline om glucosewaarde te normaliseren
 Een lage glucoseconc in het bloed zal oa ook leiden tot stimulatie van het
hongercentrum in de hersenen waardoor we zullen eten wat het glucosegehalte doet
o Zorgen voor stabilisatie van een fysiologische parameter maar kunnen de afwijking niet
voorkomen  gesloten kringloop
o Negatief : de richting van de afwijking is tegengesteld aan de richting van de correctie
 Feed-forward controle zorgt voor anticipatie en behoud van stabiliteit
o Het lichaam heeft een systeem ontwikkeld dat de afwijking van de variabele zal voorspellen en
ervoor zorgt dat een aanpassing op gang komt nog vooraleer de variabele duidelijk afwijkt
o Vorming van speeksel :
 Bij het zicht,reuk of zelfs de gedachte aan iets lekkers  vorming van speeksel
 Positieve feedbackloop : hier wordt een antwoord gegenereerd dat de stimulus nog zal versterken
o Sneeuwbaleffect, dus geen homeostatisch proces
o Er is een externe factor nodig om de cyclus te onderbreken
o Niet-beeïndiging van een pos feedbackloop leidt tot een vicieuze cirkel
o Calcium-induced calcium release
o Actiepotentiaal
o Bloedstollingscascade
o Bij de geboorte treedt er ook een positieve terugkoppeling op
 Baby daalt in het kleine bekken, cervix zal uitrekken
 Oxytocine wordt vrijgemaakt door neurohypofyse, veroorzaakt baarmoederconctracties
die de baby meer doet drukken op de cervix
 Nog meer oxytocine vrijmaking, nog meer contracties
 De cyclus wordt doorbroken bij de geboorte : druk verdwijnt op cervix en vermindert
de vrijmaking van oxytocine
o Veel pathologische situaties worden gekenmerkt door een positieve feedbackloop
Evenwicht en steady-state
 Worden soms verward en door elkaar gebruikt, maar zijn verschillende toestanden
 Suggereren beide een stabiele toestand, maar steady-state betekent niet noodzakelijk een evenwicht
 De term evenwicht impliceert een relatie tussen ten minste 2 compartimenten, daar waar steady-state
slaat op 1 of meerdere compartimenten
 Evenwicht :
o Als 2 compartimenten in evenwicht zijn, zijn tegengestelde krachten in balans en is er geen
netto transfer van een substantie of van E van het ene naar het andere compartiment
4
o Er is evenwicht wnnr er voldoende tijd is voor uitwisseling en als er geen fysische of
chemische kracht is die een transfer in één of andere richting bevoordeelt
o Geen E nodig om de evenwichtstoestand te behouden :
 In de longen diffundeert zuurstof vanuit de alveolen naar bloed tot er eenzelfde
zuurstofdruk is in beide compartimenten
 Een steady-state is een conditie die niet verandert met de tijd
o De hoeveelheid of conc van een stof in een compartiment is constant, wat soms E vereist
o De conc in de versch compartimenten kan wel erg verschillend zijn
o In de meeste cellen is er een steady-state voor Na+
 De hoeveelheid Na dat de cel verlaat en binnenkomt is gelijk, maar de conc intra en
extracellulair verschilt sterk
 Extracellulaire conc is veel hoger dan de intracellulaire waardoor er een constante
tendens is van Na om in de cel te stromen
o Het omgekeerde gebeurt voor K+
 Hoge intracellulaire conc en een lage extracellulaire conc
 De cel gebruikt E om Na terug naar buiten te pompen
 ATP afhankelijke Na/K pomp
Balansconcept
 Vele homeostatische controle systemen zijn betrokken bij het in stand houden van de balans van een
chemische stof
o Regeling waterbalans : klinisch belangrijk zie puntje 1
o Regeling zoutbalans
 De totale lichaamsbalans hangt af van de netto opname/input in het lichaam en het netto verlies/output
 3 mogelijke scenario’s :
o De totale lichaamsbalans is in evenwicht : inname=excretie  input=output
o Het verlies is groter dan de inname waardoor de totale hoeveelheid van de beschouwde stof in
het lichaam afneemt
o De input of inname groter is dan het verlies, waardoor de stof zich in het lichaam opstapelt
 Evenwichtssituatie kan verstoord worden door de output of de input te wijzigen
 Puntje 1 :
o Om een const waterinhoud in ons lichaam te handhaven moeten we dezelfde hoeveelheid water
innemen als we uitscheiden : input=output
o We winnen en verliezen water via versch wegen
o Gemiddeld iets meer dan 2l water per dag innemen via eten en drinken
o Het metabolisme voegt hier nog 0,3l water aan toe
o De belangrijkste weg waarlangs we water kunnen uitscheiden is via de urine 1,5l/dag
o Klein volume gaat verloren via de stoelgang
o Het verlies van vocht via de huid en de met vocht gesatureerde uitgeademde lucht worden we
niet gewaar  insensiebel waterverlies, 0,9l/dag
o In sommige situaties kan het verlies via de huid/ overvloedige transpiratie of de gastrointestinale tractus/diarree/braken belangrijk zijn
 Neg waterbalans, kan hersteld worden door de homeostatische controleprocessen die de
in en output zullen beïnvloeden
 Dorstgevoel zal de inname bevorderen
 De grotere vrijstelling van het antidiuretisch hormoon zal ervoor zorgen dat men
minder urine zal produceren
 Warmtebalans :
o Wnnr het warmteverlies van het lichaam gelijk is aan de warmte productie en de opgenomen
warmte, zal de temperatuur constant blijven
o Om deze te regelen  thermoregulatie
5
Regulatie van de lichaamstemperatuur : thermoregulatie
 Mensen zijn warmbloedige dieren of homeothermen
 Wij hebben de mogelijkheid om onze inwendige lichaamstemperatuur te reguleren binnen zeer nauwe
grenzen rond 37°C
 Koudbloedige dieren of poïkilothermen, bij hun wordt de inwendige lichaamstemperatuur in
belangrijke mate beïnvloed door de omgevingstemperatuur
 Door hun temperatuur constant te houden hebben homeothermen een aantal biologische voordelen
o Zeer hoge of lage temperatuur kan weefselschade veroorzaken
 Te hoog : proteïnestructuur zal veranderen  denaturatie
 Te laag : weefselschade door 2 mechanismen
 Ijskristallen kunnen de cel mechanisch beschadigen
 Bevriezen van water : de conc van opgeloste stoffen zullen in het overblijvende
cytoplasma toenemen waardoor ook chemische beschadiging van de cel
optreedt
o Een verandering in T zal ook een verandering in biologische functie v/d cel met zich
meebrengen
o Enzymatische reacties zijn optimaal bij een welbepaalde temperatuur
 Thermoregulatiemechanismen :
o Stabiel intern milieu
o Vermijden van pathologische processen
 Wnnr we beweren dat de T bij homeothermen const is bedoelen we eigenlijk dat de kernT const is
 De huid en de extremiteiten hebben niet steeds een const T
 De kernT is const thv de belangrijke vitale organen : dus er wordt aangenomen dat kernT stabiel is
o Hersenen,hart,longen en buikholte
 KernT kan lichtjes versch naargelang de plaats in het lichaam, afhankelijk van lokale factoren zoals
metabolisme en bloedtoevoer
 Circardiaans ritme :
o T gedurende de dag loopt op tot een max om 4u ’s middags waarna de T zal dalen tot een min
rond 4u in de ochtend
 Schommeling tijdens de menstruele cyclus, na de ovulatie is de T 1°C hoger
 Ook T schommelingen in functie van de leeftijd :
o Baby’s en ouderlingen kunnen hun kernT minder const houden en hebben grotere
schommelingen in hun T bij veranderingen in omgevingsT
o Baby’s hebben een grotere opp/vol verhouding waardoor ze gemakkelijker opwarmen/afkoelen
o Baby’s kunnen nog niet transpireren en bibberen
o Oudere mensen ontwikkelen een deficit in T voelen, ze hebben een lager metabolisme, ze
hebben een kleinere cardiovasculaire reserve en atrofie van de zweetklieren
 Tijdens sportinspanningen zal de T natuurlijk ook stijgen
 De kernT moet centraal gemeten worden, de beste plaats is het rectum
o Onder de tong meten geeft een onderschatting (0,5°C)
o Oortemperatuur, vrij grote fouten zitten door niet te acclimatiseren
o Thv de oksel kan vrij nauwkeurig zijn maar moet gedurende 30min gebeuren om een correcte
waarde weer te geven, weinig gebruikt
Warmteproductie
 De hoeveelheid warmte die ons lichaam aanmaakt is afhankelijk van het metabolisme
 Alle metabole processen produceren warmte
 Ons metabolisme is niet const en dus ook niet de hoeveelheid warmte die wordt aangemaakt
 De hoeveelheid die nodig is om de functies van rustende cellen te behouden rustmetabolisme
o Actieve cellulaire transportsystemen
6
o Hersen,darm,lever,hart en ademhalingsactiviteiten
 Na het eten van een maaltijd zal de metabole activiteit in belangrijke mate toenemen
 Wnnr we inspanningen doen zal door een belangrijke toename van spieractiviteit ons metabolisme
toenemen en dus ook de T
 In rustomstandigheden zijn de Ebehoeften van ons lichaam laag : 80kcal/uur
 E wordt uitgedrukt in kcal of in Joules : 1kcal = 4,186 J
 Kracht is E/tijdseenheid en wordt uitgedrukt in Watt of J/s : 1W=1J/s
 Kinderen hebben een hoger rustmetabolisme dat daalt tijdens ouder worden
 Mannen hebben een iets hoger rustmetabolisme dan vrouwen
 Tijdens fysische inspanningen kan het Everbruik en de hitteproductie toenemen tot 600kcal/uur
 Wnnr er geen mechanismen zouden zijn om deze toename in warmteproductie uit te wisselen met de
omgeving zou de kernT met ong 1°C stijgen iedere 8-10min
o Efficiënt thermoregulatiesysteem dat deze Tstijging tegenwerkt
Warmteoverdracht
 Warmte wordt geproduceerd in alle weefsels maar gaat alleen verloren thv weefsels die in contact
staan met de buitenwereld
o Huid
o ademhalingssysteem
 Een overdracht van warmte is nodig in de zones waar veel warmteproductie is zoals :
o Hart,lever,spieren naar de huid
 Warmte wordt in ons lichaam getransporteerd door conductie en convectie via bloed
 Conductie :
o Warmte wordt rechtstreeks doorgegeven van 1 vaste stof naar een vaste stof die ernaast
gelegen is (spierhuid)
o Weinig efficiënt systeem
 Convectie :
o Warmte wordt overgedragen van een vaste stof naar een vloeistof of omgekeerd
o Warmtetransfer door convectie hangt af van het Tverschil tussen het weefsel en het bloed
enerzijds en anderzijds door de hoeveelheid bloed die doorheen het weefsel stroomt
o Bloed zal enerzijds warmte opnemen thv interne organen en warmte afgeven thv de huid
 Warmteoverdracht van kern naar huid : convectie + conductie
 In rust bedraagt de T van spieren 33-35°C wat lager is dan de kernT
 De T van de lever 38°C wat hoger is dan de kernT
 Op deze manier kan warmte van lever naar bloed overgedragen worden en dan van bloed naar spieren
 Bij inspanningen zullen spieren een grote hoeveelheid warmte produceren die meer dan 100keer de
hoeveelheid is die bij rust wordt geproduceerd
 De hoeveelheid warmte die dan gegenereerd wordt is groter dan de hoeveelheid warmte die normaal
kan afgevoerd worden  leidt tot een verhoging van de T van de spieren
o Door toename van de spierT zal de gradiënt tussen spier en bloed vergroten waardoor er meer
warmte kan afgevoerd worden
o Bij sportinspanningen zal de bloeddoorstroming van de spieren in zeer belangrijke mate
toenemen wat eveneens warmteoverdracht bevordert
o Door deze mechanismen zal de spierT normaal gehouden worden
 Wnnr zware inspanningen langdurig zijn, zal de spierT uiteindelijk toch toenemen tot een nieuw
steady-state setpoint wat zal leiden tot verhoging van de kernT
 De warmte die vervoerd wordt door het bloed zal afgegeven worden aan de huid die beschikt over
versch mechanismen om af te koelen
Warmteverlies via de huid :
Radiatie of straling (infraroodstraling)
7


Warmteoverdracht door radiatie gebeurt tussen de huid en vaste objecten in de omgeving
Radiatie kan het lichaam zowel opwarmen als afkoelen
o Opwarmen door de zon
 Het lichaam zal warmte opnemen of verliezen, proportioneel aan het Tverschil tussen de huid en het
stralende lichaam
 Het radiatie warmteverlies is pos wnnr we in de buurt komen van een koude muur of venster
 Het radiatie warmteverlies is neg wnnr we warmte opnemen door bv zon,kachel,…
 Warmteverlies door radiatie : 60% van de warmte die we verliezen in een neutrale thermische
omgeving
 Thermoneutraliteit betekent dat de lichaamsT stabiel blijft zonder transpiratie of bibberen in een
neutrale thermische omgeving : 28-30°C
o Lichaam in rust, naakt
 Hoeveelheid straling kunnen we berekenen
o R (kcal/u) = Hr (kcal/m²u°C) . (Thuid-Tobject) (°C) . Ar (m²)
 R  radiatie warmteverlies
 Hr  warmteradiatietransfercoef
 T  Temperatuur van de huid, van het object
 Ar  opp beschikbaar voor radiatiewarmteuitwisseling
Conductie
 Warmteoverdracht door conductie gebeurt wnnr het lichaam een vast materiaal van een versch T
aanraakt
o Ijs op pijnlijke spier
o Op heet strand liggen
 Minimaal effect
Convectie
 Warmteoverdracht door convectie gebeurt wnnr lucht of vloeistof de warmte wegvoert van het
lichaam
o Dit is de reden waarom bij eenzelfde T het gevoel van koude groter is wnnr er wind staat
 Convectie is afh van het verschil in T tussen de huid en de omgeving
 De convectie warmtetransfercoef is variavel en is groter wnnr de snelheid van wind of vloeistof groter
is, de coef is ook veel groter bij water dan bij lucht
o Dit is de reden waarom we sneller afkoelen in koud water dan in een koude omgeving
 Hoeveelheid convectie kunnen we berekenen
o C (kcal/u) = Hc (kcal/m²u°C) . (Thuid-Tobject) (°C) . Ac (m²)
 C  convectie warmteverlies
 Hc  warmteconvectietransfercoef (geen const, in functie van de snelheid), coef water
100x groter dan lucht
 Ac  opp beschikbaar voor convectie-warmteuitwisseling
Evaporatie of verdamping of transpiratie
 Bijna alle hitte die geproduceerd wordt tijdens inspanningen zullen we verliezen door evaporatie
 Evaporatie is onafhankelijk van de Tgradiënt tussen de huid en de omgeving
 Afhankelijk van de gradiënt van waterdampdruk tussen huid en omgeving
 Hoeveelheid evaporatie kunnen we berekenen
o E (kcal/u) = He (kcal/m²u°C) . (Phuid-Pobject) (°c) . Ae (m²)
 E  evaporatie warmteverlies
 He  evaporatiewarmtetransfercoef
 P  waterdampdruk huid en omgeving
 Ae  opp beschikbaar voor evaporatie-warmteuitwisseling
 De verdamping van 1g water verwijdert 0,6kcal van het lichaam
8

Onze zweetklieren kunnen ong 30g zweet per min aanmaken, hierdoor kunnen we tot ong 1000kcal
per uur verliezen
o Kan alleen in ideale omstandigheden, wnnr de omgevingsvochtigheid laag genoeg is om
efficiënte verdamping toe te laten
 Zoals bij convectie zal de wind de evaporatie beïvloeden
o Wnnr er wind aanwezig is zal de lucht die verzadigd is met waterdamp net boven de huid
regelmatig vervangen worden door nieuwe, minder verzadigde lucht
Algemeen
 De efficiëntie van warmtetransfer van de huid naar de omgeving is dus afh van versch
omgevingsfactoren
o Luchtvochtigheid  evaporatie
o omgevingsT  conductie, convectie en radiatie
 Wnnr we ondergedompeld zijn in water zal bijna alle warmtetransfer via convectie gebeuren
 Wnnr onze warmtebalans in evenwicht is, is de warmte die gegenereerd wordt door het metabolisme
en eventueel opwarming door de omgeving gelijk aan de hoeveelheid warmte die we verliezen door
conductie,convectie,radiatie,evaporatie
o Dus : warmteopslag (S) , warmte gegenereerd door metabolisme (M), warmteverlies (W)
o S = M-W
o Als S > 0  stijging kernT
o Als S < 0  daling kernT
Actieve warmteregulatie (welke mechanismen bestaan er om de T aan te passen ?)
 De temperatuurregulatie bestaat ook uit verschillende componenten :
o Temperatuursensoren : centraal in de hypothalamus gelegen, perifeer in de huid
 Overal in de huid komen vrije zenuwuiteinden voor, het aantal verschilt naargelang de
lokalisatie
 Bij een stijging van de T zullen de warmtereceptoren het aantal impulsen/sec doen
toenemen
 Bij 40°C zullen er zo goed als geen impulsen meer gegeven worden door de koude
receptoren
 In de hypothalamus zijn er centrale temperatuurreceptoren die de kernT meten
 Meten de kernT
 Belangrijk bij inspanningen
 Geen anticiperende functie maar een echte negatieve feed-back functie
 Ze zullen pas geprikkeld worden wnnr de T al gestegen of gedaald is
o Afferente banen
o Warmte en koudereceptoren die vroegtijdig info over de omgevingsT doorgeven aan het
integratiecentrum, anticiperende functie
 Hypothalamus is het integratiecentrum
 Ontvangt info van de huid via afferente banen
 integreert deze info met info van versch delen van het lichaam
 vgl met de ideale setpoint T
 stuurt zo nodig signalen door naar de effectororganen waardoor veranderingen in de
warmtetransfer of warmteproductie optreden
o Efferente banen en doelwitorganen (effector)
 De thermale effectororganen bestaan uit
 De huid : bloedvaten en zweetklieren
 spieren
Thermale effectoren :
9

Verandering van bloeddoorstroming van de huid gebeurt via veranderingen in de tonus van
huidarteriolen
 In het grootste gedeelte van de huid controleert het sympatische autonome ZS de bloeddoorstroming,
veroorzaakt vasoconstrictie van arteriolen en venulen via norepinefrine vrijmaking en dus
vermindering van het warmteverlies
 Via de sympaticus kan er ook actieve vasodilatatie veroorzaakt worden door vrijmaking van
acetylcholine wat leidt tot een toename van de bloeddoorstroming en dus een verhoogd verlies van
warmte
 Dit systeem is alleen actief bij vrij grote Tschommelingen : dilatatie treedt op bij een T die ook
transpiratie veroorzaakt
 In de acrale/apicale regio’s veroorzaakt sympatische activiteit vasoconstrictie en verminderen van de
sympatische activiteit vasodilatatie
o Zal in werking treden bij kleine Tveranderingen
 Locale koude op de huid kan ook vasoconstrictie veroorzaken door een reflexvasoconstrictie
gemedieerd door adrenerge sympatische vezels
 Bij belangrijke Tstijging zal het autonome ZS zweetklieren activeren
 Zweetklieren scheiden zweet af waardoor de partiële oppspanning van waterdamp stijgt wat evaporatie
veroorzaakt
 De INN van zweetklieren is sympatisch, maar acetylcholine is de neurotransmittor
 In no is er een lineaire toename van de transpiratie in antwoord op een toename van de kernT
o Hypothalamic drive
 Omgekeerd doen de lage huidT en dehydratatie de transpiratie afnemen voor eenzelfde hypothalamic
drive
 Wnnr de T significant daalt zal dit leiden tot een verhoogde warmteproductie
 Door onwillekeurige spiercontracties van gestreept spierweefsel (rillen) kan de warmteproductie
gedurende lange tijd verdubbelen en gedurende korte tijd verviervoudigen
 Een laatste mechanisme waardoor we onze T kunnen aanpassen is een verandering in ons gedrag
o De hypothalamus geeft ook signalen naar de hogere cortex waar we een al dan niet comfortabel
gevoel krijgen
o Gedrag aanpassen en ons bv beter kleden, uit de wind gaan zitten of ons afkoelen met water
Enkele situaties waarbij de temperatuurregulatie belangrijk is
Effect van inspanning op de lichaamstemp
 Na integratie geeft de hypothalamus signalen naar de huid waardoor een toename van transpiratie en
dilatatie van de huidbloedvaten ontstaat
 Op dat ogenblik zal de toename van T geneutraliseerd worden door een toename van het verlies
 De kernT is echter al gestegen door het initiële onevenwicht
 Na stoppen van de inspanning zal het warmteverlies dus nog even moeten doorgaan om de T weer
normaal te krijgen
 Door te trainen zullen atleten sneller en meer transpireren bij een lagere T, ook over het hele lichaam
transpireren en niet alleen maar thv romp
o Ontwikkelen minder snel hyperthermie
o Er is minder convectie nodig er is meer bloed beschikbaar voor de spieren
 Dehydratatie leidt tot minder transpiratie en hogere T
Koorts
 Bij koorts wordt het setpoint in de hypothalamus verhoogd
 Pyrogenen zijn stoffen die koorts veroorzaken :
o Exogeen : bacteriën of bacteriële toxines, stimuleren een verscheidenheid van cellen die op hun
beurt endogene pyrogenen afscheiden
10
o Endogeen : polypeptiden veroorzaken locale synthese van prostaglandine E2 (PGE2) dat het T
setpoint in hypothalamus verhoogt
 De hypothalamus geeft de info door wat leidt tot een verhoogde warmteproductie (rillen) en een
verminderd warmteverlies (vasoconstrictie, warmer kleden)
 Aspirine vermindert koorts doordat het de synthese van PGE2 blokkeert
Verschillen tussen koorts en temperatuurstijging bij inspanning (zie afbeelding)
Aanpassingen aan de hitte
 Wnnr we enige tijd in een warme omgeving verblijven zal er in ons lichaam veranderingen optreden
na ong 1 week
 We zullen sneller, meer en over het hele lichaam transpireren bij een lagere kernT
 Minder Na in zweet uitgescheiden
 Toename van het plasmavolume en een afname van het hartritme
Enkele pathologische toestanden
 In sommige gevallen is ons lichaam, ondanks alle regulatiemechanismen niet meer in staat om de T
binnen aanvaardbare grenzen te houden
 Wnnr de kernT >41°C of <35°C is de temperatuurregulatie in min of meer belangrijke mate ontregeld,
kunnen levensbedreigend zijn
Hyperthermie
 Ontstaat meestal door langdurige inspanningen te leveren in een omgeving met een hoge T (afname
conductie en radiatie) en een hoge vochtigheidsgraad (afname evaporatie)
 Het is uitz dat hyperthermie optreedt in een droge omgeving doordat er voldoende afkoeling is door
evaporatie, wnnr er voldoende hydratatie is
 Oudere personen zullen minder transpireren en zijn dus gevoeliger voor hyperthermie
 Bij sommige huidziekten en bij hartdecompensatie is er een daling van de zweetproductie
 Sommige medicaties verminderen transpiratie en kunnen hyperthermie veroorzaken
o Anti-cholinergica
o Anti-histaminica
o Tricyclische anti-depressiva
o XTC en cocaïne
 Een andere oorzaak zijn letsels thv de hersenstam
 Veroorzaakt een aantal afwijkingen, cardiovasculaire maar in ernstige gevallen (hitteslag) kunnen alle
organen worden aangetast
Hitte syncope
 Is een bloeddrukdaling die ontstaat door pooling van bloed in perifere venen
 Leidt tot vermindering van de veneuze terugvloei naar het hart en een daling van het slagvolume
 Leidt tot een versnelling van het hartritme ter compensatie
 De splanchnische bloedvaten contraheren zodat er minder bloed in het splanchnische systeem blijft en
er meer bloed beschikbaar is voor de systemische circulatie
 Uiteindelijk zullen het hartdebiet en de bloeddruk dalen
 Door overvloedige transpiratie en Na verlies is er een vermindering van het plasmavolume, wat een
verdere daling tot gevolg heeft van het
o Centraal bloedvolume
o Veneuze return
o Slagvolume
o Hartdebiet
o bloeddruk
 zien we voornamelijk bij personen die onvoldoende getraind zijn, gedehydrateerd zijn of nog niet
aangepast zijn aan de hitte
 in dit stadium is de thermoregulatie nog intact, en de kernT is nog binnen aanvaardbare grenzen
11

de patiënten transpireren en hebben een koele vochtige huid, maar soms kunnen ze kortstondig
bewusteloos zijn
 behandeling bestaat uit neerliggen op een koele plaats
Hitte collaps, heat exhaustion
 meer gevorderd stadium van hitte syncope
 falen van de cardiovasculaire homeostase in hitte
 het kan tijdens inspanning, maar ook in rust gebeuren
 symptomen : slapte,misselijkheid,braken,duizeligheid,hoofdpijn,spierkrampen kunnen collaps
voorafgaan
 lage bloeddruk, verhoogd hartritme, transpiratie, bleekheid
 temperatuur is normaal of licht verhoogd, maar soms kan de kernT sterk stijgen en kan er evolutie naar
hitteslag zijn
 de behandeling bestaat uit neerliggen op een koele plaats en voldoende vocht en zout toedienen
o drinken of infuus
Hitteslag of heat stroke
 levensbedreigende vorm
 2 vormen :
o Klassieke die ontstaat door grote hitte
o Inspanningsgeïnduceerde die ontstaat door grote warmteproductie, dikwijls in combinatie met
hoge omgevingsT
 de kernT stijgt tot boven de 41°C, de huid voelt droog en warm aan, bloeddruk is laag
 hersenletsels + verwardheid, convulsies en in coma gaan
 veralgemeende stolling : diffuse intravasculaire coagulatie of DIC
o op een celbeschadiging in de nier,lever,spieren,…
 gaat gepaard met hoge mortaliteit als het niet snel en efficiënt behandeld wordt
 behandeling bestaat uit afkoelen (ijs,water) en intraveneus dehydrateren om kernT te doen dalen
 alle metabole afwijkingen dienen gecorrigeerd te worden en de falende organen moeten ondersteund
worden
Maligne hyperthermie
 wordt uitgelokt tijdens algemene anesthesie door toediening van sommige inhalatieanesthetica of
spierrelaxantia (succinylcholine)
 een mutatie thv de ryanodine receptor op het sarcoplasmatisch reticulum
o Hierdoor is de controle van vrij Ca2+ in het cytoplasma van de spiercellen ontregeld
 Bij een aanval stijgt de conc van vrij Ca2+ met een activatie van myosine ATPase wat kan leiden tot
een ongecontroleerde hypermetabole status
 Eerste symptomen :
o Tachycardie, hoge bloeddruk, spierrigiditeit
o Gevolgd door snelle stijging van de kernT
 Vroeger dodelijk, nu medicamenteus (dantrolene) behandelt
 Vroegtijdige herkenning is noodzakelijk
Andere medicamenteus-geïnduceerde hyperthermiesyndromen :
 Maligne neuroleptisch syndroom : neuroleptica
 Serotonine syndroom : versch anti-depressiva, anti-emetica
Hyperthermie als behandeling :
 Kankertherapie (experimenteel) :
o Locaal opwarmen, huidtumoren
o Intra-abdominaal opwarmen door spoeling van het peritoneum
 Verhoogt apoptose van kankercellen
 Beschadigen celmembraan van kankercellen
12
 Verhoogt immuniteit
Hypothermie
 Door onderdompeling in water wegens de hoge warmtetransfercoef (convectie) van water
 Baby’s en ouderlingen kunnen moeilijker hun kernT op peil houden, veel gevoeliger
 Ouderen die langdurig op de grond liggen na een val worden dikwijls opgenomen met hypothermie
 Hartdecompensatie, sepsis en hypothyroidie
 Alcohol en sommige medicaties (barbituraten/slaapmiddel) veroorzaken hypothermie door het
verminderen van de verdediging tegen koude en verhoging van het warmteverlies (vasodilatatie)
 Verschillende gradaties :
o Milde : 32-35°C
o Matige : 28-32°C
o Ernstige : < 28°C
 Onze verdedigingsmechanismen tegen koude,vasoconstrictie van de huidbloedvaten en rillen zijn
onvoldoende bij een groot Tverschil
 Milde en matige worden gekenmerkt door rillen en depressie van het centrale ZS :
o Irritabiliteit,apathie,verwardheid,slaperigheid,gang en spraakmoeilijkheden
 Ernstige : verdwijnen van rillen er aantasting versch organen
o Bewusteloosheid,rigiditeit van spieren, bloeddrukdaling en ritmestoornissen
 De patient kan dood lijken, maar eerst opwarmen en dan bekijken !
 De behandeling bestaat uit
o opwarmen (isolatie, warmtematras)
o correctie van de zuur-base status en het elektrolytenevenwicht
o behandelen van ritmestoornissen (ventrikelfibrillatie)
 ernstige : metabolisme zal dalen waardoor de overlevingskansen van iemand die langdurig in ijskoud
water gelegen heeft voor groter zijn dan die van iemand die in warm water verdronken is
 no one is death until warm and death
o reanimatie moet verdergezet worden tot hij opgewarmd is
 bevriezen is niet hetzelfde als hypothermie
o gekenmerkt door ijsvorming in de cellen, ledematen,neus, oren en kan niet gepaard gaan met
hypothermie
o ijsvorming beschadigt de cellen door 2 mechanismen
 mechanische factor : ijskristallen
 chemische factor
 wnnr een cel bevriest, zal het in feite de watercomponent en niet de opgeloste stoffen zijn die
bevriezen
o hierdoor stijgt de conc van opgeloste stoffen tot een toxische conc voor de cel
Therapeutische hypothermie
 lichaam onderkoeld voor het uitvoeren van een medische ingreep om de stofwisseling te vertragen als
de ingreep een korte circulatiestilstand onvermijdelijk maakt
 door de ontwikkeling van de hart-long machine is dit tegenwoordig een grote zeldzaamheid geworden
 bij hersenletsels werkt men met koeling van het hoofd om de zuurstofbehoefte van de hersenen na het
ongeval te beperken waardoor de schade naderhand minder zou zijn
hoofdstuk 2 : fysiologie van de celmembraan
 cel wordt omgeven door een celmembraan/plasmamembraan, die een barrière vormt tussen de
buitenwereld en de cel
 de samenstelling van het intra- en extracellulaire vocht is sterk verschillend
 het celmembraan is selectief doorlaatbaar voor bepaalde kleine stoffen zoals ionen en impermeabel
voor AZ en eiwitten
 mogelijkheid van actief of passief transport over het celmembraan
13
 homeostase bewaren tussen intra en extracellulair milieu
Functionele morfologie van het celmembraan
 chemische samenstelling van de cel is versch met die van de omgeving
 de klassieke celmembraan is opgebouwd uit een dubbele laag (bilayer) lipidemoleculen
 In 1972 werd het vloeibare mozaïek model voorgesteld waarbij in de dubbele lipidenlaag een aantal
eiwitten geïntegreerd zijn
 De belangrijkste component zijn fosfolipiden : amfifatisch
o Glycerol ruggengraat waarvan 2hydroxylgroepen veresterd zijn met vetzuren en 1
hydroxylgroep veresterd is met een fosfaatgroep die veresterd is met een hoofdgroep
o Vb : hoofdgroep : ethanolamine  fosfolipide : fosfatidylethanolamine
o Zijn weinig oplosbaar in water
o Hebben een hydrofiele kop en een hydrofobe staart
o In contact met water zullen ze zich zo organiseren dat de hydrofiele kop in contact komt met
het water
o Vormen 1 laag : monolayer
o Wnnr de conc van de fosfolipiden stijgt, vormen ze micellen
 Hierbij zullen hydrofobe staarten naar elkaar toe gelegen zijn en koppen de buitenzijde
o In een nog hogere conc versmelten de micellen en vormen de fosfolipiden een dubbele laag
 De fosfolipide ‘bi-layer’ is een vloeibare structuur waarin fosfolipiden min of meer vrij kunnen
bewegen
o Kunnen lateraal bewegen, roteren en flexie doen. Zeldzaam flippen ze naar de andere layer
 Behalve de fosfolipiden zijn er nog een aantal andere membraanlipiden :
o Sfingomyeline
o Cholesterol : 10-50% van het celmembraan
 Stabiliseert het celmembraan
 Vermindert de mobiliteit van de lipiden en eiwitten in het membraan
 Kan zich zelf verplaatsen in het membraan, niet alleen in dezelfde laag, maar ook naar
een andere laag flip
 Door de hydrofobe binnenzijde wordt het celmembraan quasi ondoorlaatbaar voor geladen moleculen
en is het ideaal om 2 watercompartimenten te scheiden
o Ionen, eiwitten,nucleotiden,suikers, nucleïnezuren
 Het is wel doorlaatbaar voor niet-geladen moleculen en vetoplosbare stoffen
o O2,CO2,steroidhormonen,…
 Hoe geraken andere stoffen dan door het membraan :
o Door ingebouwde eiwitten, er bestaan 2 types
 Integrale/intrinsieke : vast verankerd en ingebed in de dubbele lipidenlaag
 Door hydrofobe interacties
 Zullen dikwijls het membraan overspannen zodat ze aan beide zijden van het
membraan bereikbaar zijn
 Sommige verplaatsen zich
 Andere vast verankerd aan cytoskelet en/of extracellulaire matrix
 Perifere/extrinsieke : niet ingebed, maar losjes vast aan het celmembraan
 Zitten soms ook vast aan integrale eiwitten via elektrostatische interacties
 Niet covalent gebonden aan de membraan
 Aan vele membraaneiwitten zitten er suikerketens aan extracellulaire zijde glycoproteïnen
 Membraaneiwitten hebben een aantal specifieke functies :
o Integrale : kunnen dienst doen als
 receptor : Signalen van vetoplosbare stoffen gaan via de integrale membraaneiwitten
communiceren
14



communicatie cel-omgeving
ze zijn perfect gelokaliseerd : transmembranair, extra- en intracellulair
ligand bindende receptoren :
o extracellulair gedeelte bindt met hoge specificiteit en affiniteit
o ontstaan van conformationele veranderingen in receptoreiwit
o ontstaan van enzymactiviteit of interactie met cytoplasmatische eiwitten
thv intracellulaire zijde
o aanmaak second messengers
 adhesiemolecule : vormen fysisch contact tussen :
 de cel en andere cellen (cadherine)
 tussen cel en extra-cellulaire matrix (integrines)  transmembranair
 contacten zijn belangrijk voor regulatie van vorm,groei en differentiatie van de
cel
 aard van contact wordt doorgegeven aan de binnenzijde van de cel
 vorm van communicatie tussen cel en buitenwereld
 transporteiwit :
 poriën, kanalen,carriers,pompen
 signaaltransductiemolecule : GTPbindende eiwitten
 enzym : komen voor in de darm waar ze instaan voor de vertering van stoffen
 brush border enzymes: disacharidasen en oligopeptidasen
o Perifere : verankering van subcorticaal skelet en intracellulaire signaaltransductie
 Zowel aan binnenzijde als buitenzijde celmembraan
 Sommige via ionische interacties gebonden aan fosfolipiden
 Anderen zitten vast aan de cytoplasmatische of extracellulaire zijde van integrale EW
 Ankyrin verankert integrale eiwitten (EW) met het spectrine-actine netwerk
 Alle communicatie tussen de cel en de omgeving moet door het celmembraan
 Functies van celmembranen :
o Scheiden van intra en extracellulair vocht
o signaaltranductie
o Transport van water en opgeloste stoffen :
 Diffusie
 Passief transmembranair transport
 Actief transmembranair transport
 Regulatie van ionenconcentraties
 Watertransport en celvolume
 Transepitheliaal transport
Intra- en extracellulaire lichaamscompartimenten
 Deze 2 compartimenten worden gescheiden door een celmembraan
 Extracellulaire compartiment
o wordt nog eens onderverdeeld in een :
 Intra- en extravasculair compartiment, gescheiden door capillair endotheel
 Intravasculair vocht is het totaal bloedvolume en bestaat uit plasma
 Het volume van het bloed dat wordt ingenomen door bloedcellen  hematocriet
o 3 soorten vocht :
 Interstitieël vocht : vocht dat tussen de cellen zit, maar niet intravasculair of
transcellulair
 Plasma
 Transcellulair vocht : vocht dat zich bevindt in een aantal speciale compartimenten
 Pleuraholte,pericardholte,gewrichtsholtes,hersenen,ruggenmerg
15









 Omgeven door epitheliale cellen
Intracellulair compartiment :
o Intracellulair vocht zijn de circulerende cellen
Het volume en de samenstelling van vocht in versch compartimenten is sterk verschillend
Er is meer lichaamsvocht bij mannen dan bij vrouwen doordat mannen meer spiermassa hebben
waarin veel vocht zit opgestapeld
Ionen :
o K+ is een intracellulair ion
o Na+ en Ca2+ zijn extracellulaire ionen
o De enorme gradiënt wordt aangemaakt en blijft behouden door de Na/K pomp
o In een labo worden de ionenconcentraties gemeten in plasma (milli-equivalent (meq)/l plasma)
o Fysiologisch niet helemaal correct : we moeten weten wat de conc per liter water of eiwitvrij
plasma is, dus resultaten corrigeren
 Resultaat van [Na] = 142meq/l
[ Na  [ plasma 142
 Berekening van [Na] plasma water =

153meq / l
0,93
0,93
o In sommige gevallen van hyperproteïnemie kan er een zeer lage waarde gemeten worden
 Is echter vals laag en wordt pseudohyponatremie genoemd
 Eenzelfde fenomeen kan ontstaan bij zeer hoog vetgehalte in het plasma
De hoeveelheid eiwitten in het plasma bedraagt 7%
o Eiwitten zijn neg geladen en hebben een tendens tot aantrekken van kationen 5% en afstoten
van anionen 5% uit het interstitium waar zo goed als geen EW aanwezig zijn
o Ionensamenstelling tussen plasma en interstitium
o Eiwitten dragen weinig bij tot de osmolaliteit : groot moleculair gewicht, maar laag in aantal
o Ook ionen die gebonden zijn aan eiwitten dragen niet bij tot Osm
 Eiwit waar 100ionen aan gebongen zitten wordt geteld als 1
o Dit is de verklaring waarom de osmolaliteit intracellulair=extracellulair=interstistium
We kunnen aldus voorspellen wat de conc van een ion in het interstitium is adhv de waarde die we
meten in het plasma, door het invoeren van correcties :
o Fysiologisch normaal maar lijkt pathologisch
o [Na]interstitium=0,95 . [Na]plasmawater
o [Cl]interstitium=1,05 . [Cl]plasmawater
Ondanks de versch in samenstelling is de osmolaliteit van het intra-,extra- en interstitieel vocht ong
gelijk  290mOsm (mosmoles/kg water)
Osmolaliteit beschrijft de totale concentratie van alle partikels die vrij in oplossing zijn
o Glucose = 1partikel
o NaCl = 2 partikels
o Moleculen die gebonden zijn aan een macromolecule worden niet meegerekend
Elektroneutraliteit : alle oplossingen moet elektroneutraal zijn
o In de cel : kationen = anionen +eiwitten
o Dwz dat in de oplossing het aantal positieve ladingen gelijk moet zijn aan het aantal negatieve
o Rekening houdende met de belangrijkste ionen (Na+,K+,Cl-,HCO3-) in het cytoplasma is er
een groot verschil tussen + en – geladen ionen
 Dit wordt gecorrigeerd door de grote hoeveelheid negatieve ladingen op de eiwitten in
het cytoplasma
 Ook in het plasma is er een verschil in + en – ladingen
 Anion-gap = [Na]plasma-[Cl]plasma-[HCO3]plasma
 Andere anionen en kationen worden genegeerd
 Normaal anion-gap bedraagt 9-14 meq/l
16

Wnnr anion-gap stijgt  toename van anionische metabolieten
o Bij versch pathologieën :
 Nierinsufficiëntie
 Ketoacidose : bij diabetes en
 Melkzuuracidose na shock
Transportsystemen over het celmembraan
 Sommige stoffen kunnen doorheen de dubbele lipidenlaag dringen, andere stoffen zullen via de
eiwitten het celmembraan passeren
 2 grote vormen :
o Passief : geen energie vereist
o Actief : ATP verbruikt
Passief transport :
 Elke molecule is permanent in beweging (brownse of thermische beweging)
 Als gevolg van de random thermische beweging van individuele moleculen zullen deze zich uniform
gaan verdelen
 Snelheid van de thermische beweging : massa en T
 Eenvoudige of simpele diffusie : passief proces dat gebruik maakt van de thermische E van de
moleculen.
o De snelheid van de diffusie is afh v/d massa,T,concverschil en mogelijke interacties met de
vloeistof waarin de stof is opgelost
o Diffusie is efficiënt voor korte afstanden
o Kan in een open systeem, maar ook over een membraan die compartimenten scheidt
o Er is een lineair verband tussen het concentratieverschil en de snelheid van diffusie
o De hoeveelheid diffusie (flux) van een stof in oplossing :
 J = DA(C1-C2)/ X
 J  flux (mol/cm²s) van de stof van regio 1 naar regio 2
 D diffusiecoëf (/s) die rekening houdt met moleculair volume en interactie
van de stof met water
 Ade oppervlakte (cm²) waarover de flux gemeten wordt
 C de conc (mol/l) in regio 1 en 2 met 1 als hoogste concentratie
 X de afstand (cm)
o De nettoflux tussen 2 compartimenten is het verschil tussen de 2 eenrichtingsfluxen
o Hoe groter het concverschil tussen de 2regio’s, hoe groter de nettoflux
o Zolang de nettoflux versch is van 0 zal de verplaatsing van de moleculen in de richting gaan
van hoge naar lage conc  downhill
o Wanneer het diffusie-evenwicht bereikt wordt is de nettoflux = 0
 Diffusie over een celmembraan : kan in beide richtingen gebeuren
o Onderscheid tussen diffusie van een geladen en een ongeladen stof doorheen het celmembraan
o De niet geladen moleculen zullen zich verplaatsen volgende de chemische gradient (conc)
o Aangezien er nu een celmembraan tussen de twee compartimenten is, wordt de formule :
 J=P.A.(C1-C2)
 J  nettoflux over membraan (mol/s)
 P  permeabiliteitscoëf (cm/s), houdt rekening met dikte membraan,
oplosbaarheid van stof en diffusiecoëf van de stof in het membraan
 A  opp (cm²)
 C  conc (mol/l) in regio 1 en 2 met 1 als hoogste conc
 X valt weg omdat er rekening mee gehouden wordt in P
o de partitiecoëf is de oplosbaarheid van een stof in olie in vergelijking met zijn oplosbaarheid in
water
17




hoe groter die coëf, hoe gemakkelijker een stof doorheen de celmembraan diffundeert
en hoe groter de permeabiliteitscoëf
diffusie en evenwichtspotentialen : voor geladen moleculen moeten we rekening houden met
elektrische component : de elektrochemische gradiënt
o wnnr een geladen stof zich van de ene naar de andere kant van het celmembraan verplaatst, zal
er een potentiaalverschil ontstaan dat een tegengestelde gradiënt is aan de chemische gradiënt
o elektrochemische gradiënt  berekenen :
  =RTln C1/C0 + zF (E1-E0)
 RTln C1/C0 is het chemische Everschil waarbij
o R : gasconstante
o C : conc van de stof in/out
o T : temp in K
 zF (E1-E0) is het elektrische Everschil waarbij
o F : faraday const
o Z : valentiewaarde van de stof
o E1-E0 het membraanpotentiaal Vm is
o In de bijzondere situatie dat een stof geen ion is (z=0) of da de stof niet elektrisch geladen is
(E1-E0)=0 valt het tweede deel van de vgl weg en wordt de formule
  = RTln C1/C0
 Hieruit volgt dat bij evenwicht  =0 in deze situatie de concentraties aan beide zijden
van het membraan gelijk moeten zijn
o Wnnr beide componenten niet gelijk zijn aan nul, moet bij evenwicht  =0 het chemische
Everschil gelijk zijn aan het elektrische Everschil , maar met een tegengesteld teken :
 RTln C1/C0= - zF (E1-E0) of
 -RT/zF ln C1/C0 = (E1-E0) = Vm = Ex = evenwichtspotentiaal
 Nernst evenwichtspotentiaal : beschrijft de waarde van potentiaalverschil nodig voor
een specifiek ion om in evenwicht te zijn
 Vereenvoudigen van de formule voor T=37°C en het natuurlijk logaritme te vervangen
door logaritme basis 10
 Vm=Ex= -60mV /z logC1/C0
o Voorbeeld van een Na diffusie potentaalverschil :
 2oplossingen NaCl worden gescheiden door een membraan die doorlaatbaar is voor Na
maar niet voor Cl
 De conc NaCl is hoger in compartiment 1 waardoor Na zich naar compartiment 2 zal
verplaatsen
 Als gevolg zal er een diffusiepotentiaal ontstaan en compartiment 1 wordt neg geladen
in vgl met compartiment 2
 Uiteindelijk wordt het potentiaalverschil groot genoeg om de diffusie van Na tegen te
gaan  elektrochemische evenwicht is bereikt  chemische en elektrische drijvende
krachten zijn gelijk maar tegengesteld
 Als we aannemen dat de [Na] in 1 = 15mM en [Na] in 2 = 150mM .
Evenwichtspotentiaal ?
 Vm = -60mV / 1 log15/150 = +60mV
samengevat enkele kenmerken van simpele diffusie :
o enige vorm van transport dat niet carrier-gemedieerd is
o steeds downhill volgens een elektrochemische gradiënt, verbruikt geen E
o voor vele hydrofiele substanties zoals gluc,AZ en ionen is diffusie veel sneller dan verwacht
transport gebeurt door integrale membraaneitwitten :
o poriën zijn eiwitten in het celmembraan, die wnnr ze aanwezig zijn, steeds open zijn
18


aquaporines
zijn specifiek voor een stof en zijn in staat om zeer grote hoeveelheden van een stof
door het membraan te laten passeren
 zonder noemenswaardig maximum
o kanalen en carriers : transport bereikt een plateau/maximum
 carrier gemedieerd transport
 kanalen : zijn integrale membraaneiwitten die open of gesloten kunnen zijn
o hebben een poort die opent door een bepaalde stimulus
 voltage-gated  door potentiaalverschil
 ligand-gated  door ligand
 kan een second messenger,neurotransmitter,hormoon,… zijn
o kunnen grote hoeveelheden ionen getransporteerd worden via kanalen
o pasief, stereospecifiek er is saturatie en er kan competitie zijn
o selectief voor Na,K,Cl,…
 carrier : is een membraaneiwit dat 2 poortjes heeft
o één aan de binnenzijde en één aan de buitenzijde
o één van de twee is gesloten waardoor de carrier nooit volledig open is
o aan de kant van de hoge conc bindt zich het te transporteren molecule aan de carrier
o deze ondergaat een vormverandering waardoor het molecule naar de andere kant van het
membraan schuift
o door de lage concentratie daar dissocieert het complex weer, waarna de carrier zijn
oorspronkelijke vorm terugkrijgt
o 1 stof die getransporteerd word : uniportsysteem
o 2 of meer versch moleculen in dezelfde richting getransporteerd worden : co-transport,symport
o Verch uitwisseling van stoffen in beide richtingen : counter transport, antiport,exchanger
o Passief,kan ook primair en secundair actief, stereospecifiek, saturatie en competitie
 D-glucose wel, L-glucose niet (stereospecifiek)
 Galactose-glucose transport in de dunne darm (competitie)
o Door het feit dat er maar een beperkt aantal moleculen per conformatieverandering kan
verplaatst worden en dat conformatieveranderingen tijd nemen, is de hoeveelheid moleculen
die door carriers verplaatst wordt veel kleiner
 Er zijn verschillende vormen van transport mogelijk via de kanalen en cariers :
o Gefaciliteerde diffusie
o Primair en secundair actief transport
Gefaciliteerde diffusie
 Stereospecifiek,competitie en saturatie  limitatie = aantal carriers/channels
 Sneller dan simpele diffusie maar het is passief en volgt de elektrochemische gradient
 Vb : glucosetransport in spieren
Actief transport
 In tegenstelling tot alle vormen van passief transport, waarbij getracht wordt om de cel in evenwicht te
krijgen met het extracellulaire vocht, is actief transport nodig om verschillen in concentratie te
bekomen en te behouden
 ATP = Ebron voor transport tegen de gradient
Kenmerken van primair actief transport :
 Rechtstreeks E(ATP) gebruik
 Gebeurt tegen de gradiënt (uphill)
 Carrier gemedieerd : specifiek,saturatie,competitie
 De integrale membraaneiwitten die instaan voor primair actief transport zijn de ionpompen
o Na/Kpomp of Na/K ATP-ase : belangrijkste primaire actieve transportsysteem; in alle cellen
19









Verantwoordelijk voor groot deel van basaal Everbruik
Pomp bevindt zich meestal op de basolaterale membraan
Zowel Na als K worden tegen hun gradiënt in getransporteerd
3Na uit en 2K in de cel
Verantwoordelijk voor het behoud van een laag[Na] en hoog[K] in de cel
Ligt aan de basis van sommige secundair actief transport systemen
Geinhibeerd door digitalis en ouabaine
Bestaat uit een tetrameer van 2 grote alfa-subunits en 2 kleine beta-subunits
Binding van 3Na ionen intracellulair aan de alfa-subunit en fosforylering van de alfasubunit door hydrolyse van ATP leidt tot vormverandering van de pomp
 Pomp sluit zich aan intracellulaire zijde en opent zich aan de extracellulaire zijde
 Hierdoor verlaat Na de pomp en komen de bindingsplaatsen voor 2K ionen vrij
 De pomp wordt dan gedefosforyleerd waardoor opnieuw een vormverandering optreedt
en de carrier zich sluit aan de extracellulaire zijde
 Na binding van ATP aan de alfa-subunit opent de pomp zich aan de intracellulaire zijde
en K kan zich verplaatsen naar het cytoplasma
 Cirkel is rond en nieuwe cyclus kan starten, per cyclus verbruik van 1 ATP
o H/K pomp of H/K ATP-ase : protonpomp
 komt voor thv apicale membraan van de parietale cellen van de maag
 pompt H tegen de gradient naar het lumen en K in de cel
 inhibitor is omeprazole
o Ca/H pomp of Ca/H ATP-ase :
 Aanwezig thv sarcoplasmatisch reticulum
 Pompt Ca uit cytosol naar het sarcoplasmatisch reticulum of naar extracellulair
o ABC (ATP Binding Cassette) transporters : versch soorten
 Multidrugresistent (MDR)
 Cystic Fibrosis Transmembrane Regulator (CFTR)
Secundair actief transport:
 2 of meer stoffen getransporteerd
 Een downhill verplaatsing van 1 stof is aan een uphill verplaatsing van een andere stof gekoppeld
 Niet rechtstreeks E verbruikt, maar er wordt gebruik gemaakt van de gradiënt opgebouwd door Na/k
pomp
 Als het primaire actieve transport faalt, door een Etekort, zodat de aandrijvende concgradient daalt,
neemt ook de sterkte van het daaraan gekoppelde secundaire actieve transport af
 Antiport en symport gebeurt hier ook
 Speelt een belangrijke rol bij d opname van glucose en AZ in de darm en de nier
o Gebruikgemaakt van een co-transport met Na
o Door de Na/K ATP-ase wordt de conc van Na in de cel laag gehouden
o De elektrochemische gradient voor Na is richting cel
o Glucose wordt tegen zijn gradient in als het ware meegetrokken met Na
 Na/Ca countertransport
o In vele cellen is dit aanwezig
o Hier zorgt de Na/k pomp voor de lage conc van Na in de cel dat de drijvende kracht wordt voor
het uphill transport van Ca uit de cel
Transport van macromoleculen door fagocytose en endocytose:
Fagocytose :
 Opnemen van grote partikels of micro-organismen door gespecialiseerde cellen/macrofagen
 Belangrijk voor de verdediging tegen bacteriën
 Gebeurt alleen na binding van het partikel met het celmembraan in aanwezigheid van een specifieke
stimulus
20
 De partikel wordt volledig omgeven door celmembraan en opgenomen
 Het partikel dat gefagocyteerd wordt is soms even groot als de cel zelf
Endocytose :
 Proces waarbij een deel van het celmembraan invagineert en wordt afgesplitst om een endocytaire
vesikel in de cel te vormen
 Tijdens de vorming van de vesikel, wordt wat vocht met opgeloste stoffen uit het extracellulaire milieu
opgenomen
 Deze vesikels zijn veel kleiner dan bij fagocytose
 Is een constitutioneel proces en komt voor bij alle cellen
o Continu en geen specifieke stimuli noodzakelijk
 2 soorten :
o Fluid-fase : aspecifiek extracellulair vocht opgenomen
o Receptor-mediated : meer efficiënt
 Door binding met membraanreceptoren worden specifieke moleculen opgenomen
 Receptoren zijn aanwezig in coated pits  instulpingen in het celmembraan waarvan
de cytoplasmatische zijde bedekt is met eiwitten/clathrine
 Na binding van moleculen met de receptor, splitsen de coated pits af en vormen
endocytose vesikels
 Cel kan snel en specifiek grote hoeveelheden van een bepaalde stof opnemen, zelfs
wnnr die stof slechts in kleine conc voorkomt in het extracellulaire vocht
 Verantwoordelijk voor de opname van een aantal belangrijke moleculen
 Groeifactoren,hormonen,transporteiwitten
Exocytose :
 Proces waarbij macromoleculen uitgescheiden worden door de cel
 Moleculen worden gesynthetiseerd in het ER, gemodifieerd, gesorteerd en verpakt in transport
vesikels van het Golgi
 2 pathway’s :
o Constitutief : aanwezig in alle cellen, worden const stoffen uitgescheiden zonder regulatie
 Secretie van mucus door gobletcellen in de dunne darm
o Gereguleerd :
 In sommige cellen worden moleculen in secretie vesikels opgeslagen en alleen
vrijgemaakt in antwoord op een specifieke stimulus
 Secretie van hormonen,neurotransmitters en verteringsenzymen
Regulatie van intracellulaire ionenconcentraties
 Niet elke cel heeft elk van de transportmogelijkheden
 Epitheliale cellen hebben sommige transporters aan 1 zijde en andere aan de andere zijde
 De grootste verschillen in ionenconcentraties in en uit de cel zijn die van Na en K
 Na is het belangrijkste extracellulaire ion met een conc van 145mM (15mM intracellulair)
 K is het belangrijkste intracellulaire ion met een conc van 120 mM (4,5mM extracellulair)
 Gradient is het rechtstreekse gevolg van Na/K pomp : ook elektrogeen
o Draagt bij tot de neg potentiaal intracellulair
 K zal de neiging hebben om de cel te verlaten via K kanalen : hierdoor wordt de cel nog meer neg
geladen aan de binnenzijde
 Door het ontstaan van deze neg membraanpotentiaal en de grote concgradient voor Na zal Na de
neiging hebben om terug passief in de cel te stromen
 De cel maakt van de gradient gebruik om een aantal andere fysiologische processen mogelijk te maken
o In epitheliale cellen zijn de ENaC Na kanalen alleen aanwezig aan de apicale zijde en de Na/k
pomp aan de basolaterale zijde :
21

Hierdoor kan Na opgenomen worden in de el via ENaC Na kanalen en afgegeven
worden een de andere zijde door Na/K pomp
o In zenuwcellen zorgt de passieve Na invloei in de cel via voltage-dependent kanalen voor de
ontwikkeling van actiepotentialen, mag E kosten
o Bijna alle cellen gebruiken de gradient voor secundair actief transport
 De Ca conc is 10 000 keer groter extracellulair
 Mede gezien de neg intracellulaire potentiaal zal de elektrochemische gradiënt voor Ca naar
intracellulair gericht zijn
 Veel cellen hebben Ca kanalen zodat bij stimulus zeer snel een grote hoeveelheid Ca in de cel kan
stromen
o Ca pompen thv celmembraan van de meeste cellen  PMCA
 Niet rechtstreeks door Ca gestimuleerd, door een complex dat gevormd wordt door Cacalmoduline
 Calmoduline is een Ca bindend eiwit met hoge affiniteit dat reeds bij lage Ca conc zal
binden en de PMCA zal stimuleren
o Ca pompen thv sarcoplasmatisch reticukum van spiercellen  SERCA
o Na/Ca uitwisselaar (NCX) die gebruikt maakt van de Na gradient om Ca tegen zijn gradient uit
de cel te krijgen
 De conc van Cl is lager intracellulair
 Door de neg membraanpotentiaal is de elektrochemische gradient toch naar extracellulair en kan Cl de
cel verlaten via Cl kanalen
 De waarde die intracellulair gemeten wordt voor Cl is echter hoger dan verwacht, dit door
aanwezigheid van Cl/HCO3 uitwisselaar en Na/K/Cl co-transporter die Cl in de cel brengen
 K/Cl co-transporter is een mechanisme dat Cl uit de cel transporteert
 De pH in de cel (7,2) is wat lager dan de pH extracellulair (7,4)
 Voor de regulatie van de pH in de cel spelen versch passieve en actieve transportsystemen een rol :
o Hpompen, HCO3 en H kanalen, Na/H en Na/Cl/HCO3 uitwisselaars en Na/HCO3 cotransporters
Watertransport
 Is passief, er bestaan geen waterpompen
 In sommige cellen is er zeer snel watertransport over het celmembraan mogelijk
 De permeabiliteit van water door het lipidenmembraan is echter niet groot, daarom bestaan er andere
mechanismen :
o Aquaporines : voornamelijk in de nier en darm, organen waar verplaatsing van grote
hoeveelheden water noodzakelijk is
 AQP1 : RBC,prox tubuli nier
 AQP2 : collecting tubuli nier
 Spontane verplaatsing van water door het membraan volgt een concgradient, geen elektrische gradient
 Driving forces :
o Chemisch potentiaalverschil : verschil in waterconcentratie
o Hydrostatisch drukverschil : belang thv bloedvaten maar niet bij de cel
 Te lang rechtstaan  voet zwelt
 Drijvende kracht capillairen
 Colloid osmotische druk / oncotische druk
 ultrafiltratie
 Het proces van waterverplaatsing over een semi-permeabele membraan door de concgradient wordt
osmose genoemd
o Er is steeds beweging van een hoge waterconc naar een lage
 Toevoeging van glucose aan zuiver water verlaagt de waterconc, of de chemische potentiaal van water
22
o
o
o
o
o
o
o














Elke glucose molecule neemt nu de plaats in van een watermolecule
1l zuiver water weegt 1000g en het MW van water is 18
De conc van zuiver water is 1000/18 = 55,5M
De daling van de waterconc is ong gelijk aan de conc van de toegevoegde stof
Één stof molecule neemt de plaats in van 1 watermolecule
De waterconc in een 1M glucose oplossing bedraagt dan 54,5M ipv 55,5M
Toevoeging van een stof aan zuiver water zal het water dus ‘verdunnen’
 Hoe groter de stof concentratie, hoe lager de waterconcentratie
De mate waarmee de waterconc daalt door toevoeging van een stof is afh van het aantal toegevoegde
stof partikels en niet van de chemische aard van de stof
o 1M glucose verlaagt de waterconc in dezelfde mate als de toevoeging van 1M alanine,ureum,...
Anderzijds zal toevoeging van een stof die uiteen valt in ionen de waterconc sterker doen dalen
naarmate er meer partikels worden gevormd
o De waterconc in aanwezigheid van 1M MgCl2 = 52,5M  -3Osm
Omdat het moeilijk werken is met de waterconc, werken we met de conc van de opgeloste stof of
osmolariteit (Osm/l)/osmolaliteit (Osm/kg)  voor water is gelijk welke benaming we nemen, want
ong gelijk aan elkaar
De osmolariteit is de conc van osmotisch actieve partikels in oplossing en wordt berekend als volgt :
o Osmolariteit = g . C
 g = aantal partikels van een molecule in oplossing (osm/mol)
 C = conc van de stof (mol/l)
 Vb : osmolariteit van 1M NaCl bedraagt  2 osm/mol . 1M = 2 osm/l
o Hoe groter de osmolariteit van een oplossing, hoe kleiner de waterconc van die oplossing
De aanwezigheid van een stof in een oplossing veroorzaakt osmotische druk
De oncotische of colloidale druk is de osmotische druk die veroorzaakt wordt door eiwitten
De osmotische druk van een oplossing wordt gedefinieerd als de druk die nodig is om een netto
verplaatsing van water over een selectief permeabele membraan tussen die oplossing en een zuivere
wateroplossing te stoppen : van ’t Hoff vgl :
o  = nCRT
  = osmotische druk (mmHgg of Atm)
 n = aantal partikels na dissociatie van 1 molecule
 C = conc van stof (mol/l)
 R = gasconstante (0,082 l.Atm/mol K)
 T = absolute Temp (K)
Semipermeabele membraan alleen permeabel voor water : blijft doorgaan totdat osmose gelijk is dus
ene compartiment zal krimpen
Permeabele membraan : evenwicht wordt bereikt dus geen verschil in volume van de compartimenten
2 oplossingen die eenzelfde berekende osmolariteit hebben noemen we isosmotisch
Een oplossing die een hogere osmotische druk heeft als een ander oplossing  hyperosmotisch
Een oplossing die een lagere osmotische druk heeft als een andere oplossing  hypo-osmotisch
Dit zonder onderscheid of de partikels al dan niet doorheen het membraan kunnen penetreren
In de praktijk houden we rekening met de effectieve osmolariteit of toniciteit van een oplossing
o Hierbij wordt alleen rekening gehouden met het aantal osmotisch actieve stoffen in oplossing
die niet doorheen het celmembraan kunnen
o Ureum zal vlot passeren en zal dus niet worden meegerekend
o Na en glucose worden wel meegerekend omdat ze functioneel niet permeabel zijn
 Na wordt snel uit de cel gepompt door de Na/K pomp
 Glucose wordt onmiddellijk gemetaboliseerd door de cel zodat alleen water overblijft
23



o We spreken over een isotone oplossing als die oplossing 290mOsmol/l impermeante deeltjes
bevat, wat ook de conc van permeante deeltjes is
o Hypertoon : een oplossing die > 290mOsmol/l impermeante deeltjes bevat
o Hypotoon : een oplossing die < 290mOsmol/l impermeante deeltjes bevat
o Om de toniciteit te berekenen moeten we de reflectie coëf van de stof kennen : 
 Beschrijft het gemakt waarmee een stof door het membraan dringt
  =1 voor stoffen die niet door de membraan dringen  albumine,mannitol,
veroorzaken osmotische druk en dus waterverplaatsing
  =0 voor stoffen die heel gemakkelijk door de membraan dringen  ureum, zijn
ineffectieve osmotische moleculen
o  =  gCRT
Cellen moeten in een isotone omgeving zijn of er treden veranderingen op in celvolume
o Aangezien dierlijke cellen geen celwand hebben, kan zwellen van een cel leiden tot cellysis, de
cel ontploft als het ware, gelukkig hebben cellen versch mechanismen waardoor veranderingen
in celvolume gecorrigeerd worden
o Wnnr de extracellulaire omgeving hypotoon is, zal het celvolume toenemen
 Versch regulatory volume decrease mechanismen om stoffen uit de cel te verwijderen
waardoor de osmotische druk in de cel daalt en water de cel verlaat
 K efflux via K kanalen en K/Cl co-transport
 Andere cellen zullen AZ zoals taurine en proline naar buiten exporteren
 Het gevolg is dat de osmotische druk in de cel daalt en de cel haar normale volume
terug aanneemt
o Wnnr de extracellulaire omgeving hypertoon is, zal de cel krimpen
 Versch regulatory volume increase mechanismen
 Door activatie van deze mechanismen zal het aantal intracellulaire partikels toenemen,
waardoor water wordt opgenomen in de cel en de cel zijn normale volume aanneemt
 Na wordt in de cel opgenomen, via Na/Cl co-transport, Na/K/2Cl co-transport en Na/H
counter-transport
 Mechanismen zijn zeer efficiënt maar kortdurend
 Na/K pomp zal immers Na weer naar buiten beginnen pompen
 Dus Na/K pomp zorgt voor een steady-state , dit is geen evenwicht
 Dus deze transportmechanismen zijn noodzakelijk voor het bewaren van het celvolume
 Cellen die regelmatig of chronisch aan een hypertone extracellulaire omgeving worden
blootgesteld ontwikkelen een ander mechanisme :
 Deze cellen zijn in de mogelijkheid om kleine organische stoffen die niet
interfereren met de normale celfunctie te synthetiseren
 Vb : niercellen maken aldose reductase aan dat glucose omzet in osmotisch
actief sorbitol
 Vb : hersenen stapelen inositol
o Per orgaan verschillende manieren om hypo en hyper te bedwingen
Het toedienen van een infuus met isotoon NaCl 0,9% heeft een heel ander effect dan een infuus met
glucose 5%
o Glucose 5% komt overeen met isotoon water
o Zuiver water injecteren kan niet, cellen barsten, maar bij toediening van isotoon glucose wordt
glucose in de cel gemetaboliseerd en water blijft over
o Veroorzaakt een toename van het extracellulaire volume, maar nog meer van het intracellulaire
volume + daling van de osmolariteit
Toediening van NaCl langs de mond heeft nog een ander effect
o Wnnr we iemand NaCl geven om te eten zal dit het extracellulaire volume doen toenemen,
maar ten koste van het intracellulaire volume en de osmolariteit
24

Toediening van NaCl 0,9% leidt tot een toename van het extracellulaire volume, zonder verandering
van het intracellulaire volume of osmolariteit
o Het is dus een zeer efficiente manier om het extracellulaire volume te vergroten
Epitheliaal transport
 Epitheel vormt een barrière tussen het extracellulair vocht en de buitenwereld
 Transepitheliaal transport kan
o para-cellulair zijn : tussen de cellen door
o transcellulair zijn : doorheen de cellen
 epitheliale cellen worden verbonden door tight-junctions
de tight junctions zijn al dan niet permeabel
 de weerstand voor transport over de tight junctions kan sterk variëren
 wnnr de tight-junctions gemakkelijk ionen/water doorlaten en dus leaky zijn, vertonen ze een lage
weerstand
 via leaky tight-junctions gebeurd bulk paracellulair transport
o isosmotisch vocht verplaatst zich tussen de epitheel cellen
o thv de proximale nefron tubuli
o thv de dunne darm
 epithelen met ondoorlaatbare tight-junctions vindt men terug in het distale nefron, dikke darm en
urineblaas
epitheelcellen :
 epitheliale cellen hebben 2 versch celmembranen
o apicale membraan aan de lumen zijde
o basolaterale membraan aan de interstitiele zijde
 zowel de chemische als de elektrische gradient over de 2 membranen is verschillend
o interstitiele zijde = 0mV
o intracellulair = -70mV
o lumenzijde = -3mV
 de Na/K pomp is steeds gelegen in het basolaterale membraan en zorgt voor de lage intracellulaire Na
conc (30mM) en een hoge Na conc extracellulair (145mM)
 deze grote Na gradient is de drijvende kracht voor secundair actief transport  gluc, AZ
 via de versch kanaaltjes en transporters in de apicale en basolaterale membraan kunnen talrijke stoffen
geabsorbeerd en gesecreteerd worden
 het is voor een groot deel de lokalisatie van de transporter waardoor bepaald wordt of een bepaalde
stof al dan niet wordt opgenome
 natrium absorptie :
o grote elektrochemische gradient voor Na thv het apicale membraan
o dit levert de drijvende kracht voor de influx van ENaC
o de Na/K pomp genereert een stroom van positieve ladingen over de cel
 van lumen naar interstitium
o creert een lumen-negatieve potentiaal die de drijvende kracht achter de passieve Cl absorptie
via de paracellulaire weg is
o netto betekent dit NaCl absorptie
 kalium excretie :
o grootste deel van het opgenomen K verlaat de cel terug via K kanaaltjes in de basolaterale
membraan
o door de aanwezigheid van K kanaaltjes in het apicale membraan kan het K opgenomen door de
Na/K pomp de cel verlaten
o dit mechanisme wordt gebruikt thv de verzamelbuisjes in de nieren
 chloor secrectie :
25
o de epitheelcel heeft een Na gekoppeld transportsysteem in de basolaterale membraan
o deze Na/K/Cl co-transporter brengt Cl in de cel
o Cl verlaat de cel terug via CFTR kanaaltjes in het apicale membraan  cystic fibrosis gene
product, defect bij MS
o Hier wordt een lumen-negatieve potentiaal gegenereerd die kan bijdragen tot passieve
paracellulaire Na secretie
o Ook al wordt Na uit de cel gepompt naar het interstitium, is het netto resultaat van dit
transepitheliaal transport de secretie van NaCl in het lumen
o Gebruikt thv de dunne darm en thv de luchtwegen
 Glucose absorptie :
o Wordt apicaal opgenomen via SGLT-co-transporters
o Verlaat de cel basolateraal via ondersteunde diffusie mbv GLUT carrier eiwit
o Na wordt opgenomen door de drive van de Na/K pomp
o De lumen-negatieve potentiaal wordt onderhouden waardoor Cl paracellulair wordt
opgenomen
Water volgt passief de opgenomen stoffen :
 De water permeabiliteit is sterk wisselend van het ene tot het andere epitheel
 Dit hangt oa af van de aanwezigheid van waterchannels of aquaporines in de membranen
 Thv de proximale tubuli zijn de tight junctions vrij water doorlaatbaar
 Daar gebeurt de opname van water dan ook paracellulair
Regulatie van het epitheliale transport
 Verschillende mechanismen om al deze transporten te regelen zodat er voldoende van een bepaald
molecule wordt uitgescheiden en/of opgenomen
 De synthese of degradatie van transporteiwitten kan aangepast worden
o Door toename van de transcriptie van Na/K pompen door aldosterone
 Een ander mechanisme is het aantrekken van transporteiwitten naar het celmembraan
o Vb : H/K pomp in parietale cellen oi van histamine
 Sommige transporters moeten eerst een post-translationele modificatie ondergaan
o Vb : fosforylatie van CFTR Cl kanaal door cAMP
 Parecellulair transport kan verschillen in verschillende delen van de niertubuli door verschillen in de
permeabiliteit thv tight junctions
 Veranderingen in luminale conc hebben ook een effect op het transport : glucose in niertubuli
Hoofdstuk 4 : cellulaire fysiologie van skelet-hart- en glad spierweefsel
 Motorproteïnen zorgen in de cel voor motiliteit,migratie,celdeling,structuurbehoud en transport van de
cel
 Spiercellen zijn noodzakelijk voor de beweging van het lichaam
 Contractie van een spier is het resultaat van contracties van individuele cellen
 De kracht die een spier ontwikkelt, is de som van de versch krachten die geproduceerd worden door
individuele cellen
 De functie van het spierweefsel is het genereren van kracht of beweging als antwoord op een
fysiologische stimulus. Stimulus kan :
o elektrisch zijn : depolarisatie  spiercontractie
o chemisch zijn : NT/Hormonen/middelen spiercontractie
 mechanisch antwoord op een elektrisch of chemisch bevel
 De trigger voor contractie is een stijging van het intracellulaire calcium
 Verschillende types spiercellen :
o Versch anatomische kenmerken
o Versch fysiologische kenmerken
o Versch kenmerken wat betreft :
26
 Contractiesnelheid
 Contractiekracht + regulatie
 Contractieduur
 Metabolisme
 vermoeidheid
Rol van de verschillende types spierweefsel
Skeletspieren :
 Zijn geassocieerd met beenderen van het skelet
 Zijn gestreept en verantwoordelijk voor krachtige bewegingen zoals lopen, wandelen,heffen,…
 Sommige zijn gespecialiseerd om langdurig te werken (rugspieren)
 Andere zijn gespecialiseerd in kort,krachtige bewegingen (armspieren)
 De meeste bewegingen zijn gewild maar andere zijn grotendeeels ongewild en automatisch (ademen)
 Zal alleen contraheren nadat het een signaal van het zenuwstelsel heeft ontvangen
 Produceren ook lichaamswarmte
Gladde spiercellen :
 Hebben een belangrijke taak in de controle van beweging van vloeistoffen in organen en het
bloedvatenstelsel
 Sommige gladde spieren (sfincters) kunnen contraheren gedurende vele uren zonder veel metabole E
te gebruiken
 Andere (uterus) kunnen kortdurend zeer krachtig contraheren
 Nog andere gaan zeer fijne bewegingen controleren (opening pupil)
 De contractie van gladde spiercelen is steeds ongewild en kan geïnitieerd worden door een
zenuwstimulus, maar ook door hormonen of lokale metabole factoren
Hartspierweefsel :
 1 belangrijke functie : rondpompen van bloed door het vasculaire systeem
 Gestreept, veel minder ordelijk georganiseerd dan skeletspieren
 De contractie is ongewild
 In tegenstelling tot skeletspieren wordt de contractie van een hartspiercel niet geïnitieerd door het
zenuwstelsel
o Lokale impuls (elektrisch) gegeven vanuit de pacemakercellen die in de sinu-atriale knoop
gelegen zijn
o Geleiding naar andere hartcellen gebeurt via gap-junctions
 Het autonome ZS moduleert hartritme en kracht van de contractie, maar niet de contractie zelf
Gestreept spierweefsel
Prikkeling van skeletspiercellen :
 1 spiercel  1 neuromusculaire junctie
 1 spiercel reageert op 1 enkel neuron
 1 neuronaal axon kan bifurceren  versch spiercellen = motor unit
 Chemische synaps :
o neuron  Ach  Ach receptor  depolarisatie (eindplaat potentiaal)  actiepotentiaal (Nakanalen)  contractie
Structuur van gestreept spierweefsel
 Skeletspieren bestaan uit vezels of fibers met een doormeter van 10-100 m en kunnen verschillende
cm lang zijn
 De vezels zijn samengesteld uit versch evenwijdige bundels  myofibrillen
 Myofibrillen zijn samengesteld uit sarcomeren die de functionele eenheid van skeletspieren vormen
 Een vezel wordt omringd door een celmembraan of sarcolemma
27

De actiepotentiaal zal zich verplaatsen over het sarcolemma maar aangezien sommige myofibrillen in
de diepte gelegen zijn, zijn er instulpingen vanuit het sarcolemma naar het centrum van de vezels
o T(ransvers)-tubuli (invaginaties thv de overgang A-1 band)
o Liggen in zeer nauw contact met het sarcoplasmatisch reticulum (SR)
 SR is aangepast voor de opname,opslag en vrijmaking van Ca
 Noodzakelijk voor de controle van contractie en relaxatie van gestreepte spiercellen
 SR bestaat uit versch delen :
 Longitudinaal element
 Terminale uitstulping of cisterna
o Ligt in zeer nauw contact met T-tubuli
o 2 cisternae in associatie met een T-tubulus wordt een triade genoemd
 De structuur van hartspierweefsel lijkt op de structuur van skeletspierweefsel
o Ook gestreept spierweefsel maar met minder orde
o Veel bloedvaten en mitochondria aanwezig
o Aanwezigheid van gap-junctions die zorgen voor een elektrische continuïteit tussen
verschillende spiercellen
o Verschillende hartspiercellen zitten aan elkaar vast dmv intercalated discs die samen met gapjunctions zorgen dat het geheel functioneert als 1 cel
Actine-myosine interactie
 Proces van spiercontractie vereist een uitgebreide cellulaire structuur die biochemische reacties
koppelt aan fysische verplaatsing
o Maw transformatie van chemische E in mechanische E
o Actine en myosine spelen hierin een primordiale rol
 Dunne filamenten : opgebouwd uit verschillende moleculen
o Ruggengraat bestaat uit actine
o Actine monomeren (G(lobulair)-actine) vormen lange ketens die een helicale structuur
vormen  F-actine
o Elke halve draai van de helix bestaat uit 7 G-actine monomeren
o In de groeve die gevormd wordt door de helix is er een tweede eiwit aanwezig
tropomyosine
o Elk tropomyosine molecuul verspreidt zich over een afstand van 7G-actine monomeren in de
F-actine groeve
o Aan het uiteinde van elke tropomyosine molecule is er nog een proteine  troponine
o Troponine is een complex dat bestaat uit 3 subeenheden :
 Troponine C (TnC) : bindt Ca
 Troponine T (TnT) : bindt het complex aan tropomyosine
 Troponine I (TnI) : heeft een inhiberende functie door de myosine bindende site thv
actine te blokkeren
o Troponine-tropomyosine complex reguleert de contractie van skeletspieren onder de invloed
van Ca
 Dikke filamenten : bestaat uit myosine, complex eiwit dat uit verschillende delen bestaat
o Grootste deel bestaat uit een lange,rechte structuur  staart
o De rest bestaat uit een :
 Globulaire kop : S1-regio
 Nek : S2-regio
o S1 en S2 vormen de myosine heavy chain
o S1-regio is verantwoordelijk voor de enzymatische en chemische activiteit
 Bestaat uit een actine bindende site die kan interageren met het dunne filament
 Bestaat uit een ATP bindende site die betrokken is in Eaanvoer voor contractie
 Geassocieerd aan S1 zitten er 2 myosine light chain’s :
28


De essentiele lichte keten is voor de myosine functie
De regulatiore lichte keten kan gefosforyleerd worden tijdens spieractiviteit en
heeft dus een belangrijke rol in de modulatie van spierfunctie
o S2-regio doet dienst als een flexibele link tussen de kop en staart regio’s
 Functionele myosine moleculen komen gepaard voor
 De staart en S2 zijn om elkaar gewonden over de volledige lengte en vormen een alfahelix
 De 2 myosine koppen die elk hun 2 lichte ketens bevatten liggen naast elkaar
 Opdat myosine zou binden met zijn binding site op actine, is er Ca nodig
o [Ca] < 10 8 is er zo goed als geen contractie
o [Ca] > 10 5 is de contractie maximaal
 Wnnr Ca bindt met TnC treedt er een conformationele wijziging op in het troponine-tropomyosine
complex
o Het complex draait naar de groeve tussen de actine moleculen waardoor de bindingsplaats voor
myosine vrijkomt en de myosinekop kan binden met actine
 Door de binding tussen troponine en tropomyosine komen er in feite bindingsplaats voor myosine op 7
opeenvolgende actine-moleculen vrij
 Omdat Ca controle in gestreept spierweefsel via tussenkomst van dunne filamenten plaatsvindt, wordt
dit actine-gelinkte regulatie genoemd
 De contractie gebeurt in cycli van interactie tussen dunne en dikke filamenten  cross bridge cycli
 Wnnr geen ATP aanwezig is, is een myosinekop gebonden met actine
o De hoek tussen myosine kop en nek bedraagt 90°
o Hoek tussen myosinekop en actine filament bedraagt 45°
 Wnnr ATP bindt met de kop vermindert de affiniteit van myosine voor actine waardoor myosinekop
loslaat
o Spier volledig in relaxatie
 In de volgende stap wordt ATP gehydrolyseerd tot ADP en fosfaat
 Het resultaat is dat de myosine kop knikt waardoor de hoek met actine ong 90° wordt
o Dit heeft voor gevolg dat de myosinekop tegenover een ander actinemonomeer komt te liggen
(2monomeren verderop)
 In de volgende stap zal de myosinekop opnieuw binden met actine
 Fosfor zal dissociëren van de myosinekop wat leidt tot een zogenaamde powerstrook
o Conformationele verandering waarbij de myosinekop terug zal buigen naar ong 45° met het
actine filament
o Hierdoor wordt het actine filament over 2 moleculen actine teruggetrokken in de richting van
de staart
 In de laatste stap van de cyclus zal ADP dissociëren van myosine en het actine-myosine complex is nu
in een rigide status
 Het complex zal in deze toestand blijven tot er opnieuw ATP aanwezig is
o Deze situatie is verantwoordelijk voor rigor mortis
o Myosine en actine blijven gebonden
Sarcomeren en de sliding theorie
 Wnnr we een fibril bekijken zien we verschillende banden  gestreept spierweefsel
 Sarcomeren worden van elkaar gescheiden door een z-lijn uit alfa-actine
 De meest opvallende band is de donkere A-band die in het midden verdeeld wordt door een lichtere Hzone met in het centrum een donkere M-lijn
 Tussen de A-banden vinden we licht gekleurde I-banden die aan beide zijden van de z-lijn vastzitten
 De I-band bestaat alleen uit actine
 De H-band bestaat alleen uit myosine
29


De A-band bestaat zowel uit actine als myosine  overlapping
Bij dwarse doorsnede zien we dat de opbouw hexagonaal is :
o Elke myosine wordt omgeven door 6 actines
 Sliding theorie : de lengte van sarcomeren is afh van de graad van overlap tussen actine en myosine
o bij contractie zullen door interactie tussen de myosinekopjes en actine, de myosine- en de
actinefilamenten over elkaar schuiven
o I-banden en H-zones worden korten
o A-banden blijven evenlang
o De sarcomeren verkorten zonder dat er een verkorting van de actine- en myosinefilamenten is
o De verkorting bedraagt ong 1  , maar door aanwezigheid van 1000den sarcomeren kan een
spier versch cm verkorten
Everbruik door gestreepte spiercellen
 Spiercontractie en relaxatie vereisen ATP
 Elke cyclus  1 ATP
 Voorraad ATP: kleine hoeveelheid,enkele seconden op, dus andere E voorraden nodig
o 1  fosfocreatine
 Hoog energie fosforbinding waaruit snel E kan vrijgemaakt worden
 Creatine fosfotransferase = enzym
 Afsplitsing P van fosfocreatine
 ADP  ATP
 Dus we krijgen ATP en creatine
 Ong voor 10sec energie
o 2  Glucose/glycogeen
 Glucose wordt verkregen uit het bloed, maar ook uit de afbraak van glycogeen dat
opgeslagen is in spieren
 Anaeroob : glycolyse : 2ATP + melkzuur
 Aeroob : melkzuur  pyruvaat  Krebs (oxidatieve fosforylering) : 36 ATP + CO2 en
H2O
 Langdurige ATP productie
o 3  Vetzuren
 Langdurige ATP productie
Excitatie-contractie koppeling
 Is het proces waarbij excitatie (elektrisch of chemisch) de toename van [Ca] veroorzaakt
 Calcium is de chemische link voor de interactie tussen de spiereiwitten en vormt de basis voor
contractie
 Bij gestreepte spieren begint alles met de elektrische excitatie van het membraan
 Bij skeletspieren verspreidt de spier actiepotentiaal over het membraanopp over de hele lengte van de
spiervezel
 De dieper gelegen fibrillen worden gedepolariseerd via de T-tubuli
 In de T-tubuli in de nabijheid van de triade zijn er voltage-gevoelige eiwitten aanwezig :
o Dihydropyridine receptoren (DHPR) of L-type Ca kanalen
 Komen in groepjes van 4voor
 Liggen kort tegen ryanodine receptoren (RyR) op het SR
o RyR zijn Ca release kanalen en vormen een functionele eenheid met de DHPR
 Junctioneel complex
o Wnnr er depolarisatie thv de T-tubuli is die de DHPR bereikt, zal deze laatste opening van de
RyR veroorzaken wat leidt tot een snelle stijging van [Ca]
o Ca bindt met TnC  myosine kan binden met zijn bindingsite thv actine en de crossbridge
cyclus kan starten
30
o Ca pomp thv het SR (SERCA) pompt vrij snel Ca terug naar het SR
o Zodra [Ca] daalt tot < 10 8 zal de contractie stoppen en de spiercel relaxeren
o Duurt enkele milisec en het proces kan zich versch malen/sec herhalen
 Bij hartspiercellen is het mechanisme lichtjes verschillend
o Ook hier verspreidt de actiepotentiaal zich over het membraan en in de T-tubuli
o Er zijn ook voltage-gevoelige DHPR
o Deze vormen geen functionele eenheid met RyR
o Het zijn zelf Ca-kanalen die niet alleen in de T-tubuli, maar ook in het sarcolemma aawezig
zijn
o Ca bindt met de RyR die op hun beurt openen
o Een snelle stijging van [Ca] is het gevolg, 20% tgv DHPR (extracellulair Ca) en 80% tgv RyR
(Ca uit SR)
o Ca wordt op versch manieren weer uit het cytoplasma verwijderd
o Ong 80% wordt naar het SR gepompt door SERCA
o 15% wordt naar buiten gepompt door de plasma membraan calcium pomp (PMCP)
o 5% wordt uitgewisseld met Na door de Na/Ca uitwisselaar (NCX)
Krachtregulatie van gestreepte spieren
 Ofschoon de excitatie-contractie koppeling een on- off fenomeen is, is dit niet zo in de volledige spier
en zijn er gradaties in contractie
 1motorneuron veroorzaakt contractie van 1 motor unit, de twitch
 De krachtregulatie door het CZS gebeurt via 2 mechanismen
o Simultane activatie van meerdere motor units in 1 spier leiden tot grotere krachtgeneratie
 Multiple fiber/ motor unit summation *
o Een hogere frequentie van actiepotentialen veroorzaakt ook een grotere krachtgenereratie
 Frequency summation °
 De motor unit is de kleinste functionele eenheid van een spier
 Onafhankelijke contractie van 1 of enkele vezels uit eenzelfde unit is niet mogelijk
 Hoe minder vezels met 1 motorneuron geassocieerd zijn, hoe fijner de beweging kan zijn
 Omgekeerd zal een unit met zeer veel vezels een zeer krachtige contractie geven
 We krijgen dit effect ook wnnr versch motor units tegelijkertijd werken *
 ° : de duur van een actiepotentiaal is kort ivm de duur van een twitch
o Het sarcolemma kan opnieu gedepolariseerd worden voor het einde van de contractie
o Wnnr er een tweede stimulus is tijdens het begin van de relaxatie, dus buiten de refractaire
periode, zal er opnieuw Ca vrijgemaakt worden uit het SR
 Dit Ca zorgt opnieuw voor actine-myosine interactie wat een belangrijke toename van
krachtontwikkeling tot gevolg heeft
o Wnnr de tweede stimulus snel volgt op de eerste, voor het eind van de contractie, zal de [Ca]
nog hoog zijn
 De bijkomende vrijmaking van Ca zal leiden tot een krachtige en langdurige contractie
o Als stimuli snel en herhaaldelijk na elkaar gegeven worden, leidt dit tot een volgehouden
contractie of tetanus
o Als de stimuli elkaar zo snel opvolgen dat er geen fluctuaties in contractie meer optreden
resulteert dat in een fused tetanus
 De frequentie van stimuli waarbij dit gebeurt is de tetanic fusion frequency
 Bedraagt 20-60 stimuli/sec
o Opdat maximale kracht ontwikkeld wordt, is fusie tetanus nodig
 De totale kracht die geproduceerd wordt door een spier is dus afh van het aantal geactiveerde motor
units en van de graad van activatie van die motor units
31

Tijdens een contractie is de graad van activiteit continu geregeld door het CZS wat leidt tot een
vloeiende spiercontractie met een krachtontwikkeling die gecontroleerd wordt om de gewilde
spierbeweging uit te oefenen
Spiermechanica
 Mechanische factoren zijn enerzijds intern (lengte van de vezel) en anderzijds extern (gewicht-kracht)
De ideale sarcomeer lengte :
 Sarcomeren hebben een ideale lengte waarbij ze maximale kracht kunnen ontwikkelen : rustlengte
o 1,95-2,25  m
 Wnnr de lengte groter is dan de rustlengte, vermindert de overlap tussen de filamenten
o Minder cross bridges gevormd worden wat een verlies aan krachtontwikkeling als gevolg heeft
o In een extreem geval is er geen overlap en dus geen actieve krachtontwikkeling mogelijk
 Wnnr de lengte kleiner is dan de rustlengte, is er teveel overlap
o Geen myosinekoppen die in contact zijn met actine
o Leidt ook tot krachtverlies
o Er is een geometrische limiet aan de sarcomeer verkorting aangezien de dunne filamenten
tegen de A-band van andere filamenten botsen (1,67  m)
o Bij extreme verkorting botsen de myosine filamenten tegen de z-lijn (1,27  m)
Isometrische contractie en relaxatie
 Wnnr een spier contraheert tegen een grote kracht zodat de spier niet kan verkorten spreken we van
een isometrische contractie
 De kracht van de contractie neemt toe, maar de lengte blijft identiek
 Wnnr bij relaxatie van deze spier de lengte ook constant blijft hebben we een isometrische relaxatie
 De duur van de contractie, relaxatie is afh van snelheid waarmee Ca aan en afgevoerd wordt van de
zone van cross bridging
 Ofschoon de spier een kracht ontwikkelt en dus E verbruikt, wordt er in de strikte zin geen fysische
arbeid verricht omdat er geen verplaatsing is.
Isotone contractie en relaxatie
 Kan een spier verkorten zonder dat er een toename is van de krachtontwikkeling  isotone contractie
o Een zuivere isotone contractie is bijna uitgesloten
o Meestal is er eerst een isometrische contractie tot de spier voldoende kracht ontwikkelt om de
tegenkracht te overwinnen
o Vanaf dat ogenblik zal de spier kunnen verkorten zonder dat er nog een toename van de
krachtontwikkeling vereist is
o Dit gewicht noemen we de after load omdat de aanwezigheid en de grootte van het gewicht pas
duidelijk wordt nadat de spier begint te verkorten
 Bij isotone relaxatie begint de spier te verlengen bij const kracht omdat er nog steeds de tegenkracht is
o Pas als de orginele lengte weer bereikt wordt, neemt ook de krachtontwikkeling af en krijgen
we een isometrische relaxatie
In het dagelijkse leven zijn bijna alle contracties/relaxaties gemengd
 Bv : isometrisch-isotonisch-isometrisch
 De duur van de vroege isometrische contractie in een gemengde contractie, varieert naargelang de
after load
 Een kleine after load vergt slechts een korte tijd om voldoende kracht te ontwikkelen om
spierverkorting te krijgen
 Hoe groter de after load wordt, hoe meer tijd er nodig is om verkorting van de spier te krijgen
o De isometrische fase wordt langer, de isotone fase wordt korter maar krachtiger
 Wnnr de after load groter wordt dan de maximale krachtontwikkeling van de spier, kan deze niet meer
verkorten en krijgen we een zuivere isometrische contractie
De lengte-tensie curve
32



Een spier bestaat uit spierweefsel, maar ook bindweefsel
Een geïsoleerde spier kan weerstaan aan uitrekking, zelfs wanneer ze in rust is
Wnnr de spier kort is en uitgetrokken wordt, zal er geen weerstand zijn, maar naarmate ze meer
uitgerokken wordt en langer wordt, zal de weerstand toenemen op exponentiële wijze
 Deze rustkracht tegen uitrekken wordt passieve kracht of rustkracht genoemd
 De relatie tussen de kracht/tensie en lengte van een gestimuleerde spier is heel anders
 De actieve kracht of tensie die een spier kan ontwikkelen tijdens een isometrische contractie is
afhankelijk van de lengte
 De maximale kracht kan ontwikkeld worden bij de ideale lengte of rustlengte
 Wnnr de spier korter of langer is wnnr ze gestimuleerd wordt, is de contractie minder krachtig
 Wnnr de spier extreem kort of lang is, wordt er geen kracht geproduceerd
 Als we de kracht meten die de spier ontwikkelt wanneer we ze stimuleren bij verschillende lengtes,
krijgen we de lengte-tensie curve
 De totale tensie is de som van de passieve en actieve kracht die ontwikkeld wordt
 De lengte-tensie curve beschrijft het effect van lengte op isometrische contractie van een skeletspier
 Tijdens de isotone contractie zal de lengte echter veranderen bij een const kracht
 De limiet van de verkorting wordt ook beschreven door de lengte-tensie curve
 Een spier die een kleine afterload moet verplaatsen, zal die meer verkorten dan een spier die een grote
afterload moet verplaatsen en dit bij eenzelfde beginlengte
 Wnnr de spier begint te verkorten bij een kortere lengte zal de verkorting minder zijn
 De relatie isotoon-isometrische contractie wordt voorgesteld in diagram 1
o In dit vb zal voor een contractie A,B,C,D het initiële deel isometrisch zijn tot de afterload
kracht bereikt wordt, gevolgd door een isotoon deel tot de lengte zijn limiet bereikt
o Wnnr de initiele lengte verandert, zal ook het gedeelte isometrisch-isotoon veranderen
(stippellijn)
o Bij gestreepte spieren is dit minder belangrijk, maar bij hartspieren is het van groot belang voor
de aanpassing van de hartfunctie
Kracht-snelheid relatie
 Wnnr we een spier maximaal stimuleren bij een verschillende after load, kunnen we een curve
opstellen voor kracht en snelheid
 Bij een gewicht van 0 krijgen we een isotone contractie met grote snelheid
 Bij een gewicht groter dan maximaal krijgen we geen verkorting van de spier,isometrisch, met een
snelheid van 0 dus
 We meten de snelheid van verkorting bij het begin van de contractie omdat die het grootst is
 Wnnr we de snelheid van verkorting uitzetten in functie van de after load verkrijgen we een
omgekeerde relatie, gekend als de kracht-snelheidscurve
o Curve is steiler bij kleine krachten
o Wnnr vermoeidheid optreedt of bij niet ideale lengte, zal het resultaat onder de ideale curve
vallen
 De maximale snelheid (Vmax) komt overeen met de maximale cross bridging cyclus
 Aangezien tijdens een isotone contractie een kracht over een afstand verplaatst wordt,wordt er arbeid
verricht : W= Fs power-afterload curve
o Bij de twee uiteinden van de curven is de arbeid O
 Wnnr ofwel de afstand 0 is, isometrische contractie, ofwel de kracht O is, afterload zo klein, is de
verrichte arbeid 0
 Tussen deze 2 extremen zal de arbeid een max bereiken op een punt dat overeenkomt met ong 1/3 van
de maximale kracht
 De top van de curve komt overeen met de combinatie kracht-snelheid waarbij de grootste arbeid
verricht wordt
33
Types gestreepte spieren
 Ofschoon de basisstructuur en de myosine-actine wisselwerking dezelfde zijn in alle skeletspieren,
kunnen er verschillen zijn in chemische activiteit
 Aantal versch types van spiervezels en meestal zal in een spier een bepaald type predomineren
o Rode spiervezels : myoglobine
 Equivalent van hemoglobine in de spier en zal ook zuurstof binden/vrijmaken
 Onderverdeeld afh van de snelheid waarmee ze samentrekken
 Fast twitch : Type IIa
o Resistent tegen vermoeidheid
o Oxidatief metabolisme
o Het grootste aantal mito
o Glycogeen : abundant
 Slow twitch : Type I
o Resistent tegen vermoeidheid
o Oxidatief metabolisme
o Groot aantal mito
o Glycogeen : laag
o Witte spiervezels : alleen maar fast twitch, weinig myoglobine
 Type IIb
 Niet resistent tegen vermoeidheid
 Glycolytisch metabolisme
 Minst aantal mito
 Veel glygogeen
 Spieren die snel samentrekken moeten ook snel relaxeren
 Relaxatie is het gevolg van een daling van Ca
o Dit vereist ook E (SERCA) en kan tot 30% van het Everbruik van de spier uitmaken
Glad spierweefsel
 Kan zowel door een chemische, een elektrische als een mechanische prikkel geactiveerd worden
 Soms is er ook een spontane activatie door pace-makercellen
 Een spiercel kan contact hebben met meerdere neuronen
 Sommige gladde spiercellen hebben geen gap-junctions, deze staan in voor de zeer fijne bewegingen
o Multiunit spiercellen
 De meeste gladde spiercellen hebben multipele gap-junctions : unitaire of viscerale spiercellen
o Door aanwezigheid van gap-junctions is gecoördineerde contractie mogelijk
 3 types van potentialen :
o Spike
o Plateau
o Slow waves
Structuur van glad spierweefsel
 Gladde spiercellen zijn 100-300  m lang en 5-10  m in diameter
 Meestal cylindervormig en lopen uit op een punt
 Het celmembraan vertoont inkepingen of caveolae
 SR aanwezig maar geen T-tubuli
 De cel zit voor filametnen : dikke, dunne en intermediaire
o Dikke : myosine maar de organisatie is niet mooi geordend
o Dunne : zoals skeletspieren maar hebben geen troponine
o Intermiediaire: diameter van 10 nm wat tussen de dikke en dunne is
 Hebben eerder een cytoskeletfunctie dan een contractiele functie
 Zijn dense bodies aanwezig
34

Zijn geassocieerd aan de dunne en intermediaire filamenten en worde aanzien
als het equivalent van de z-lijn
 Sommige dense bodies zijn geassocieerd aan het celmembraan (focal adhesions)
en doen dienst als ankers voor de dunne filamenten om hun kracht over te
brengen op naburige cellen of de extra cellulaire matrix
 De contractiele elementen liggen schuin tov de lengteas van de gladde spiercel en zitten vast aan dense
bodies en focal adhesions waardoor ze met elkaar, met het celmembraan en de omgeving zijn
verbonden
 Bij contractie zal de spiercel verkorten en afnemen in diameter
 De eenvoudigtste schikking van gladde spiercellen vinden we in bloedvaten en bronchioli
 De oriëntatie is circulair rond de vaten:
o Bij contractie zal de diameter van de vaten verkleinen en in exrreme situaties zelfs volledig
afsluiten
 Een meer gespecialiseerde vorm van circulaire oriëntatie vinden we in sfincters
o Zijn plaatsen waar een dikke laag gladde spiercellen een hol orgaan kunnen afsluiten bij
contractie
 In de darm is de schikking ingewikkelder :
o Hier vinden we een binnenste circulaire en een buitenste longitudinale oriëntatie
o Bij contractie kan de diameter van de arm verkleinen, maar er kan ook verkorting optreden
 In sommige organen zoals de blaas en uterus hebben de gladde spiercellen een meer complexe
oriëntatie :
o Er zijn versch lagen gladde spiercellen met een verschillende richting
o Bij contractie zal dit leiden tot een vermindering van het volume van het orgaan.
Contractie van gladde spiercellen
 Ca speelt ook een centrale rol
 Er zijn echter ook Ca-onafh mechanismen
 De controle van de contractie van gladde spiercellen is myosine afhankelijk
 In rust is er weinig interactie tussen myosine en actine
 Aan de myosine kop zijn er 4 lichte ketens : 2 regulerende en 2 essentiële
o De juiste functie van de essentiele is niet goed gekend, maar ze spelen een rol in de myosineactine interactie
o De regulerende lichte ketens kunnen in aanwezigheid van ATP gefosforyleerd worden door
myosin light chain kinase (MLCK)
o Wnnr de lichte ketens gefosforyleerd zijn, kan myosine interageren met actine en de cross
bridge cyclus kan beginnen
 In gladde spiercellen is er geen troponine aanwezig om Ca te binden
 Calmoduline is een Ca bindend eiwit
o Bij [Ca] > 10 4 M is de binding maximaal
o Bij [Ca] < 10 7 is er geen binding
 Wnnr 4 Ca ionen binden wordt het complex Ca-calmoduline geactiveerd, het activeert MLCK dat op
zijn beurt de myosine lichte ketens (MLC) activeert door fosforylatie
 Er bestaat echter ook een actine afhankelijk mechanisme (minder belangrijk)
 In rust is er geen interactie tussen myosine en actine
o Dit komt doordat actine geinhibeerd wordt door een aantal actine-bindende eiwitten
(caldesmon,calponine)
o Het opheffen van de inhibitie gebeurt oa doordat proteine kinase C caldesmon en calporine kan
fosforyleren waardoor de interactie met actine opgehoffen wordt en actine met myosine kan
binden
35

In gladde spiercellen bestaan er ook Calcium-onafh mechanismen die de contractie kunnen
moduleren (versterken of verminderen)
 Stoffen zoals proteine kinase A (PKA) die MLCK fosforyleren (inactiveren) verminderen de
contractie
 Myosin light chain phosphatase (MLCP) defosforyleert MLC wat de contractie stopt
 Een stof zoals Rho-kinase inhibeert dit effect en leidt dus tot een verlengde contractie
 Voor de relaxatie is het mechanisme wat ingewikkelder dan bij skeletspieren
o Enerzijds zal bij een daling van [Ca] er minder activatie zijn van MLCK, dus minder
fosforylering van MLC
o Fosforylering van MLCK in aanwezigheid van PKA
o Aangezien er altijd actief myosin light chain phosphatasa (MLCP) aanwezig is, zal er meer
defosforylatie zijn en dus inactivatie van MLC wnnr er onvoldoende actief MLCK aanwezig is
o Anderzijds zijn er stoffen die MLCP kunnen activeren wat zelfs bij voldoende [Ca] toch een
relaxatie kan veroorzaken
 Cross bridging is ingewikkelder maar even noodzakelijk voor contractie (2)
o [Ca]stijgt, wordt MLCK geactiveerd en wordt MLC gefosforyleerd 1
o Hierdoor bindt myosine met actine 2
o ADP en P dissociëren van de myosine kop, de kop roteert en veroorzaakt power stroke 3
o ATP bindt dan waardoor de myosine-actine binding loslaat 4
o ATP hydrolyseert en een nieuwe cyclus kan beginnen
o Op elk ogenblik in de cirkel, kan MLCP de MLC defosforyleren 6
o Wnnr dit gebeurt als er geen binding is tussen myosine en actine, kan de binding alleen
hersteld worden na fosforylatie door MLCk
o Als dit gebeurt wnnr er wel binding is, zal de ontbinding tussen myosine en actine trager zijn,
wat bijdraagt tot de langdurige tonische contractie (latch state)
Excitatie contractie koppeling
 De mechanismen om [Ca] te doen stijgen in gladde spiercellen zijn meervoudig
 Ca kan de cel binnen komen via verschillende kanalen
o De voltage gevoelige kanalen zullen openen bij depolarisatie VOC
o Receptor-operated channels ROC openen na binding met een ligand
o Tenslotte zijn er store-operated channels SOC die openen als de Ca inhoud in het SR laag is
 Er zijn ook versch manieren waardoor Ca uit het SR in het cytoplasma geraakt
o Er zijn de ryanodine receptoren RyR die openen door binding met Ca
 Er is dus Ca nodig om via deze weg Ca verder te verhogen
 Daarom wordt dit Ca-induced Ca release (CICR) genoemd
o Een tweede type Ca receptor thv het SR is de IP3 receptor
 IP3 wordt gevormd nadat een ligand bindt met een G-protein gekoppelde receptor wat
aanleiding geeft tot activatie van phospholipase C (PLC) dat PIP2 splitst in DAG en
IP3
 Ca wordt uit het cytoplasma verwijderd naar extracellulair via een pomp (PMCA) en een uitwisselaar
(NCX)
 Via een andere pomp SERCA wordt Ca naar het SR teruggepompt
 Een groot gedeelte van het Ca in het SR wordt gebonden aan eiwitten waardoor de conc aan vrij Ca
relatief laag blijft
spiermechanica
 Contractie van gladde spiercellen verloopt veel trager dan die van gestreepte spieren, maar de
contractie kan veel langer aanhouden
 Ook de relaxatie verloopt veel trager
 De reden hiervoor ligt in de chemische reacties tussen myosine en actine
36

Een gladde spiercel die 100x trager contraheert dan een skeletspier zal een ATPase activiteit hebben
die 100 x trager is
 Er is ook een relatie tussen de maximale snelheid van verkorting en de graad van fosforylatie van
MLCK
 De kracht-snelheidscurve toont aan dat de maximale contractiesnelheid veel kleiner is dan die van
skeletspieren
 De maximale krachtontwikkeling kan echter even groot zijn
 De lengte-tensiecurven zijn gelijkaardig, maar er zijn toch een aantal verschillen
o Bij een lengte waarbij maximale isometrische kracht ontwikkeld wordt, is er bij gladde
spiercellen al een belangrijke factor passieve tensie
o Dit is het gevolg van de aanwezigheid van bindweefsel
o In vgl met gestreept spierweefsel kunnen gladde spiercellen werken over een groter
lengteverschil, bredere curve
 Gladde spiercellen kunnen fasisch of tonisch contraheren
 De fasische contractie is vergelijkbaar met gestreepte spiercelle, maar de contractie is trager en duurt
langer
 De tonische contractie is langdurig met laag Everbruik (latch toestand) en is zeer economisch
Cases
Case 1 :
Vrouw van 23j loopt de marathon van New York. Het is 30°C met 70% vochtigheid
Het is haar eerste marathon. Na 15km valt ze bewusteloos
Ondervraging :
 Ze is bewust en kan antwoorden op vragen
 Ze vertelt dat ze spierkrampen had en gebraakt heeft
 Ze heeft quasi niets gedronken
Onderzoek
 Bleek
 Transpiratie +++
 Bloeddruk : 85/50 mmHg
 Pols : 150/min
 T : 38°Ckoorts
Waaraan denken we :
 Hitte collaps , heat exhaustion
 Geen heat stroke want
o Transpiratie +++
o Geen CZS afwijkingen
o Geen hyperthermie
Behandeling
 Neerliggen op koele plaats
 Drinken, infuus
 We kunnen aspirine geven om de T te doen dalen , want aspirine verlaagt de koorts
Case 2
Man van 20 jaar wordt op de spoed binnengebracht wegens slaperigheid
Ondervraging
 Gaan kamperen in de winter
 Avond voordien natgeregend
 Deze morgen door vrienden gewekt maar reageert raar
Onderzoek
 Bewust, maar verward
37
 Kan moeilijk spreken
 Beeft +++
 Bleke huid, cyanotische vingers, lippen, tenen
 T : 32°C rectaal
 Pols : 50/min
 Bloeddruk : 90/70
Waaraan denken we ?
 Milde hypothermie
Behandeling
 In warme droge omgeving brengen
 Natte kleren uitdoen
 Met dekens bedekken
 Warme drankjes laten drinken
Case 3
Jongen van 16jaar plast heel veel de laatste tijd
Onderzoek :
 Urine : glucose +++
o Normaal :  Bloed : glycemie : 600mg/dl
o Normaal : 70-100
Waarom zit er glucose in de urine
 Glucose wordt vrij gefilterd door de glomerulus
 Toch is er normaal geen glucose in de urine daar we de glucose reabsorberen door ultrafiltratie
Waaraan denken we ?
 Diabetes
o Primair en secundair actief transport hebben elkaar nodig om goed te functioneren
o Carrier mediated transport
o Er is een Vmax
Case 4
Man van 60 kg drinkt heel snel 2 liter water. Veronderstel dat hij niet watert en dat de samenstelling van
compartimenten normaal was voor het drinken van water
Wat is het finale volume en de osmolariteit van het ECV ?
kommagetallen bij normale samenstelling zijn de percentages water bij de man !
Normale samenstelling :
 TBW = 0,6 . 60 = 36l
 ECV = 0,4 . 36 = 14,4l
 ICV = 0,6 . 36 = 21,6l
Osm van TBW :
 Initieel :
o Vol : 36l
o Conc : 300mOsm/l
o Aantal osmoles = 36 . 300 = 10800 mosm
 Na opname van water
o Vol : 38l
o Aantal osmoles : 10800 mosm
o Conc : 10800/38 = 284mOsm/l
Osm ECV
 Initieel
o Vol : 14,4l
38


o Conc : 300 mOsm/l
o Aantal osmoles : 14,4 . 300 = 4320 mOsm
Onmiddellijk na opname
o Vol : 16,4l
o Aantal osmoles : 4320 mOsm
o Conc : 4320/16,4 = 263 mOsm/l
Bij evenwicht
o Aantal osmoles : 4320 mOsm
o Conc : 284mOsm/l
o Vol : 4320/284 = 15,2
39