HOOFDSTUK 3 : CARDIOVASCULAIRE FYSIOLOGIE
advertisement
Hoofdstuk 3 Cardiovasculaire fysiologie ___________________________________________________________________________________ HOOFDSTUK 3 : CARDIOVASCULAIRE FYSIOLOGIE. 3.1. Histo-fysiologie van hart en bloedvaten. 3.1.1. Organisatie van de bloedsomloop. (fig. 3.1, 3.2 en 3.3) ° het cardiovasculair stelsel bestaat uit : - arteries : vervoeren het bloed vanuit het hart naar de weefsels - capillairen : microscopische vaatjes in de weefsels die de uitwisseling tussen bloed- en weefselcomponenten toelaten - venen : vervoeren het bloed terug naar het hart - hart : pompt met zijn linkerkamer (linkerventrikel) het bloed via de arteries naar de periferie = grote bloedsomloop. Het bloed keert langs de venen terug via de rechtervoorkamer (rechteratrium) naar de rechterkamer (rechter ventrikel) van het hart , vanwaar het door de longen gepompt wordt (zuurstofopname) en daarna terugkeert naar het hart = kleine bloedsomloop (zie ook verder : foetale bloedsomloop). ° van het totale bloedvolume bevindt 80% zich in de vaten van de kleine bloedsomloop = lage druksysteem met een relatief lage bloeddruk en met een hoge capaciteit en rekbaarheid (bloedreservoir). ° bloedvolume van volwassen dieren : Species Bloedvolume (ml/kg) 74 Kip 57,4 Koe 70 Geit 109,6 Renpaard 71,7 Werkpaard 57 Varken 56,4 Konijn 58 Schaap ° het hartminuutvolume (HMV) is het bloedvolume dat per tijdseenheid door het hart wordt uitgedreven en is te berekenen uit hartfrequentie maal slagvolume. In de grote bloedsomloop wordt het HMV verdeeld over de "parallel geschakelde" organen (hersenen, gastro-intestinum, nieren, spieren enz) volgens levensbelang van de organen en tevens volgens de behoefte van het moment. De kleine bloedsomloop daarentegen bevat het hele HMV vermits de organen hier "in serie geschakeld" zijn.. Voorrang bij de doorbloeding hebben de hersenen en het hart. De nieren bevatten ongeveer 25% van het HMV : ze zijn zeer sterk doorbloed vanwege het belang van hun controle- en uitscheidingsfunctie. Bij spieractiviteit stroomt tot 2/3e van het HMV door de skeletmusculatuur, terwijl tijdens de spijsvertering een even groot aandeel van het HMV door het gastro-intestinum vloeit. De doorbloeding van de huid is belangrijk voor de warmte-afgifte (zweten ; niet bij hond, kat, varken, wildebeest en Grant's gazelle !). ° doorbloeding van de longen : - truncus pulmonalis : vertrekt vanuit de rechterventrikel van het hart (zuurstofarm bloed), splitst in twee pulmonaalarteries (arteria pulmonalis dexter et sinister) en vertakt zich verder in de longen - het longweefsel wordt gevoed door bloed aangevoerd via de bronchiaalarteries - de afvoer van het bloed van de longen gebeurt gemeenschappelijk via de pulmonaalvenen die draineren in het linkeratrium (linkervoorkamer) van het hart ° foetale bloedsomloop : 44 Hoofdstuk 3 Cardiovasculaire fysiologie ___________________________________________________________________________________ - - de moederkoek of placenta vervult voor de foetus drie functies, nl. een darmfunctie (voedselopname), een nierfunctie (afgifte van afbraakproducten) en een longfunctie (O2-opname en CO2-afgifte) het foetale bloed volgt de hierna beschreven weg (zie figuur) : zuurstofrijk bloed komt via de navelvene (!) in de foetus en stroomt via de ductus venosus gedeeltelijk om de lever heen. Bij de uitmonding in de onderste holle ader (vena cava inferior) gebeurt er een vermenging met zuurstofarm bloed uit de onderste lichaamshelft. In het hart wordt dit bloed van de rechtervoorkamer direct naar de linkervoorkamer geleid (via een opening in de wand tussen de beide voorkamers : het foramen ovale ; deze sluit na de geboorte) en zo naar de linkerkamer. Daarbij vindt in de rechtervoorkamer een kruising plaats met het veneuze bloed uit de bovenste holle ader (vena cava superior), dat naar de rechterkamer geleid wordt. Van dit zuurstofarme bloed komt slechts ongeveer 1/3e in de longen terecht, die immers nog niet ontplooid zijn (hoge stromingsweerstand), 2/3e gaat via de ductus arteriosus (Botalli : open verbinding tussen truncus pulmonalis en aorta ; deze sluit na de geboorte) over in de aorta, waar ook het bloed uit de linkerkamer instroomt. Via arterietakken die zich afsplitsen van de aorta vóór de uitmonding van de ductus arteriosus komt het relatief zuurstofrijke bloed (vanuit de linkerkamer) bij de hersenen en het bovenlichaam terecht, terwijl voor het onderste deel van het lichaam enkel gemengd (O2-arm en O2-rijker) bloed ter beschikking staat. Het grootste deel komt via de navelarteries (!) weer in de placenta terecht, waar het opnieuw met O2 beladen wordt. bij de geboorte houdt de verzorging door de placenta plots op, waardoor de pCO2 in het bloed stijgt, wat een sterke ademhalingsdrang veroorzaakt (via chemoreceptoren). Deze inspiratiebeweging zorgt voor een onderdruk in de borstkas, waardoor de longen zich gaan ontplooien en het restbloed uit placenta en navelvene weggezogen wordt. Door het ontplooien van de longen daalt hier de weerstand, terwijl deze in de grote bloedsomloop stijgt door het afsluiten van de navelstreng : deze wijziging in weerstand brengt een verandering van stroomrichting in de ductus arteriosus met zich mee, wat dan weer de aanleiding is tot het sluiten van de verbinding tussen aorta en truncus pulmonalis. De vulling van de rechtervoorkamer vermindert (geen placentabloed meer), die van de linkerkamer neemt toe (longdoorbloeding stijgt) : deze drukwijziging veroorzaakt het sluiten van het foramen ovale. 3.1.2. Het bloedvatenstelsel : aantal vaten en hun doorsnede, volume en druk. aorta Grote Art.tak arteri capillair venule venetak Grote arterie ole vene 9 9 (1) 1 toene toeneme 0,16. 5.10 0,5.10 afnemen afnem mend nd 109 d end (2)2,6 0,8 0,3-0,06 0,002 0,0009 0,0025 0,15-0,7 1,6 (3)180 250 250 125 300 550 1550 900 V. cava 2 3,2 250 Waarbij : (1) aantal, (2) doorsnede (cm), (3) volume (cm3) ° bij het doorlopen van de vaten van aorta naar capillairen en weer terug naar de holle aders loopt de gemiddelde bloeddruk terug van ongeveer 100 mm Hg (zie ook tabel : systemische arteriële druk bij volwassen dieren) in de aorta tot bijna nul in de holle aders. ° aorta en arteriën hebben twee functies : het verdelen van het bloed over de lichaamsperiferie en het omzetten van de aanvankelijk stootsgewijze bloedstroom in een gelijkmatige stroming ° arteriolen en metarteriolen : staan in voor bijna 50% van de totale perifere stromingsweerstand (TPR), waardoor de bloeddruk hier sterk daalt. Vasodilatatie en vasoconstrictie van de metarteriolen staat onder controle van het craniosacraal (parasympathisch) deel van het autonoom zenuwstelsel en van humorale stoffen (o.a. histamine, bradykinine). De wijdte van elke arteriole bepaalt ook de doorstroming van het erop aansluitende capillairnet en dus de doorbloeding van de weefsels. 45 Hoofdstuk 3 Cardiovasculaire fysiologie ___________________________________________________________________________________ ° capillairen : hebben wel een kleine doorsnede maar hun totale aantal is zo groot dat hun aandeel in de TPR slechts 27% bedraagt. De aanwezigheid van een shunt tussen een arteriole en een venule kan ervoor zorgen dat het bloed het capillairbed omzeilt : bij "rustende" weefsels vloeit het grootste deel van het bloed doorheen deze shunts en zijn de meeste capillairen gecollabeerd. Zuurstof zorgt voor de autoregulatie van de weefselperfusie : O2-tekort veroorzaakt vasodilatatie, terwijl overmaat resulteert in collaps van vaten. De hydrostatische druk daalt van 45 mm Hg in de arteriole tot 30 mm Hg in de capillairen en tot 15 mm Hg in de venulen : dit drukverval laat de vloeistofuitwisseling tussen bloed en intercellulaire vloeistofruimte toe (ook dankzij de zeer dunne en dus doorlaatbare wanden van deze vaatjes). (Opm. : de druk in de capillairen is wel orgaanafhankelijk : in levercapillairen is de intravasculaire druk lager dan 10 mm Hg, terwijl ze in de capillairen van de nierglomeruli hoger is dan 80 mm Hg !). ° venulen : deze met gladde spiercellen in hun wand staan eveneens onder controle van de parasympathicus en van humorale stoffen ° venen : staan in voor het verzamelen van het bloed uit de weefsels. Door de lage bloeddruk in deze vaten en door hun groot volume vervullen ze een belangrijke rol als bloedreservoir. De stuwende krachten achter de veneuze terugstroom zijn : - de nog overblijvende bloeddruk na het doorlopen van het capillairbed - de zuiging vanuit het hart tijdens de systole (daling van het kleppenvlak van het hart) - de druk van de omringende contraherende skeletspieren op de venen (spierpomp) - de tijdens inspiratiebewegingen ontstane onderdruk in de borstkas (tesamen met een overdruk in de buikholte) waardoor de wanden van de venen uitgerokken worden en het bloed in de richting van het hart wordt aangezogen ° Tabel : systemische arteriële druk bij volwassen dieren : Species Systole (mm Hg) Diastole (mm Hg) Gem. Art.druk (mm Hg) 175 145 155 kip 140 95 110 koe 100 60 73 cavia 130 95 107 paard 140 80 100 varken 140 90 107 schaap 250 170 197 kalkoen 3.2. Fysiologie van het bloed. 3.2.1. Bloedvolume en -regeling. (fig. 3.8 en 3.9 ; tab. 3.1) ° totaal bloedvolume kan indirect gemeten worden via een schatting van het plasmavolume en het bepalen van de perifere veneuze waarde van het "packed cell volume"(PCV of hematocriet) : na centrifugatie van een bloedstaal met anticoagulans is het plasma (bovenstaande vloeistof) gescheiden van de rode bloedcellen (RBC : onderaan) door een dun laagje leucocyten (of witte bloedcellen : WBC) ° het bloedvolume varieert onrechtstreeks met lichaamsmassa en rechtstreeks met metabolisch actieve lichaamsmassa (m.a.w. het is groter in spierweefsel dan in vetweefsel) ° tabel : bloedvolume bij volwassen dieren : zie hoger ° shock: bij een daling van het bloedvolume tot minder dan een derde van de oorspronkelijke waarde komt het dier in een shocktoestand die snel onomkeerbaar wordt. Men onderscheidt verschillende vormen van shock naargelang de oorzaak (hypovolemische door bloed- of plasmaverlies ; anafylactische door 46 Hoofdstuk 3 Cardiovasculaire fysiologie ___________________________________________________________________________________ perifere vaatverwijding met "verzakking" van het bloed in de periferie ; septische door bacteriële toxines ; cardiogene door inadequate hartpompfunctie) maar bij elk van deze vormen is hypovolemie de gemeenschappelijke factor. Om het bloedvolume te herstellen en de ontstane acidose (door verminderde O2-voorziening) op te heffen is het toedienen van vloeistof noodzakelijk : een colloïd vloeistof blijft enkel in het vaatstelsel, een cristalloïd oplossing verdeelt zich over de hele ECV. Voor elke milliliter plasma die verloren gegaan is moet 3 ml electrolytoplossing toegediend worden. ° regeling van bloed- en lichaamsvloeistofvolume : - de hartatria leveren de belangrijkste bijdrage in de controle over het bloedvolume. Vele cellen hier bevatten granules met "atriale natriuretische factoren"(ANF : zie Addendum) : deze worden zeer snel vrijgesteld bij verhoogde perfusiedruk of toegenomen bloedvolume. De ANF binden hoofdzakelijk op de nierglomeruli (en minder op de distale tubuli en verzamelbuizen), waardoor een diurese en natriurese op gang gebracht worden, zonder stijging van de GFM (glomerulaire filtratiemate).(Opm. : ANF zijn vermoedelijk "ware" hormonen en vormen de belangrijkste endocriene verbinding tussen hart en nieren.) - prikkels van cardiovasculaire baro- en chemoreceptoren komen toe in de Nucleus Tractus Solitarii (NTS) in het verlengde merg en gaan via α1-noradrenerge neuronen naar cellen in de supra-optische en paraventriculaire kernen van de hypothalamus : deze laatste secreteren het antidiuretisch hormoon (ADH of vasopressine). Bij verlaagde centraal veneuze druk wordt de productie van ADH ter hoogte van de hypothalamus opgedreven en wordt tevens het hormoon vrijgesteld uit zijn reservoir in de neurohypofyse. Neurotransmittoren die hierbij activerend werken zijn het L-glutamaat voor de 1-neuronen in het verlengde merg en noradrenaline en neuropeptide Y (NPY) in de hypothalamus, een neurotransmittor die inhiberend werkt ter hoogte van de NTS is het gamma-aminoboterzuur (Eng. : gamma-amino-butyric acid of GABA). 3.2.2. Bloedsamenstelling. 3.2.2.1. Plasma. (fig. 3.10) ° is de vloeibare fase van het bloed ; het aandeel bedraagt 55% tot 70% van het ongestolde bloed (diersoortafhankelijk). Het is ongepigmenteerd bij kleine huisdieren en kleine herkauwers (schaap, geit) maar kan een gele tint hebben bij koe en paard door kleurstoffen uit de gal (bilirubine) of het voeder (caroteen). ° de samenstelling van plasma is zeer complex en is een weergave van de vele functies van het bloed : - proteïnen : (albumine, fibrinogeen, globulines : gevormd in de lever, behalve de globulines van het complementsysteem en de immunoglobulines) zijn colloïdaal en niet-diffundeerbaar en dragen bij tot het instandhouden van de colloïd osmotische (oncotische) druk van 25 - 30 mm Hg (de kleine en talrijke albuminemoleculen staan in voor ongeveer 75% ervan). De oncotische druk werkt de hydrostatische druk ter hoogte van de capillairen tegen en verhindert zo een overmatige overgang van vocht uit de bloedbaan naar de weefsels (oedeem). - bloedserum : is het plasma zonder fibrinogeen, sommige calciumionen en andere stollingsfactoren ° zoals eerder vermeld zijn de globulines van het complementsysteem en de immunoglobulines van extra-hepatische oorsprong. Ze worden gevormd in de lymfeknopen en cellen van het macrofaagsysteem (vroeger : reticulo-endotheliaal systeem) van milt en beenmerg. De groep van de globulines omvat het kininogeen, het plasminogeen, het complementsysteem en de immunoglobulines (voor uitgebreide bespreking : zie cursus immunologie) : - kininogeen : α2-globuline dat door het proteolytisch enzyme kallikreοne (gevormd uit het kallikreïnogeen met behulp van de Hageman factor en plasmine) wordt omgezet in een reeks kleine 47 Hoofdstuk 3 Cardiovasculaire fysiologie ___________________________________________________________________________________ - polypeptiden, de kinines (kallidine of lysylbradykinine en bradykinine). Deze veroorzaken een sterke arteriolaire vasodilatatie en een toegenomen capillaire permeabiliteit. plasminogeen (of profibrinolysine) : β-globuline, de inactieve vorm van plasmine (of fibrinolysine) : dit laatste is een proteolytisch enzyme dat instaat voor de lyse van fibrine in stollend bloed. De activatie van plasminogeen naar plasmine gebeurt door trombine, geactiveerde factor XII en lysosomale enzymen uit beschadigd weefsel, factoren uit het vaatendotheel en streptokinase (< streptococcen). Plasmine wordt voortdurend in kleine hoeveelheden gevormd in het bloed en geïnactiveerd door het α2-macroglobuline (α2-antiplasmine). Het speelt een belangrijke rol bij het opruimen van de bloedklonter, gevormd na beschadiging van een bloedvat. 3.2.2.2. Cellen. (fig. 3.11 ; tab. 3.2, 3.3, 3.4 en 3.5) ° drie klassen bloedcellen kunnen onderscheiden worden : rode bloedcellen (RBC), witte bloedcellen (WBC) en trombocyten (bloedplaatjes) ° RBC : - worden gevormd in het beenmerg (bij foetus : in milt en lever !) uit voorstadia die nog een kern bevatten - zien eruit als schijfvormige, centraal ingedeukte zakjes die zeer vervormbaar zijn, met kern (vogels) of zonder kern (andere dieren) : dikte ongeveer 2 μm, diameter varieert tussen 4,5 en 12 μm naargelang de diersoort (zie tabel) - belangrijkste functie is het transport van hemoglobine (Hb), een proteïne dat instaat voor het zuurstoftransport van de longen naar de weefsels en het stikstofdioxidetransport van de periferie naar de longen. Het Hb is, als organisch zuur, tevens een belangrijk onderdeel van het zuur-base-buffersysteem : het neemt ongeveer 50% van de totale buffercapaciteit van het bloed voor zijn rekening - de milt dient als stapelplaats voor een deel van de RBC. Daarnaast vindt hier ook de afbraak van een deel van de RBC plaats door de fagocyten van het macrofaagsysteem, de overige RBC worden afgebroken in de lever, het rode beenmerg en de lymfeknopen. De gemiddelde levensduur van de RBC bij dieren is ongeveer 120 dagen. Het ijzer- en proteïnedeel wordt gerecycleerd in nieuwe Hb-moleculen, het pigmentdeel wordt omgezet in galpigmenten (bilirubine en biliverdine) die uitgescheiden worden in faeces en urine. ° leucocyten : - mobiel deel van het verdedigingssysteem van het lichaam - veel minder talrijk dan de RBC (1 WBC/400 à 1300 RBC bij zoogdieren ; 1 WBC/100 RBC bij vogels) - twee- tot driemaal groter dan de RBC en gekernd - omvat twee groepen : granulocyten (neutrofielen (of heterocyten bij vogels), eosinofielen en basofielen) en mononucleairen (monocyten en lymfocyten) ° trombocyten : - kleine (3 μm), kleurloze, ronde of staafvormige en kernloze cellichaampjes - aantal : 300.000 tot 450.000/μl bloed bij zoogdieren, minder dan 1/10e van deze hoeveelheid bij de kip - vorming : worden afgesplitst van megacaryocyten in het beenmerg - blijven 8 tot 11 dagen in de bloedcirculatie, waarna ze worden geëlimineerd door macrofagen in de milt - belangrijkste functie : herstel van beschadigde bloedvaten door hechting aan het subendotheliaal weefsel en contractie met behulp van in de trombocyt aanwezige myofibrillen 48 Hoofdstuk 3 Cardiovasculaire fysiologie ___________________________________________________________________________________ 3.2.3. Bloedstolling. (fig. 3.12 en 3.13 ; tab. 3.6) ° samenwerking tussen plasma- en weefselfactoren en bloedplaatjes, waarbij drie hoofdmechanismen kunnen onderscheiden worden : 1) trombocytenwerking : contact van bloed met de collageenvezels gelegen onder het endotheel van de beschadigde bloedvatwand veroorzaakt een aaneenkleven (aggregatie) van trombocyten en hun afzetting (adhesie) tegen het defect in de vaatwand. Hierbij gaan de trombocyten ook van vorm veranderen (visceuze metamorfose) en komen er bepaalde stoffen uit vrij o.a. serotonine, dat een plaatselijke vaatverwijding en een "in elkaar rollen" van de beschadigde wand veroorzaakt. Al deze factoren dragen bij tot een voorlopig afdichten van het lek (trombocytenprop = "witte trombus"). 2) endogeen (of intrinsiek) systeem : verwijst naar de reeks enzymatische reacties waarbij specifieke pro-enzymen geactiveerd worden ; komt op gang door het contact tussen "vreemde lichamen" (bvb. collageenvezels, glaswerk,…) en stollingsfactor XII (Hageman factor) ; resulteert in de vorming van trombine en een onoplosbaar fibrinenetwerk. 3) exogeen (of extrinsiek) systeem : opgewekt door trauma van de omliggende weefsels en het ermee gepaard gaande vrijkomen van bepaalde weefselfactoren ° in het bloed kunnen meer dan 40 verschillende stoffen teruggevonden worden die een rol spelen bij de bloedstolling : sommige als promotoren van de bloedstolling (procoagulantia bvb. TXA2), andere als regulatoren of inhibitoren van de stolling (anticoagulantia bvb. heparine, PGI2, α2-macroglobuline en proteïne-C) : het evenwicht tussen deze beide groepen bepaalt of bloedstolling al dan niet optreedt. 3.2.3.1. Procoagulantia. ° bij vaatwandbeschadiging worden procoagulantia die zich in de buurt bevinden geactiveerd om het oplosbaar fibrinogeen (factor I) om te zetten in het onoplosbaar fibrine en dit via het enzyme trombine ° de vorming van fibrine vindt plaats in drie stappen : - vorming van protrombine activator (factor III = tromboplastine) : uit beschadigd weefsel en met hulp van calciumionen - splitsing van protrombine (factor II) in trombine m.b.v. de geactiveerde plasmafactor X (Stuart-Prowerfactor), de trombocytenfactor 3 (TF 3), het proaccelerine (factor V) en Ca2+-ionen. Protrombine wordt gevormd in de lever : hiervoor is de aanwezigheid van vitamine K (dat geresorbeerd moet worden ter hoogte van het intestinum) noodzakelijk. - omzetting van fibrinogeen (factor I) in fibrine m.b.v. trombine ° fibrine bestaat uit vezels die met elkaar een netwerk vormen waarin trombocyten en erythrocyten "gevangen" blijven : het geheel vormt de definitieve ("gemengde") trombus. ° bij kleine endotheeldefecten wordt hoofdzakelijk het intrinsiek systeem geactiveerd (naast de trombocyten). Bij contact van de plasmafactor XII met een ander oppervlak dan het bloedvatendotheel (bvb. onderliggend collageen) wordt deze factor geactiveerd (tot XIIa) en start daarmee het intrinsiek systeem, waaraan TF 3, plasmafactoren en Ca2+-ionen deelnemen. Bij een grotere weefselbeschadiging kunnen weefselfactoren samen met plasmafactor VII (proconvertine) en Ca2+-ionen als extrinsiek systeem in werking treden. Beide systemen activeren alternatief of samen de plasmafactor X (tot Xa), die helpt bij de vorming van trombine. Trombine activeert niet alleen fibrinogeen tot fibrine, maar zet ook de fibrinestabiliserende factor XIII om tot XIIIa en zet de trombocyten aan tot het ondergaan van een visceuze metamorfose (zie hoger). Beide systemen van bloedstolling werken complementair en zijn zelfs niet duidelijk van elkaar te onderscheiden. Wel is het zo dat het extrinsiek mechanisme de factor X rechtstreeks gaat activeren en 49 Hoofdstuk 3 Cardiovasculaire fysiologie ___________________________________________________________________________________ daardoor de initiële stadia van het intrinsiek mechanisme kan overslaan, zodat er een snellere fibrinevorming optreedt. Dit is van (levens)belang bij meer uitgebreide verwondingen, waarin ook de weefsels rondom een beschadigd bloedvat betrokken zijn, zodat een zeer efficiënt stollingsmechanisme vereist is. 3.2.3.2. Anticoagulantia. Bij het bloedstollingsproces moet verhinderd worden dat de lokale reactie zich uitbreidt tot een algemene stolling in het hele vaatstelsel. Een belangrijke rol hierbij speelt plasmine (uit plasminogeen : activatie door verschillende factoren uit bloed en weefsels) en waarschijnlijk ook de factor XIIa. Plasmine kan het fibrine weer oplossen (fibrinolyse) en de hierbij ontstane fibrinebrokstukken gaan op hun beurt verdere fibrinevorming remmen. De stolling wordt ook geremd door het antitrombine 3 (werkt remmend op trombine), factor Xa en andere stollingsfactoren. Therapeutische stollingsremmers zijn : ° heparine : - polysaccharide met veel (negatieve) sulfaatgroepen - geen normaal bestanddeel van bloed ; wordt gesynthetiseerd in de mastcellen van longen, lever en intestinale mucosa ; kan hieruit vrijgesteld worden tijdens een anafylactische shock, met als resultaat dat de stollingsreactie van het bloed vertraagd wordt - verhindert bloedstolling in vivo en in vitro gedurende 3 tot 4 uur wanneer het wordt toegediend aan een dosis van 0,5 mg/kg ; neutraliseert de werking van trombine via de activatie van antitrombine III (dit is een fysiologische inhibitor van verschillende enzymen zoals Xa en trombine) - veroorzaakt een stijging in het fysiologisch gehalte aan plasminogeen activator (waardoor omzetting van plasminogeen in plasmine), wat kan leiden tot fibrinolytische activiteit nl. het afbreken van de fibrinetrombus - de anticoagulerende activiteit kan worden tegengewerkt door stoffen met positieve ladingen zoals toluidine blauw en protamine ° stoffen die de Ca2+-ionenconcentratie verlagen kunnen bloedstolling in en/of buiten het lichaam verhinderen : - oplosbare oxalaatverbindingen (toxisch voor het lichaam !) veroorzaken precipitatie van plasmacalcium door vorming van onoplosbaar calciumoxalaat - citraatzouten (ammonium-, kalium-, natrium-) vormen met calcium niet-geïoniseerde verbindingen en verlagen aldus de hoeveelheid calciumionen in het bloed die beschikbaar zijn voor de stolling ; worden gebruikt als anticoagulantia voor bloed dat bestemd is voor herinfusie - zouten van tetra-ethylammoniumzuur worden meestal gebruikt ter preventie van bloedstolling in vitro ; werking is via chelatie van calciumionen cfr. citraat ° dicoumarol remt de vorming van protrombine, factor VII, factor IX en factor X in de lever (werking tegengesteld aan deze van vitamine K, dat voor de vorming van deze stoffen noodzakelijk is). 3.2.4. Bloedviscositeit. ° de viscositeit of taaiheid (η) van een vloeistof wordt gedefinieerd als de mate van inwendige wrijving van die vloeistof (bvb. bloed) ; eenheid = centipoise (cP) voor absolute viscositeit ; kan ook uitgedrukt worden in verhouding tot de viscositeit van water (rel. viscositeit 1) ° de viscositeit van bloed, plasma en serum wordt gewoonlijk uitgedrukt in termen van relatieve viscositeit en wordt beïnvloed door erin aanwezige componenten zoals de grootte en concentratie aan proteïnen en het aantal erythrocyten : 50 Hoofdstuk 3 Cardiovasculaire fysiologie ___________________________________________________________________________________ - rel. viscositeit van plasma ligt tussen 1,9 en 2,3 rel. viscositeit van serum ligt tussen 1,7 en 2,0 (lagere concentratie aan grote proteïnen zoals fibrinogeen en globulines) - rel. viscositeit van bloed ligt tussen 3 en 5 ; neemt toe bij stijging van het aantal erythrocyten (dehydratatie, polycytemie), wat weergegeven wordt door een toegenomen PCV ("packed cell volume" = relatief volume van RBC / liter bloed) ; neemt af bij anemie en hemodilutie (overmatige infusie van electrolytoplossingen) ° invloed op de stroomsnelheid van het bloed : - stroomsnelheid is maximaal bij normale waarden van PCV en viscositeit - in grote bloedvaten bewegen RBC zich at random en dragen daardoor bij aan de viscositeit van het bloed - in kleine bloedvaten (< 0,3 tot 0,5 mm diameter) nemen de waarden van PCV en viscositeit af om bloedvloei te vergemakkelijken : in deze capillairen is de viscositeit tot 50% lager dan in grote bloedvaten en dit door het feit dat de RBC zich hier enkel gaan voortbewegen via het centrale deel van de vaatjes, waardoor tegen het endotheel aan een celvrije zone wordt gecreëerd (Eng. : plasma skimming) - toch zorgen sommige effecten in de capillairen ervoor dat de viscositeit hier nagenoeg gelijk is aan deze in de grotere vaten : de lage stromingssnelheid (1 mm/sec) en het agglutineren van de erythrocyten aan elkaar (zgn. geldrol- of rouleauvorming) en aan de endotheelwand kunnen de viscositeit tot tien maal doen toenemen (vnl. bij paard en varken wegens sterke neiging tot agglutinatie van de RBC en hoge sedimentatiesnelheid) - structurele obstructies of plaatselijke constricties in de capillairwand zorgen voor een tijdelijke vertraging of verhindering van de bloedstroom en daardoor voor een toename van de (schijnbare) bloedviscositeit : de zuurtegraad stijgt hier ten gevolge van de continue productie en opstapeling van koolzuur en melkzuur - veneus bloed heeft een hogere viscositeit dan arterieel bloed ten gevolge van een hoger gehalte aan metabolieten van vluchtige zuren (vooral koolzuur) tesamen met een hogere PCV ° de viscositeit van het bloed bepaalt mee de arteriële bloeddruk, tesamen met andere factoren zoals de werking (kracht) van de hartpomp, de hoeveelheid bloed in het arterieel stelsel, de flexibiliteit (elasticiteit) van de arteriële bloedvatwanden en de vasomotorische activiteit (vasodilatatie en -constrictie in kleine bloedvaten : bepaalt de perifere weerstand). 3.3. De hartpomp. 3.3.1. Mechanica van de hartcyclus. 3.3.1.1. Anatomie van het hart. (fig. 3.14, 3.15 en 3.16) ° vorm : onregelmatige en ietwat afgeplatte kegel (basis dorsaal en apex ventraal) waarvan de lengteas ventrocaudaal gericht is ° ingedeeld in vier kamers : twee atria (linker- en rechterboezem of -voorkamer : gelegen ter hoogte van de hartbasis) en twee ventrikels (linker- en rechterhartkamer) ° rechteratrium (RA): hierin monden de twee holle aders uit (v.cava superior et inferior) die het veneuze bloed uit het lichaam aanvoeren ° rechterventrikel (RV): van hieruit vertrekt de truncus pulmonalis (longslagader : voert het veneuze bloed naar de longen voor zuurstofopname), waarvan de opening kan worden afgesloten door de pulmonaalklep (valva semilunaris : bestaat uit drie halfmaanvormige slippen) ; RV staat via de rechter atrioventriculaire klep (valva tricuspidalis of drieslippige klep) in verbinding met het rechteratrium 51 Hoofdstuk 3 Cardiovasculaire fysiologie ___________________________________________________________________________________ ° linkeratrium (LA): hierin monden een aantal pulmonaire venen (longaders) uit die het bloed vanuit de longen aanvoeren ° linkerventrikel (LV): zeer dikke spierwand ; van hieruit vertrekt de aorta (brengt het zuurstofrijke bloed naar de lichaamsperiferie), waarvan de opening kan worden afgesloten door de aortaklep (valva semilunaris : bestaat uit drie halfmaanvormige slippen) ; LV staat via de linker atrioventriculaire klep (valva bicuspidalis of valva mitralis : tweeslippige klep) in verbinding met het linkeratrium ° opmerking hartkleppen : deze zorgen ervoor dat het bloed telkens slechts in één richting gepompt kan worden nl. vanuit de atria in de ventrikels en vanuit de ventrikels in de aorta/pulmonaalarterie. De valvae semilunares (van aorta en pulmonaalarterie) bestaan elk uit drie halfmaanvormige slippen (cuspes) die aan hun basis vastgehecht zijn aan een fibreuze ringvormige structuur, gelegen in de opening tussen atria en ventrikels. Ze openen zich passief wanneer de druk in de ventrikels deze in de aorta/pulmonaalarterie overstijgt (systole) en sluiten weer tijdens de diastole (arteriële druk hoger dan druk in de venrtikels). De atrioventriculaire kleppen bestaan uit twee (links) of drie (rechts) slippen die aan hun basis vastgehecht zijn aan een fibreuze ringvormige structuur (cfr. valvae semilunares). Vanop de onderzijde van hun vrije rand vertrekken "draadjes" (chordae tendineae) die gaan eindigen op tepelvormige uitstulpingen (musculi papillares) van de spierwand van beide ventrikels. Deze draden verhinderen tijdens de systole het "doorslaan" van de kleppen in de richting van de atria. 3.3.1.2. Pompactiviteit van het hart. (fig. 3.17 en 3.18) ° de dunwandige atria leveren een onbeduidende bijdrage tot de hartpompactiviteit : deze is dus hoofdzakelijk het werk van de ventrikels ° rechter- en linkerventrikel pompen bij elke contractie een zelfde hoeveelheid bloed weg, maar toch is er een groot morfologisch en mechanisch verschil tussen beide kamers : het bloed vanuit de rechterkamer komt immers terecht in een kort en relatief rechtlijnig lage-drukcircuit met relatief grote bloedvaten, terwijl het bloed vanuit de linkerventrikel gepompt wordt in een wijdvertakt hoge-drukcircuit met relatief kleinere bloedvaten ° bij contractie van de linkerventrikel wordt hoofdzakelijk de dwarse as korter, terwijl de longitudinale as weinig verkort ° de pompactiviteit van de rechterventrikel is in feite het resultaat van twee activiteiten : de contractie van de rechterventrikel zelf en de hulp hierbij door de contractie van de linkerventrikel (deze laatste trekt bij contractie de rechterventrikelwand naar het interventriculair septum toe) ° intracardiale drukveranderingen tijdens de hartcyclus : - diastole (relaxatie van de ventrikels) : bloed stroomt passief (geen contractie van de atriumwand nodig vermits dit gebeurt bij lage druk) vanuit de atria in de ventrikels ; naar het einde van de diastole toe is er een lichte contractie van de atria waarbij volume en druk van/in de ventrikels licht toenemen - systole (contractie van de ventrikels) : drukstijgingen in beide ventrikels (die vooral uitgesproken zijn in de linkerhelft) ; na korte tijd is de druk in de linkerventrikel voldoende hoog om de aortaklep te openen en het bloed erin te pompen (daling van ventriculair bloedvolume, stijging van aortadruk) ; de drukstijging in de rechterhelft zorgt ervoor dat de pulmonaalklep opent en het bloed richting longen gepompt wordt. Binnen elk van beide fasen kan men nog twee fasen onderscheiden : - systole : (1) aanspanningsfase of isovolumetrische fase : contractie van de ventrikels met vier kleppen nog gesloten m.a.w. bloedvolume in de ventrikels blijft gelijk maar de druk stijgt zeer snel ; (2) (hypovolumetrische) uitdrijvings- of ejectiefase : opening van de semilunaire kleppen en uitpompen van het bloed uit de ventrikels (druk in linkerventrikel en aorta bereikt een maximum van 120 mm Hg) 52 Hoofdstuk 3 Cardiovasculaire fysiologie ___________________________________________________________________________________ - diastole : (3) (isovolumetrische) ontspannings- of relaxatiefase : na het uitdrijven van het bloed ontspannen de ventrikels zich. Hierbij daalt onmiddellijk de ventriculaire druk onder deze van de aorta/pulmonaalarterie, zodat de valvae semilunares zich sluiten = begin van de diastole. Tegelijk hebben de atria zich weer gevuld (hierbij speelt de zuigende werking door het zakken van het vlak van de kleppen een grote rol) ; (4) vullingsfase (Eng. : rapid filling phase) : eerst snelle passieve vulling van de ventrikels, gevolgd door actieve contractie van de atria (dit laatste draagt slechts voor ongeveer 15% bij tot de ventrikelvulling !) (Opm. : het sluiten van de aortaklep wordt voorafgegaan door een korte knikvormige daling in aortadruk, de incisura, gevolgd door een secundaire drukstijging : deze drukdaling geeft het einde van de ventriculaire systole en het begin van de ventriculaire diastole weer). 3.3.2. Hartdebiet. ° totaal hartdebiet = som van de bloedvolumes die door beide ventrikels gedurende een bepaalde tijdsperiode uitgedreven worden (hartdebiet van één ventrikel = Q (liter/minuut)) = bloedvolume weggepompt bij één hartslag (= stroke volume : SV) vermenigvuldigd met aantal slagen per minuut ° verandert wanneer één van beide componenten verandert bvb. lichte fysische inspanning verhoogt het hartdebiet door versnellen van het hartritme, terwijl het stroke volume relatief onveranderd blijft 3.3.2.1. Stroke volume. ° SV = Q / HR (hartritme) ° is de hoeveelheid bloed die bij elke systole uit de ventrikel gepompt wordt ° is het verschil tussen het einddiastolisch volume en het eindsystolisch volume aan bloed in de ventrikel (opm. : in rusttoestand blijft in de ventrikels op het einde van de systole nog een restvolume bloed over dat gelijk is aan het stroke volume : het fungeert als een klein en aanpasbaar bloedreservoir en maakt verschillen in outputvolume tussen beide ventrikels mogelijk) ° neemt toe bij bepaalde contractiekracht ten gevolge van gestegen einddiastolisch volume (sterker gevulde ventrikels op het einde van de diastole) of ten gevolge van gedaald eindsystolisch volume (minder restbloed bij grotere contractiekracht) ° Frank-Starling mechanisme : - geeft het verband weer tussen de initiële spiervezellengte (komt overeen met ventrikelvolume) en de spanningsontwikkeling in die spiervezel (komt overeen met ventrikeldruk) - hoe groter de initiële rekkingslengte van de spiervezel (rustrekking) (m.a.w. hoog einddiastolisch volume), hoe hoger de spanning in die vezel (m.a.w. hoge diastolische rustrekkingsdruk), hoe hoger de ontwikkelde spierkracht (m.a.w. hoger stroke volume) Hierop is de intrinsieke controle of heterometrische autoregulatie van het hart gebaseerd: hoe sterker de uitrekking van de ventrikelwandspieren tijdens de diastole, hoe sterker de daaropvolgende contractie en hoe hoger het stroke volume. 3.3.2.2. Wet van Fick. ° Q = VO2 / CaO2 - CvO2 ° het hartdebiet (Q) kan worden berekend vanuit het zuurstofverbruik (per minuut : V O2) en het arterioveneus zuurstofverschil (CaO2 - CvO2) : de hoeveelheid zuurstof die per tijdseenheid vanuit het 53 Hoofdstuk 3 Cardiovasculaire fysiologie ___________________________________________________________________________________ bloed wordt opgenomen is gelijk aan het verschil in zuurstofgehalte tussen arterieel en veneus bloed, vermenigvuldigd met het hartdebiet ° bij gezonde zoogdieren is de verhouding hartdebiet/zuurstofverbruik ongeveer 20/1 (bvb. bij een hond van 10 kg met een zuurstofverbruik van 5 ml/kg.minuut is het hartdebiet = 50 x 20 = 1000 ml/minuut) ° bij dieren stemt het hartdebiet beter overeen met het lichaamsgewicht dan met lichaamsoppervlakte : gemiddeld is het hartdebiet (liter/minuut) ongeveer 10% van het lichaamsgewicht (kg) : Q = 0,1 x kg 3.3.3. Electrocardiografie en ECG. (fig. 3.19, 3.20 en 3.21) 3.3.3.1. Prikkelvorming en -geleiding in het hart. ° het hart bezit twee types cellen : (1) cellen die prikkels vormen en verder geleiden (pacemaker- of gangmakercellen ; de prikkel tot contractie van het hart ontstaat dus in het orgaan zelf = autonomie of autoritmie van het hart) ; (2) cellen van het myocard (of hartspierwand) die door deze prikkels gaan contraheren (deze cellen vormen een syncytium m.a.w. ze zijn niet geïsoleerd van elkaar : een prikkel die op één plaats ontstaat leidt steeds tot contractie van de hele hartspier) ° de prikkel ontstaat normaal in de sinusknoop (nodus sinuatrialis of knoop van Keith-Flack : SA-knoop ; gelegen in rechteratrium) : deze wordt daarom ook wel de fysiologische pacemaker van het hart genoemd. Van hier breidt de prikkel zich uit over beide atria en bereikt de atrioventriculaire knoop (AV-knoop : gelegen op de grens tussen atria en ventrikels) die op zijn beurt depolariseert. Van daaruit gaat de prikkel verder via de bundel van His-Tawara met z'n beide bundeltakken (gelegen ter hoogte van interventriculair septum) naar de vertakkende vezels van Purkinje, die de prikkel overdragen op de cellen van het myocard. Ter hoogte van de ventrikels breidt de prikkel zich uit van binnen naar buiten en van punt naar basis toe. 3.3.3.2. Electrische activiteit van het hart. ° een belangrijk kenmerk van de pacemakercellen van het hart is dat hun membraan geen constante rustmembraanpotentiaal heeft, maar spontaan telkens weer depolariseert (oorzaak hiervan is hun wisselend geleidingsvermogen voor kaliumionen) ° eens de drempelwaarde bereikt volgt een snelle verdere depolarisatie (membraanpotentiaal wordt snel minder negatief en bereikt tijdelijk zelfs positieve waarden = "overshoot") ° typisch voor de hartmusculatuur is dat de actiepotentiaal tot 300 msec lang in de buurt van de 0 mvolt blijft = plateau (geldt ook voor geleidingscellen in de atria en de ventrikels en bij de cellen van de bundel van His en de Purkinjecellen) ° na de depolarisatie vindt een repolarisatie plaats ; de meest negatieve waarde die hierbij bereikt wordt is de "maximale diastolische potentiaal" en ligt op - 60 mV voor de traag depolariserende geleidingscellen (SA- en AV-knoop) en op - 90 mV voor de snel depolariserende cellen (rest van het geleidingsweefsel) (opm. : de actiepotentiaalcurve is meer afgerond en kent een minder hoge piekwaarde bij de traag depolariserende cellen ("slow response") dan bij de cellen die sneller depolariseren ("fast response")) ° de oorzaak van de gangmakeractiviteit van de sinusknoop ligt in het feit dat de lager gelegen delen van het geleidingsweefsel een langzamere pacemakerfrequentie hebben dan de SA-knoop, zodat de prikkel vanuit de SA-knoop reeds aankomt voordat de cellen van de rest van het geleidingsweefsel door spontane depolarisatie hun eigen drempelwaarde hebben bereikt 54 Hoofdstuk 3 Cardiovasculaire fysiologie ___________________________________________________________________________________ ° onder invloed van de sympathicus neemt het depolarisatieritme van de SA-knoop toe, terwijl parasympathicusactiviteit het omgekeerde effect heeft ° bij afwezigheid van een SA-knoop ontstaat een ectopische gangmaker in de rest van het geleidingsweefsel (waarbij de AV-knoop prioriteit heeft over de Purkinjecellen) 3.3.3.3. Electrocardiografie. ° ten gevolge van de depolarisatie (= activatie) van één segment van een hartspiervezel treedt een ionenflux op tussen dit segment en het aanpalend rustend segment. Deze flux verhoogt de permeabiliteit van de aanpalende rustende membraan voor natriumionen : hierdoor treedt influx van natriumionen op en bijgevolg depolarisatie van dit celsegment. Is de ionenflux sterk genoeg dan gaat het depolarisatiefront zichzelf propageren over de hele celmassa : in de hartspiermassa gebeurt dit radiair vanuit de SA-knoop naar alle richtingen (eerst atria, daarna ventrikels ; prikkelgeleiding verloopt vertraagd ter hoogte van de AV-knoop !) ° de depolaristiegolf (of -front) is de bewegende grens tussen het actieve en het rustende deel van het myocard : over dit raakvlak tussen beide segmenten bestaat een potentiaalverschil (95 mV nl. het verschil tussen de gedepolariseerde cel met een potentiaal van + 15 mV en de cel in rust met een potentiaal van 80 mV). Dit potentiaalverschil geeft eigenlijk de waarde weer van elke dipool, waarvan er in het totaal duizenden het raakvlak uitmaken tussen het actief en het rustend weefsel in de hartspier : elke dipool heeft een negatieve zijde gericht naar het reeds gedepolariseerde deel van de hartspiervezel en een positieve zijde, gericht naar de tegenovergestelde zijde. ° het segment dat het eerst gedepolariseerd werd, is ook weer het eerst gerepolariseerd. Er bestaat opnieuw een potentiaalverschil van 95 mV over beide celsegmenten (verschil tussen gerepolariseerde cel met potentiaal van - 80 mV en cel die nog gedepolariseerd is met potentiaal van + 15 mV). De richting van de dipolen is omgekeerd nl. positive zijde gekeerd naar het gerepolariseerde segment en negatieve zijde gekeerd naar het nog gedepolariseerde segment. 3.3.3.4. Het ECG. ° is een weergave van de potentiaalverschillen ten gevolge van de depolarisatie- en repolarisatiegolven die zich over het myocard voortbewegen. Deze potentialen worden geprojecteerd op bepaalde punten van het lichaamsoppervlak, waar ze met behulp van electroden geregistreerd kunnen worden. ° een positieve uitwijking wordt gemeten wanneer het depolarisatiefront zich in de richting van de electrode beweegt, een negatieve uitwijking wanneer het depolarisatiefront zich weg van de electrode beweegt (geen uitwijking wanneer het front zich loodrecht op de electrode beweegt) ; bij registratie van het repolarisatiefront worden uitwijkingen met tegenovergestelde tekens gemeten. ° een ECG-curve vertoont verschillende golven of toppen : - de P-top geeft de depolarisatie weer van de atria ; de repolarisatiegolf hiervan is niet zichtbaar aangezien deze opgaat in de volgende toppen - het QRS-complex geeft de depolarisatie van de ventrikels weer (Q : depolarisatie van interventriculair septum ; R : depolarisatie van ventrikels ter hoogte van hartpunt ; S : depolarisatie van ventrikels ter hoogte van hun basis) - de T-top geeft de repolarisatie van de ventrikels weer - het PQ-segment : volledig gedepolariseerde atria - het ST-segment : volledig gedepolariseerde ventrikels 3.4. Cardiovasculaire regeling. 55 Hoofdstuk 3 Cardiovasculaire fysiologie ___________________________________________________________________________________ 3.4.1. Regeling van de hartslag. (fig. 3.22, 3.23 en 3.24.a-b) ° het hartritme bepaalt, tesamen met het stroke volume, het hartdebiet. Het hartritme van een dier in rust is omgekeerd evenredig met de lichaamsmassa : grote dieren hebben een trager hartritme dan kleinere dieren. Daarnaast spelen nog andere factoren : atletische en getrainde dieren (haas, windhond) hebben een trager hartritme dan hun ongetrainde soortgenoten ; mannelijke resp. volwassen dieren hebben een trager hartritme dan vrouwelijke resp. jonge dieren. ° fysische activiteit veroorzaakt een drie- tot achtvoudige versnelling van het rustritme (tachycardie), waardoor het hartdebiet toeneemt en een grotere hoeveelheid zuurstofrijk bloed aangeboden wordt aan skeletspieren en huid, terwijl minder bloed in de intestinale regio terechtkomt. ° tabel : hartritmes bij dieren in rust : Diersoort stier kalf kip koe geit paard varken duif big konijn schaap Hartslagen/minuut 50 150 300 60 75 35 95 200 225 275 75 Extrinsieke controle : Bij het dier in rust staat het hartritme onder de voortdurende controle van cardio-inhibitorische en cardio-acceleratorische centra, gelegen in het verlengde merg. Deze centra ontvangen afferente signalen vanuit het hele lichaam, o.a. vanuit strekreceptoren gelegen in hart en bloedvaten (zie verder). Het hart kan weliswaar zonder uitwendige bezenuwing kloppen, maar aanpassing van de hartwerking aan de wisselende behoefte van het lichaam is grotendeels gebonden aan intacte hartzenuwen. De volgende parameters van hartwerking kunnen beïnvloed worden : - chronotropie : frequentie van prikkelvorming door de pacemaker en dus de slagfrequentie van het hart - dromotropie : de snelheid van prikkelgeleiding - inotropie : de kracht van de spiersamentrekking (= contractiliteit) van het hart. Efferente bezenuwing van het hart : ° PARASYMPATHICUS : 56 Hoofdstuk 3 Cardiovasculaire fysiologie ___________________________________________________________________________________ - - takken van nervus vagus (Xe hartzenuw) en nervus laryngeus recurrens bevatten de preganglionaire vezels ; de ganglia liggen in het hartweefsel zelf (epicard en myocard), vnl. in de atria en in de buurt van de SA-knoop en de AV-knoop ; postganglionaire vezels van de rechtervagus eindigen vnl. in de SA-knoop, deze van de linkervagus vnl. in de AV-knoop ; vegetatief centrum ligt ter hoogte van het verlengde merg werking : negatief chronotroop effect m.a.w. verlaging van de hartfrequentie = bradycardie ; effect is veel groter bij prikkeling va de rechtervagus (kan zelfs hartstilstand veroorzaken !) dan van de linkervagus ; vagotomie of toediening van atropine (parasympaticolyticum) veroorzaakt versnelling van het hartritme = tachycardie, vnl. bij haas en paard (hebben in rust een hoge vagale tonus) ° SYMPATHICUS : - preganglionaire vezels vertrekken vanuit de craniale thoracale delen van het ruggemerg (vegetatief centrum) ; ze vormen synapse in de grensstreng met de postgaglionaire vezels ; deze vezels lopen naar het hart via nn. cardiaci en eindigen vnl. in de SA-knoop en de AV-knoop - werking : positief chronotroop effect ; bij experimentele prikkeling van de sympathicus aan de linkerzijde is de toename in contractiliteit van de hartspier sterker dan de verhoging van het hartritme ; bij prikkeling van de sympathicus aan de rechterzijde is de verhoging van het hartritme sterker dan de toename in contractiliteit ; sympathotomie of toediening van propranolol (β-noradrenolyticum) doet het hartritme licht dalen door het wegvallen van de (zwakke) sympathicustonus Afferente prikkels naar cardioregulatiecentra : - vanuit strekreceptoren (= baroreceptoren) van het hoge-druksysteem : gelegen in aortaboog en a.carotis - vanuit strekreceptoren van het lage-druksysteem : gelegen ter hoogte van venoatriale juncties (vv.cavae en pumonairvenen) en atria - vanuit strekreceptoren in de linkerventrikel prikkels lopen naar centraal via n.vagus (X) en n.glossopharyngeus (IX) - vanuit de cerebrale cortex Werking : - veranderingen in arteriële bloeddruk beïnvloeden de baroreceptoren, die op hun beurt het cardioregulatiecentrum prikkelen waardoor het hartritme gaat veranderen : zo zal een daling van de bloeddruk een verhoging van het hartritme uitlokken en omgekeerd (wet van Marey) - distentie van de atria door verhoging van de centrale veneuze druk (bvb. bij toediening van vloeistof) zal in principe het hartritme doen toenemen (Bainbridge reflex) : tegelijk echter worden de receptoren in de arteries geprikkeld, waardoor een antagonistisch effect wordt uitgelokt. Het uiteindelijk resultaat is afhankelijk van de snelheid van infusie : een snelle infusie veroorzaakt stijging van het hartritme terwijl een trage infusie het ritme doet dalen. - stress, opwinding en angst zijn signalen vanuit de hersencortex die ook een belangrijke invloed hebben op het medullaire cardioregulatiecentrum - fysische inspanning (spieractiviteit) veroorzaakt versnelling van het hartritme via verhoogde sympathicustonus 3.4.2. Regeling van de (arteriële) bloeddruk. (fig. 3.25 en 3.26) 57 Hoofdstuk 3 Cardiovasculaire fysiologie ___________________________________________________________________________________ ° gebeurt via een aantal mechanismen met effect op korte termijn ("short-term control": veranderingen binnen enkele seconden tot uren) of op lange termijn ("long-term control") : - short-term : (1) baroreceptor-reflexsysteem, (2) CZS-ischemisch reflexsysteem, (3) veneus stress-relaxatiemechanisme (aanpassing van het vaatvolume aan het bloedvolume) en (4) capillaire vloeistof-shiftingssysteem - long-term : controle van bloedvolume en electrolytsamenstelling van het bloed door de nieren (zie hoofdstuk 4) ° short-term mechanismen : (1) baroreceptor-reflexsysteem : baroreceptoren in de wand van de aortaboog en de a.carotis (interna) reageren onmiddellijk (binnen 5 tot 30 sec) op veranderingen in de arteriële bloeddruk door een negatieve feedback (zie ook hoger) : - hypertensie : inhibitie van de sympathicus waardoor dilatatie van de perifere arteriolen en verlaging van perifere weerstand ; prikkeling van de parasympathicus waardoor onderdrukking van de hartfunctie → daling van de arteriële bloeddruk - hypotensie : baroreceptoren sturen minder prikkels door naar het medullaire centrum ; de sympathicus is geprikkeld terwijl de parasympathicus geïnhibeerd is : resultaat is een positief inotroop effect en constrictie van de perifere vaten (gestegen perifere weerstand) → stijging van de arteriële bloeddruk (opm. : het gaat hier om effecten op korte termijn m.a.w. het baroreceptor-reflexsysteem past zich na enige tijd aan een eventueel chronisch verhoogde of verlaagde bloeddruk aan en gaat daarna functioneren vanuit deze nieuw ingestelde bloeddrukwaarde) (2) CZS-ischemisch reflexsysteem : zeer krachtige reflex, vooral werkzaam wanneer arteriële bloeddruk letale ondergrens bereikt (< 45 mm Hg), waardoor adequate hersendoorbloeding niet meer gegarandeerd is ; prikkelt sympathicus om sterke vasoconstrictie uit te lokken en myocardcontractiliteit te verhogen (3) veneus stress-relaxatiemechanisme : bij plotse sterke toename van het bloedvolume vindt uitzetting van de venen plaats (bloedreservoir !) om plotse verandering in arteriële bloeddruk te voorkomen ; omgekeerd zullen bij sterke bloeding (hemorrhagie : daling van het bloedvolume) de bloedvaten (vnl. de venen) contraheren (opgelet : dit mechanisme komt veel trager op gang dan het baroreceptor-reflexsysteem !) (4) capillaire vloeistof-shiftingssysteem : bij snelle en overmatige infusie van vloeistof in de bloedbaan kan deze overladen geraken : hierdoor kunnen de poriën ter hoogte van de capillairbedden uitgerokken worden zodat vloeistof en proteïnen vanuit de bloedbaan naar het interstitium weglekken → tesamen met mechanismen (1) en (3) leidt dit tot een normalisering van de arteriële bloeddruk binnen de 10 tot 60 minuten. 3.4.3. Speciale circulatieregelingssytemen. (fig. 3.27 en 3.28) De arteriële doorbloeding van sommige organen (longen, hersenen en herkauwersmaag) gebeurt onder specifieke omstandigheden die sterk verschillen van deze in de systemische circulatie : 3.4.3.1. Longen. ° longcirculatie staat "in serie" met systemische circulatie : de bloedvloei is equivalent in beide circulaties maar de druk in de longcirculatie is veel lager (relatief korte vaten en lage perifere weerstand) 58 Hoofdstuk 3 Cardiovasculaire fysiologie ___________________________________________________________________________________ ° chronische longaandoeningen waarbij de normale longdoorbloeding gehinderd wordt verhoogt de weerstand tegen bloedvloei (longhypertensie) en veroorzaakt bijgevolg hypertrofie en dilatatie van het rechterhart (dat immers het bloed naar de longen moet pompen) ° hetzelfde effect kan uitgelokt worden door afbinden van één van de longarteries of bij hypoxie (veroorzaakt sympathische constrictie van kleine arteriolen zodat weerstand toeneemt) 3.4.3.2. Hersenen. De hersenen zijn tot tien keer méér actief dan andere weefsels : ze produceren dan ook méér warmte en moeten daarom voortdurend afgekoeld worden. - Verschillende diersoorten beschikken daartoe over een speciaal temperatuurregulatie-mechanisme : het rete mirabile (wondernet). Het bestaat uit een bloedvat dat sterk vertakt tot een netwerk of plexus van kleinere vaatjes, waaruit het bloed weer gedraineerd wordt via één enkel bloedvat. Ter hoogte van de plexus kan warmte-uitwisseling plaatsvinden tussen warm arterieel en koel veneus bloed. - Bij het dier in rust worden de hersenen afgekoeld door veneus bloed afkomstig uit de neusholte. - Bij hyperthermie treedt een bijkomend warmte-uitwisselingssysteem (counter current mechanisme !) in werking nl. warmte-uitwisseling tussen het warme a.carotisbloed en het koelere v.jugularisbloed. 3.4.3.3. Herkauwersmaag. Tijdens voederopname en gedurende twee tot vier uur erna is de doorbloeding van het reticulorumen verhoogd ten gevolge van de ritmische contracties van deze magen en door de geproduceerde vluchtige vetzuren. Tegelijk daalt de doorbloeding van het omasum , hoewel het epitheel grenst aan dit van het reticulorumen en er histologisch identiek aan is. Door deze lagere doorbloeding is er een verminderde resorptie van voedingsstoffen en daardoor een uitstellen van een verzadigingsgevoel, dat anders te snel zou optreden. ADDENDUM : Atriale natriuretische factor : ° uit de atriale spierwand werden verscheidene peptiden geïsoleerd en gespecifieerd (ANF 1-33, 2-33, 3-33 en 8-33 ; atriopeptine I, II en III ; auriculine A en B ; cardionatrine I) ° deze peptiden hebben vaatverwijdende, diuretische en natriuretische eigenschappen en nemen daardoor deel aan de homeostase van bloedcirculatie, zouthuishouding en arteriële bloeddruk (door de nieren) ° de ANF maken deel uit van een geïntegreerd systeem dat ook het renine-angiotensine-aldosteronsysteem, het vasopressine en het adrenerge zenuwstelsel omvat ° het prohormoon van de ANF is opgeslagen in de perinucleaire granules van de atriale hartspiercellen ; verscheidene stimuli kunnen de enzymatische proteolyse activeren waardoor dit prohormoon in z’n verschillende biologisch actieve fragmenten wordt gesplitst. Voorbeelden van dergelijke stimuli zijn : - atriale “stretch” (bloedvolumetoename) - constrictoren die arteriële bloeddruk doen stijgen - zoutrijk dieet - atriale tachycardie ° specifieke doelwitorganen van de ANF zijn de nieren, de arteriële gladde spiercellen, de bijnieren en sommige cellen van het CZS ° werking : - ter hoogte van de nieren : glomerulaire filtratie met verbeterde extractie van natrium uit het bloed natriurese, urinevolume en ECV-volume 59 Hoofdstuk 3 Cardiovasculaire fysiologie ___________________________________________________________________________________ - - relaxatie van gecontraheerde gladde spiercellen in niervaten, grote arteries (o.a. aorta) en andere delen van het vaatstelsel tegengaan van hypertensie (ANF blokkeren tevens de vasoconstrictorische werking van Angiotensine II en de hypertensieve werking van de catecholamines) t.g.v. diurese en natriurese gedaald bloedvolume in de veneuze retourcirculatie hartdebiet en hypotensie ANF onderdrukken de renale secretie van renine en de vorming van Ang II : hierdoor wordt tevens de stimulus voor de secretie van aldosteron (door de bijnier) onderdrukt renale tubulaire reabsorptie en dus natriurese Erythropoïetine (EPO): ° wordt gevormd ter hoogte van de nieren uit een pre-pro-erythropoïetine ° bloedspiegel bij hypoxie t.g.v. van daling van het aantal RBC (anemie, hemorrhagie), belemmerde oxygenatie van Hb (longdysfunctie) of daling van het beschikbare zuurstofgehalte (leven op grote hoogte) ° targetcellen van EPO zijn twee types ongedifferentieerde beenmergcellen nl. De pluripotente stamcellen en de pronormoblasten : celdeling en –differentiatie worden gestimuleerd, met als uiteindelijk resultaat de biosynthese van RBC ° bijkomende effecten : EPO medieert de inotrope werking van oxytocine op het myometrium en de werking van ADH op de adenohypofyse 60
