Een hartcyclus is een reeks van opeenvolgende gebeurtenissen die optreden in de tijd tussen de ene hartslag en de volgende. Elke normale hartcyclus start met de vorming van een actiepotentiaal in de sinusknoop, een ovale structuur in de zijwand van het rechter atrium, dicht bij de opening van de bovenste holle ader. De cellen van de sinusknoop genereren autonoom actiepotentialen.
Zodra een actiepotentiaal in de sinusknoop is gegenereerd, worden de aangrenzende cellen van het rechter atrium geactiveerd. Vervolgens depolariseert het hele syncytium van het atrium, waarna de actiepotentiaal naar de AV-knoop, de bundel van His en uiteindelijk het ventrikel wordt voortgeleid. Normaliter zit er een vertraging van meer dan 0,1 seconden tussen de voortgeleiding van de hartprikkel van de atria naar de ventrikels. Deze vertraging optimaliseert de hoeveelheid bloed die de ventrikels uit de atria ontvangen en de hoeveelheid bloed die de ventrikels in de pulmonale en perifere circulatie kunnen pompen.
Hemoglobinemoleculen (Hb) vormen meer dan 95% van de eiwitten in de erytrocyten.
Het pigment hemoglobine zorgt voor het binden en transporteren van zuurstof en koolstofdioxide. Zonder hemoglobine zou er onvoldoende zuurstofvoorziening in de organen en weefsels bestaan. Hemoglobine bevindt zich in de erytrocyten en circuleert niet vrij rond in het bloedplasma.
In de longen bindt zuurstof zich aan de hemoglobine. In de organen en in weefsel waar relatieve zuurstofarmoede heerst, wordt het zuurstof afgestaan. De hemoglobine bindt vervolgens de afvalstof koolstofdioxide en transporteert deze naar de longen, waar de koolstofioxide wordt afgevoerd.
Het hart is een grote holle spier die via een stelsel van bloedvaten bloed het lichaam rondpompt. Het hart bevindt zich in de thorax (borstkas), achter het sternum (borstbeen) in het mediastinum (de ruimte tussen de longen). Het hart ligt met de apex (hartpunt) naar linksonder georiënteerd, een beetje schuin, en rust op het diafragma (middenrif).
De hartwand
Het hart is opgebouwd uit verschillende lagen weefsel:
- Endocard: dit is de binnenkant van het hart, dat in direct contact staat met het bloed in de atria en ventrikels. Het endocard loopt over in de binnenwand van de bloedvaten en vormt tevens de bekleding van de hartkleppen.
- Myocard: het spierweefsel van het hart. Dit kan worden onderverdeeld in :
- Atriummyocard: het spierweefsel in de atria.
- Ventrikelmyocard: het vrij dikke spierweefsel in de ventrikels. De ventrikels pompen het bloed respectievelijk de longen en het lichaam in. Met name de wand van het linker ventrikel is hierom erg dik.
- Pericard (hartvlies); deze bestaat uit drie lagen:
- De binnenste (viscerale) laag is vergroeid met het hart en wordt het epicard genoemd
- De buitenste (pariëtale) laag is dikker en steviger en scheidt pericardvocht af in de pericardiale ruimte.
- De pericardiale ruimte ligt tussen het epicard en pericard in. Deze ruimte is gevuld met een dun laagje vloeistof, waardoor de twee vliezen gemakkelijk langs elkaar kunnen bewegen. Bij ontstekingen van de vliezen (pericarditis) kan veel meer vloeistof dan normaal worden gevormd (pericardvocht), waardoor het hart niet meer goed kan uitzetten (tamponade). Of er wordt juist te weinig vloeistof gevormd, waardoor de vliezen pijnlijk langs elkaar schuren.
Het renine-angiotensine-aldosteronsysteem (RAAS) speelt een belangrijke rol bij het reguleren van de GFR en de renale natriumuitscheiding, vooral in situaties waarin er sprake is van een afgenomen nierperfusie. De activatie van het RAAS start met de afgifte van renine door het juxtaglomerulaire apparaat.
De juxtaglomerulaire cellen worden op verschillende manieren getriggerd om renine af te geven. Behalve door activatie van de hierboven beschreven macula densacellen (tubuloglomerulaire autoregulatie), wordt de afgifte van renine gestimuleerd bij een daling van de renale perfusiedruk. Wanneer de renale perfusiedruk daalt, worden renale baroreceptoren (rekreceptoren in de afferente arteriole) geactiveerd of vindt activatie van het sympathisch zenuwstelsel plaats via B-1-receptoren.
Renine zet angiotensinogeen (een in de lever geproduceerde peptide) om in angiotensine I.
Het angiotensine converting enzyme (ACE) zet vervolgens angiotensine I om in angiotensine II. Dit vindt plaats in het endotheel van de nier en de long.
Het eindproduct van dit systeem, angiotensine II, is het werkzame hormoon. Dit hormoon induceert:
- Vasoconstrictie van de efferente arteriolen van de nieren. Door deze vasoconstrictie stijgt de glomerulaire capillaire hydrostatische druk, als gevolg van een vertraging van de bloeduitstroom vanuit de glomerulus.
- Verhoging van de reabsorptie van water en zout in de tubuli, mede door de productie van aldosteron en ADH.
- Verhoging van de sympathische activiteit en vasoconstrictie van de arteriolen buiten de nier.
(Klik de link meer details over de functie van angiotensine II)
Al deze effecten hebben als doel het intravasculaire volume en de bloeddruk te herstellen. Als de doorstroming van het vas afferens afneemt zonder dat er sprake is van een lage bloeddruk of ondervulling, dan leiden deze effecten tot hypertensie. Dit kan het geval zijn bij atherosclerose.
Bij een toename van de systemische arteriële druk treedt een tegenovergesteld mechanisme op.
Nadat de voorurine de proximale tubulus heeft gepasseerd komt het terecht in de lis van Henle. Alhier wordt nog eens ongeveer 20-25% van het aanwezige water gereabsorbeerd. Dit wordt mogelijk gemaakt door middel van het tegenstroomprincipe:
De opstijgende gedeeltes van de lis van Henle, die naar de cortex toe lopen, zijn niet doorlaatbaar voor water. De epitheelcellen van de dikke stijgende tak nemen, via co-transport, actief natrium- en chloorionen op uit de voorurine.
Hierdoor bevat het renale interstitium in de medulla ter hoogte van de lis van Henle een ongewoon hoge concentratie opgeloste deeltjes: dit kan oplopen tot 1200 mOsm/L. De concentratie opgeloste deeltjes in het renale interstitium in de cortex daarentegen is ongeveer 300 mOsm/L. In het dunne dalende segment van de lis van Henle is de permeabiliteit voor ionen en ureum laag. De doorlaatbaarheid voor water is wel hoog. In deze tak wordt water uit de voorurine via osmose gereabsorbeerd. Dit osmotisch effect wordt bewerkstelligd door de eerder benoemde hoge concentratie van opgeloste deeltjes in het interstitium in de medulla rondom de lis van Henle. De hyperosmolariteit van het interstitium van de medulla zorgt er tevens voor dat water onder invloed antidiuretisch hormoon (ADH) aan de verzamelbuizen wordt onttrokken en de urine meer geconcentreerd raakt. Dit effect noemt men het tegenstroom principe.
Een van de basisbepalingen om de vullingsstatus van een patiënt te beoordelen is het meten van de natriumconcentratie in het bloedplasma. (De osmolariteit van het plasma wordt niet routinematig bepaald. )
Aangezien de extracellulaire vloeistof voor meer dan 90% uit natrium en geassocieerde anionen (vooral chloride) bestaat, is het natriumgehalte in vele situaties een redelijk goede indicator van de plasmaosmolariteit. Bij een verlaagde natriumconcentratie (<135 mmol/L) in het plasma spreekt men van hyponatriëmie. Wanneer de concentratie hoger is dan 145 mmol/L, dan is er sprake van hypernatriëmie.
Oorzaken voor hyponatriëmie
Een verlaagde plasma-natriumconcentratie kan worden veroorzaakt door:
- Verlies van natrium
- Te lage opname van natrium
Een overschot aan water in de extracellulaire vloeistof. Dit wordt ook wel “dilutie-hyponatriëmie” (hyponatriëmie door verdunning) genoemd.
Een primair verlies van natrium kan gepaard gaan met hypo-osmotische dehydratie, waarbij, naast natriumverlies ook sprake is van waterverlies met als gevolg een verlaagd extracellulair vloeistofvolume.
Omstandigheden die tot verlies van natrium kunnen leiden zijn onder andere:
- Diarree
- Braken
- Gebruik van diuretica, indien deze de nieren beperken in het natrium-conserverend vermogen
- Nierziekten, waarbij natriumionen weglekken
- Ziekte van Addison, de afgenomen secretie van aldosteron beperkt de mogelijkheid van de nieren om natrium te reabsorberen
Dilutie-hyponatriemie
Hyponatriëmie kan ook veroorzaakt worden door overmatige waterretentie (vasthouden van water). Hierdoor wordt de natriumconcentratie in de extracellulaire vloeistof verlaagd. Dit noemt men hypo-osmotische overhydratie en kan optreden bij bijvoorbeeld overmatige productie en secretie van het antidiuretisch hormoon (ADH). Een overschot aan ADH zorgt voor meer opname van water in de renale tubuli en kan leiden tot overhydratie.
Oorzaken van hypernatriëmie
Een verhoogde natriumconcentratie in het plasma geeft een toegenomen osmolariteit en kan veroorzaakt worden door:
- Verlies van water in de extracellulaire vloeistof, de concentratie natriumionen wordt hoger
- Toename van natriumionen in de extracellulaire vloeistof
Wanneer er sprake is van een primair verlies van water uit de extracellulaire vloeistof kan dit resulteren in hyperosmotische dehydratie.
Dit kan optreden wanneer het antidiuretisch hormoon niet adequaat wordt uitgescheiden. De nieren hebben ADH nodig om water te vast te houden en bij een tekort aan ADH zullen de nieren grote hoeveelheden verdunde urine produceren.
Deze aandoening wordt ook wel diabetes insipidus genoemd en leidt tot dehydratie en hypernatriëmie.
Vaker ontstaat hypernatriëmie wanneer de intake van water minder is dan het waterverlies. Bijvoorbeeld bij zweten tijdens langdurige, intensieve fysieke activiteit.
Hypernatriëmie kan ook optreden wanneer er een overmatige hoeveelheid natrium wordt toegevoegd aan de extracellulaire vloeistof. Dit kan leiden tot hyperosmotische overhydratie.
Een overschot aan natrium kan resulteren in waterretentie door de nieren.
Wanneer bijvoorbeeld teveel aldosteron wordt uitgescheiden, zullen de nieren meer natrium reabsorberen met als mogelijk gevolg een hypernatriëmie en overhydratie. De hypernatriëmie is doorgaans mild door het vermogen van de nieren om bij een toegenomen aldosteronsecretie, naast natrium ook meer water op te nemen. Het natrium wordt dus deels verdund.
Bij de analyse van een afwijkend natriumgehalte en het bepalen van de juiste behandeling, dient eerst bepaald te worden waardoor de afwijkende waarde wordt veroorzaakt. Bepaal of deze wordt veroorzaakt door een primair verlies of toename van natrium of van water.
Voorbeeld klinisch redeneren: complicatie bij acute correctie van hyponatriëmie
In de afbeelding wordt getoond en beschreven wat de gevaren zijn van acute correctie van hyponatriëmie en hypernatriëmie.
Wanneer het bloed in het veneuze systeem terecht komt is de druk al significant gedaald. De gemiddelde bloeddruk in het veneuze systeem is 2 mmHg, in vergelijking met een gemiddelde van 100 mmHg in het arteriële systeem. De lage veneuze druk is nauwelijks in staat om het bloed terug naar het hart te laten stromen, met name in de benen wanneer de patient rechtop staat (want de zwaartekracht werkt terugstroom richting het hart tegen).
Er zijn diverse mechanismen die de terugstroom alsnog waarborgen:
- Het sympathisch zenuwstelsel;
- De pompwerking van skeletspieren;
- De invloed van ademhaling.
Venen hebben sympathische motorische neuronen. Sympathische stimulatie geeft vasoconstrictie en daardoor een drukverhoging. Het bloed stroomt dan richting het hart. Wanneer het lichaam meer bloed moet mobiliseren, bijvoorbeeld voor fysieke activiteit, treedt dit mechanisme in werking.
In de figuur wordt geëllustreerd hoe de skeletspieren als pomp fungeren in het veneuze systeem. Venen lopen tussen de skeletspieren door en door contractie van deze skeletspieren worden de venen samengedrukt. Dit geeft drukverhoging in dat gedeelte van de vene en zorgt voor het sluiten van de meest distale kleppen en openen van de meest proximale kleppen. Meerdere cycli van contractie en relaxatie (bijvoorbeeld in de kuiten tijdens het lopen) zorgen voor het effectief terug pompen van bloed naar het hart.
In het abdomen zorgt de ademactiviteit voor een positief effect op de terugstroom van veneus bloed naar het hart. Tijdens de inademing daalt het diafragma en neemt de intra-abdominale druk toe. Deze verhoogde druk knijpt de venen samen en zorgt ervoor dat het bloed terug naar het hart stroomt. Dit effect wordt ook wel de respiratoire pomp genoemd.
Een hoge H+ concentratie in het bloed (ofwel acidemie) brengt een elektrochemische gradiënt teweeg tussen de intracellulaire en extracellulaire compartimenten. Dit heeft als gevolg dat vrije H+ ionen bij een lage pH de cel in worden getransporteerd. Om de normale balans in elektrische lading binnen en buiten de cel te handhaven, wordt voor elk H+ ion een K+ ion vanuit de cel naar de extracellulaire ruimte getransporteerd.
In het geval van een acute metabole acidose (en hiermee acidemie) is sprake van veel vrije H+ ionen. Deze ionen worden de cel in getransporteerd en er zal dus sprake zijn van evenveel uitstoot van K+ ionen naar de extracellulaire ruimte.
Hierbij kan hyperkaliëmie ontstaan. Bij een normale nierfunctie zal het overschot aan serum kalium na enkele uren tot dagen via de urine worden geëlimineerd.
Wanneer een acidose wordt gecorrigeerd vindt een tegengesteld proces plaats: H+ ionen gaat de cel uit en K+ ionen gaan de cel in. Men dient bij een correctie van acidose dan ook bedacht te zijn op een levensbedreigende hypokaliëmie. Een bekend klinisch voorbeeld is correctie van diabetische ketoacidose waarbij de kaliumspiegel nauwlettend dient te worden gecontroleerd en het kalium bij een dreigende hypokaliëmie wordt gesuppleerd.
Aan de hand van de volgende berekening kan een inschatting worden gemaakt voor de verandering in K+ concentraties. Besef dat dit slechts een inschatting is en dat bij verschillende patiënten deze waarden significant kunnen variëren.
Berekening in het geval van een acidose: Voor elke 0.1 daling in pH, stijgt het serum [K+] met 0.5 mmol/L.
Berekening in het geval van een alkalose: Voor elke 0.1 stijging in pH, daalt het serum [K+] met 0.3 mmol/L.
Metabole acidose is een toestand waarin een teveel aan niet-respiratoir zuur in het lichaam aanwezig is. Feitelijk is elke niet-respiratoire acidose per definitie een metabole acidose. Er zijn veel ziektebeelden die een metabole acidose kunnen veroorzaken. De meest bekende zijn:
- lactaatacidose (teveel aan melkzuur in het lichaam);
- ketoacidose (teveel ketonen, meestal bij diabetische ketoacidose);
- intoxicaties met diverse middelen of medicijnen;
- nierfalen (de nieren kunnen geen bicarbonaat opnemen).
Kenmerkend bij een metabole acidose is een verlaagd serum bicarbonaat. Dit kan worden veroorzaakt door:
- verhoogde mate van consumptie van bicarbonaat door binding met de overmatig aanwezige zuren in het lichaam;
- verhoogde uitscheiding van bicarbonaat door abnormale uitscheiding (bijvoorbeeld diarree, nierfalen).
Dit verlaagde serum bicarbonaat leidt, indien ongecompenseerd, tot een verlaging van de pH. Er is immers minder base (bicarbonaat) en relatief meer zuur. Normaliter treedt respiratoire compensatie op door hyperventilatie: er wordt in verhoogde mate koolstofdioxide door de longen uitgeademd waardoor de serum CO2 concentratie daalt en de pH wordt verhoogd. Indien de pH terugkeert naar de normaalwaarde, spreekt men van een volledig respiratoir gecompenseerde metabole acidose. Indien de pH nog steeds abnormaal laag is terwijl de PCO2 ook verlaagd is, spreekt men van een partieel gecompenseerde metabole acidose. De compensatie is dan slechts gedeeltelijk ingetreden.
Normaliter verwacht men een daling van 1.2 mmHg (0.16 kPa) in PCO2 voor 1 mmol/L daling in [HCO3–].
Wanneer de PCO2 verhoogd en de [HCO3–] verlaagd is, spreekt men van een gecombineerde metabole en respiratoire acidose.
Osmose is een proces waarbij sprake is van een netto diffusie van water door een semipermeabele wand (alleen water wordt doorgelaten).
Wanneer een oplosbare stof wordt toegevoegd aan water dan neemt de concentratie water in het mengsel af. Dus hoe hoger de concentratie van opgeloste stoffen, des te lager is de waterconcentratie.
Water diffundeert derhalve vanuit gebieden met een lage concentratie opgeloste stoffen (hoge waterconcentratie) naar een gebied met een hogere concentratie opgeloste stoffen (en dus lagere waterconcentratie). Ditzelfde proces vindt ook plaats over de (semipermeabele) celmembranen. Celmembranen zijn namelijk relatief ondoorlaatbaar voor de meeste opgeloste deeltjes maar wel goed doorlaatbaar voor water.
De relatie tussen mol en osmol
De concentratie van water in een oplossing is afhankelijk van het totaal aantal opgeloste deeltjes in deze oplossing. Om de totale concentratie van opgeloste stoffen te beschrijven, ongeacht hun exacte samenstelling, wordt gebruik gemaakt van de term osmol (osm). Osmolen beschrijven het totale aantal opgeloste deeltjes in een oplossing. Eën osmol staat gelijk aan 1 mol (6.02 x 1023) van de opgeloste deeltjes. De osmolariteit van een oplossing wordt uitgedrukt in osmol per liter (Osm/L).
Dit betekent dat een 1 liter water met hierin 1 mol glucose een concentratie heeft van 1 Osm/L. Wanneer een molecuul daarentegen in een oplossing dissocieert (uiteen valt) in meerdere delen, zal de osmolariteit toenemen. Als bijvoorbeeld natriumchloride (NaCl) wordt opgelost, valt het uit elkaar in natrium (Na+) en chloride (Cl–). Een oplossing met 1 mol NaCl/L zal een osmolaire concentratie hebben van 2 Osm/L( 1 mol Na+ + 1 mol Cl– = 2 mol opgeloste deeltjes). De term osmol verwijst dus naar het aantal osmotisch actieve deeltjes in de oplossing.
Vaak is de osmol een te grote eenheid om de osmotische activiteit van opgeloste stoffen in de lichaamsvloeistoffen te beschrijven. Hierom wordt doorgaans de term milli-osmol (mOsm ofwel 1/1000 osmol) gebruikt.
Osmotische druk.
De osmose van watermoleculen door een selectief permeabel membraan in het lichaam kan worden tegengewerkt door een druk in de tegenovergestelde richting uit te oefenen. De precieze hoeveelheid druk die nodig is om osmose tegen te werken, wordt de osmotische druk genoemd. Het is daarmee een indirecte meting van de waterconcentratie en opgeloste stoffen in een oplossing. Hoe hoger de osmotische druk van een oplossing des te lager de waterconcentratie en des te hoger de concentratie opgeloste deeltjes in de oplossing.
Positive End Expiratory Pressure (PEEP) is een positieve druk die aanwezig is aan het einde van de expiratie. De meeste beademde patiënten krijgen via de machine PEEP toegediend om ook eindexpiratoir de luchtwegen gemakkelijker open te houden en om oxygenatie te verbeteren.
Ook niet-beademde patiënten kunnen PEEP ontwikkelen. Bekende voorbeelden zijn astma- en COPD patiënten die niet goed kunnen uitademen wegens bronchoconstrictie. Anderzijds creëren zuigelingen, die moeite hebben om hun luchtwegen open te houden bij luchtwegaandoeningen, opzettelijk PEEP, door geforceerd tegen gesloten stembanden uit te ademen (kreunen). PEEP leidt in dit geval tot het openhouden van alveoli. Dit is tevens de voornaamste reden om PEEP toe te passen bij beademde patiënten.
CPAP
CPAP en PEEP hebben dezelfde mechanische principes in die zin dat er een continue positieve druk wordt gegenereerd tijdens de ademcyclus. PEEP “bestaat” echter enkel tijdens de expiratie (tijdens de inspiratie wordt een inspiratoire druk toegepast en spreekt men niet van PEEP), terwijl bij CPAP continu dezelfde positieve druk wordt toegepast, gedurende de gehele ademcyclus, zonder additionele drukverhoging tijdens de inspiratie.
Voordat ingeademde zuurstof beschikbaar is voor metabole processen in het lichaam, moet de weg door de longen naar de cellen worden afgelegd. Dit gebeurt hoofdzakelijk in drie stappen:
- Gasuitwisseling tussen de alveoli en het bloed
- Transport door het bloed naar de verschillende weefsels
- Introductie in de interstitiële weefsels gevolgd door opname in de cellen
Het belangrijkste transportmiddel van zuurstof is hemoglobine. Zuurstof kan slechts in zeer beperkte mate opgelost in bloedplasma vervoerd worden.
De doorbloeding van de long ten behoeve van de gasuitwisseling noemen we perfusie. Het is belangrijk dat overal bloed langs het alveolo-capillaire membraan stroomt, anders kan er geen diffusie plaatsvinden.
Door ziekte kan de alveolo-capillaire membraan verdikt zijn (oedeem) waardoor de diffusie vertraagd of belemmerd wordt. Vocht of ontstekings-debris in het longblaasje kan de afstand tussen bloed en gas vergroten waardoor de diffusie ook vertraagd is. Ook atelectase kan diffusie onmogelijk maken. De meest voorkomende perfusiestoornis, die men in de kliniek tegenkomt, wordt veroorzaakt door longembolieën, maar ook shock en hoge intrathoracale drukken (als gevolg van hoge PEEP) verslechteren de perfusie, omdat het veneuze return naar het hart, en daarmee de doorbloeding van de longen, verminderd is.
Om te definiëren hoe zuur een oplossing is, zijn veel definities in omloop. In deze cursus wordt een eenvoudige definitie voor zuurgraad gebruikt.
Definitie van zuurgraad:
De zuurgraad van een oplossing is de mate waarin deze oplossing H+ ionen bevat. Dit wordt uitgedrukt als de pH.
Definitie van pH:
pH is het logaritme van 1 gedeeld door de concentratie H+ ionen.
| In formulevorm: pH = log |
1 [H+]
|
De term “pH” of “potentiaal van H (hydrogen)” werd geïntroduceerd door de wetenschapper Sorensen in 1909. pH is een waarde die correleert met de concentratie H+ ionen in een oplossing. Het geeft de zuurgraad aan van deze oplossing. pH waarden kunnen variëren van 0 tot 14.
Hoe zuurder een oplossing is, des te lager is de pH. Een pH van 7 is neutraal, bij een pH lager dan 7 spreekt men van een zure oplossing en bij een pH hoger dan 7 spreekt men van een basische oplossing.
Het is in eerste instantie wellicht vreemd om te zien dat de pH waarde lager wordt naarmate de oplossing zuurder wordt.
De uitleg hiervoor is als volgt:
| De formule pH = log |
1 [H+]
|
kan men als volgt vereenvoudigen: |
| pH = log |
1 [H+]
|
= – log [H+] |
Hier zien we dat de pH gelijk is aan het negatieve logaritme van de concentratie H+ ionen.
| Oplossing | pH |
|---|---|
| HCl in maagzuur | 1 |
| Citroensap, azijn | 2-3 |
| Sinaasappelsap | 3-4 |
| Zure regen | 4 |
| Zwarte koffie | 5 |
| Urine | 6 |
| Gedestilleerd water | 7 |
| Zeewater | 8 |
| Baksoda | 9 |
| Ammoniak in een oplossing | 10-11 |
| Zeepwater | 12 |
| Bleekmiddel | 13 |
De kleinste en meest talrijke bloedvaten zijn de capillairen. Zij functioneren als de plaats voor uitwisseling van voedingsstoffen en afvalstoffen tussen het bloed en de weefsels. De capillaire wand bestaat uit slechts ëën laag epitheelcellen, omgeven door een dunne laag bindweefsel. Deze dunne vaatwand faciliteert de diffusie van onder andere zuurstof en koolstofdioxide. Daarbij hebben de meeste capillairen poriën voor uitwisseling van vloeistof en opgeloste substanties.
Capillairen reguleren de bloedvoorziening op celniveau.
Om dit te kunnen, beschikken capillaire vaatbedden over een effectief systeem waarmee ze de hoeveelheid bloed die ze doorlaten kunnen aanpassen. Op de plek waar de arteriole overgaat in het capillaire vaatbed zitten precapillaire sfincters, bestaande uit glad spierweefsel. Deze omringen de arteriolen en controleren door arteriolaire vasoconstrictie (vernauwing van het vat) en vasodilatatie (verwijding van het vat)de hoeveelheid bloed in elk afzonderlijk capillair vaatbed. Er zijn zeer veel capillairen (ca. 40 miljard in het lichaam), toch omvatten zij collectief slechts ongeveer 5% van het totale bloedvolume. Het grootste deel van de capillairen is dan ook veelal afgesloten van de circulatie (door vernauwde precapillaire sfincters).
De controle van een adequate zuurgraad door het ademhalingsstelsel bestaat uit een interactie van diverse componenten en mechanismen. Hiertoe kan men onderscheid maken tussen de volgende componenten:
- prikkel: de concentratie H+ ionen in het bloed en hersenvocht en hiermee de pH is veruit de belangrijkste prikkel;
- receptoren: centrale en perifere chemoreceptoren welke prikkels opvangen;
- het ademhalingscentrum in de hersenen (in de hersenstam): deze interpreteert de prikkels;
- de ademhalingsspieren: deze worden door de hersenstam aangestuurd.
Veranderingen in de arteriële PCO2 leiden tot veranderingen in H+ concentratie en hiermee tot prikkeling van centrale en perifere chemoreceptoren. In de hersenstam wordt deze informatie verwerkt en op basis hiervan worden de ademhalingsspieren aangestuurd. Hoe hoger de concentratie H+ ionen, des te meer worden de ademhalingsspieren gestimuleerd.
Ook andere oorzaken dan een hoog PCO2 kunnen leiden tot een hogere concentratie H+ ionen in het lichaam. Deze oorzaken noemt men metabool. Ook deze oorzaken leiden tot een intensievere ademhaling, meer uitstoot van CO2 door de longen en hiermee uiteindelijk tot verlaging van de PCO2 in het lichaam. De afwijkende pH wordt op deze manier door het ademhalingsstelsel gecorrigeerd. Dit wordt respiratoire compensatie genoemd. Het respiratoire stelsel “compenseert” de metabole afwijking.
Vele metabole oorzaken kunnen vorming van zuren en hiermee een lagere pH tot gevolg hebben. Ook deze oorzaken leiden tot stimulatie van het ademhalingsstelsel door een hogere concentratie H+ ionen. Dit noemt men metabole acidose. Tot de oorzaken van metabole acidose behoren:
- lactaatacidose;
- ketoacidose;
- intoxicaties met diverse drugs en medicamenten.
Toename van de concentratie H+ ionen kan komen door:
- respiratoire oorzaken (door verhoging van PCO2 );
- metabole oorzaken.
Beiden zullen normaliter leiden tot prikkeling van perifere en centrale chemoreceptoren en hiermee tot prikkeling van de ademhalingsspieren door het ademhalingscentrum.
Andersom, zal een lage concentratie H+ ionen (een alkalose) leiden tot minder prikkeling van het ademhalingsstelsel en hiermee tot mindere ventilatie van de longen en verminderde uitstoot van CO2. De concentratie CO2 in het lichaam zal hierop stijgen. Als gevolg zal de pH dalen.
Dit kan als volgt samengevat worden:
pH ↓ → Ventilatie ↑ → PCO2 ↓
pH ↑ → Ventilatie ↓ → PCO2 ↑
In het hart worden elektrische impulsen gegenereerd en verspreid. Deze elektrische activiteit leidt tot contractie van hartspiervezels.
Het hart omvat een gespecialiseerd systeem waarbinnen impulsvorming en impulsgeleiding binnen nauwe grenzen worden gereguleerd. Dit is vereist om een effectieve pompfunctie te bewerkstelligen.
Het systeem waarbinnen de elektrische impulsvorming en voortgeleiding in het hart wordt gereguleerd, kan worden onderverdeeld in drie hoofdgroepen:
- Pacemakerstructuren
- Gespecialiseerde geleidende vezels
- Hartspierweefsel
Een pacemakerstructuur kenmerkt zich door zijn vermogen om zelfstandig een actiepotentiaal te genereren.
De pacemaker van een gezond hart is de sinusknoop. Dit is een klein, ovaalvormig stukje weefsel in de laterale wand van het rechter atrium, vlakbij de opening van de Vena Cava superior. De cellen van de sinusknoop zijn in staat om actiepotentialen te genereren.
Een actiepotentiaal die in de sinusknoop wordt gegenereerd, zal nabijgelegen spiercellen van het rechter atrium exciteren. Deze cellen exciteren weer aangrenzende cellen. Cellen van het rechter atrium stimuleren vervolgens cellen van het linker atrium. Uiteindelijk zullen beide atria gedepolariseerd zijn.
Vanuit de atria worden de signalen via gespecialiseerde geleidende vezels (AV-knoop, bundel van His, bundeltakken) voortgeleid naar de spiermassa van de ventrikels. Vervolgens wordt de ventriculaire spiermassa gedepolariseerd waardoor contractie van de ventrikels plaatsvindt.
Prikkelvorming en geleiding worden tevens beënvloed door:
- sympathische stimulatie
- parasympathische stimulatie
- metabole processen en diverse ziektebeelden zoals schildklierdysfunctie en stress
- diverse medicamenten en drugs
Metabole acidose:
Wanneer door niet-respiratoire oorzaken de concentratie zuren in het bloed abnormaal wordt verhoogd, zullen deze zuren gebufferd worden door bicarbonaat. De concentratie HCO3– in het lichaam zal dalen (omdat dit bicarbonaat voor een deel “opgebruikt is”). Er is dus minder base in het bloed en de pH daalt. Dit noemt men een metabole acidose.
Respiratoire alkalose als compensatie:
De longen werken vrij snel (binnen minuten) dit lage pH tegen door CO2 in verhoogde mate uit te ademen, waardoor de pH na verloop van tijd weer genormaliseerd wordt. Een primaire metabole acidose met een laag HCO3– gehalte wordt zo uiteindelijk met een laag CO2 gehalte (respiratoir) gecompenseerd.
| STOORNIS | COMPENSATIE | CLASSIFICATIE | |
|---|---|---|---|
| pH ↓ | HCO3– ↓ | PCO2 ↓ | respiratoir gecompenseerde metabole acidose |
| PCO2 ↑ | HCO3– ↑ | metabool gecompenseerde repiratoire acidose | |
| pH ↑ | HCO3– ↑ | PCO2 ↑ | respiratoire gecompenseerde metabole alkalose |
| PCO2 ↓ | HCO3– ↓ | metabool gecompenseerde respiratoire alkalose |
Deze tabel toont de primaire zuur-base stoornissen en hun compensatoire mechanismen.
Metabole alkalose:
Door een hoge HCO3– in het lichaam (zeldzaam, vaak door medicijnen), stijgt de concentratie HCO3– in het bloed. Er is dus meer base in het bloed en de pH stijgt. Dit noemt men een metabole alkalose.
Respiratoire acidose als compensatie:
De longen werken vrij snel (binnen minuten) dit hoge pH tegen door minder CO2 uit te ademen, waardoor de pH na verloop van tijd weer genormaliseerd wordt. Een primaire metabole alkalose met een hoog HCO3– gehalte wordt zo uiteindelijk met een hoog CO2 gehalte (respiratoir) gecompenseerd.
| STOORNIS | COMPENSATIE | CLASSIFICATIE | |
|---|---|---|---|
| pH ↓ | HCO3– ↓ | PCO2 ↓ | respiratoir gecompenseerde metabole acidose |
| PCO2 ↑ | HCO3– ↑ | metabool gecompenseerde repiratoire acidose | |
| pH ↑ | HCO3– ↑ | PCO2 ↑ | respiratoire gecompenseerde metabole alkalose |
| PCO2 ↓ | HCO3– ↓ | metabool gecompenseerde respiratoire alkalose |
Deze tabel toont de primaire zuur-base stoornissen en hun compensatoire mechanismen.
Respiratoire acidose:
Wanneer een patiënt hypoventileert (dit kan diverse oorzaken hebben), zal de PCO2 in het bloed stijgen. CO2 reageert met het H2O in het bloed waarbij H+ ionen ontstaan. De pH van het bloed wordt dus lager.
Metabole alkalose als compensatie:
De nieren werken na enige tijd (uren tot dagen) dit lage pH tegen door HCO3– (bicarbonaat) in verminderde mate uit te scheiden, en dus meer uit de voor-urine op te nemen in het bloed. HCO3– is een base en vangt de H+ ionen weg, waardoor de pH na verloop van tijd weer genormaliseerd wordt. Een primaire respiratoire acidose met een hoog PCO2 gehalte wordt zo uiteindelijk met een hoog HCO3– gehalte gecompenseerd
| STOORNIS | COMPENSATIE | CLASSIFICATIE | |
|---|---|---|---|
| pH ↓ | HCO3– ↓ | PCO2 ↓ | respiratoir gecompenseerde metabole acidose |
| PCO2 ↑ | HCO3– ↑ | metabool gecompenseerde respiratoire acidose | |
| pH ↑ | HCO3– ↑ | PCO2 ↑ | respiratoire gecompenseerde metabole alkalose |
| PCO2 ↓ | HCO3– ↓ | metabool gecompenseerde respiratoire alkalose |
Deze tabel toont de primaire zuur-base stoornissen en hun compensatoire mechanismen.
Respiratoire alkalose:
Wanneer een patiënt hyperventileert (dit kan vele oorzaken hebben) zal de PCO2 in het bloed dalen. Minder CO2 reageert met het H2O in het bloed waarbij minder H+ ionen ontstaan. De pH van het bloed wordt dus hoger.
Metabole acidose als compensatie:
De nieren werken na enige tijd (uren tot dagen) de hoge pH tegen door HCO3– (bicarbonaat) in verhoogde mate uit te scheiden waardoor de pH na verloop van tijd weer genormaliseerd wordt. Een primaire respiratoire alkalose met een laag PCO2 gehalte wordt zo uiteindelijk met een laag HCO3– gehalte gecompenseerd.
| STOORNIS | COMPENSATIE | CLASSIFICATIE | |
|---|---|---|---|
| pH ↓ | HCO3– ↓ | PCO2 ↓ | respiratoir gecompenseerde metabole acidose |
| PCO2 ↑ | HCO3– ↑ | metabool gecompenseerde repiratoire acidose | |
| pH ↑ | HCO3– ↑ | PCO2 ↑ | respiratoire gecompenseerde metabole alkalose |
| PCO2 ↓ | HCO3– ↓ | metabool gecompenseerde respiratoire alkalose |
Deze tabel toont de primaire zuur-base stoornissen en hun compensatoire mechanismen.
Net zoals in het rechter ventrikel, is de druk van de Arteria Pulmonalis aan het begin van de hartcontractie (systole) ongeveer 25 mmHg. In tegenstelling tot de ventriculaire druk, daalt de pulmonale arteriële druk niet sterk na de systole. Na het sluiten van de pulmonalisklep daalt de druk geleidelijk omdat het bloed door de smallere vaten moet stromen. Met een gemiddelde pulmonale arteriële diastolische druk van 8 mmHg kan het bloed constant door de pulmonale capillairenstromen. Gedurende de hartcyclus is de gemiddelde pulmonale arteriële druk 15 mmHg.
De gemiddelde bloeddruk daalt tot ongeveer 7 mmHg in de pulmonale capillairen. Deze drukverlaging is een belangrijke factor, dat de vloeistofuitwisseling in deze kleine vaten beënvloedt.
In de medullaire verzamelbuizen wordt de uiteindelijke urine gevormd. Hoewel hier minder dan 10% van al het gefilterde natrium en water wordt gereabsorbeerd, spelen de medullaire verzamelbuizen een belangrijke rol bij het bepalen van de definitieve hoeveelheid opgeloste stoffen en water in de urine. Daarnaast zijn de cellen in dit segment permeabel voor ureum en wordt nog enig ureum gereabsorbeerd.
Het antidiuretisch hormoon reguleert ë net als in het late segment van de distale tubulus en de corticale verzamelbuizen – de permeabiliteit voor water in de medullaire verzamelbuizen. Hoge spiegels ADH in het bloed verhogen de doorlaatbaarheid voor water. Het resultaat is de vorming van meer geconcentreerde urine.
Ten slotte zorgen de medullaire verzamelbuizen voor de secretie van waterstofionen naar het tubulaire lumen wanneer het lichaam een te hoge concentratie waterstofionen bevat. Op deze manier draagt dit deel van de verzamelbuizen bij aan de regulatie van de zuur-base balans in het lichaam.
In het verzamelsysteem van de nieren vindende laatste aanpassingen in de samenstelling van de urine plaats door de selectieve terugresorptie van water. Ook worden selectief natrium-, kalium-, waterstof- en bicarbonaationen terug geresorbeerd of juist uitgescheiden.
Er zijn twee typen cellen verantwoordelijk voor deze selectie reabsorptie of secretie:
- de hoofd (of principale) cellen;
- de intercalaire cellen.
Deze twee typen cellen vormen de tubuluswand van de distale tubulus en corticale verzamelbuizen.
De intercalaire cellen zijn met name verantwoordelijk voor secretie van waterstofionen (H+) en reabsorptie van bicarbonaationen (HCO3-). Deze processen vinden plaats middels actief transport via H+-ATPase pompen in het luminale membraan van de intercalaire cellen. ATP vormt de energiebron voor dit actieve transportmechanisme, waarbij waterstofionen tegen hun concentratiegradiënt in worden verplaatst naar het tubulaire lumen. Voor de secretie van elk waterstofion wordt een bicarbonaat-ion heropgenomen in het lichaam. Dit mechanisme draagt bij aan de regulatie van de zuur-base balans. Daarnaast reabsorberen de intercalaire cellen een deel van de kaliumionen in het tubulaire filtraat.
De principale cellen zijn met name verantwoordelijk voor de reabsorptie van water en natriumionen en de secretie van kaliumionen. Deze reabsorptie en secretie wordt gereguleerd door twee verschillende hormonen:
- aldosteron
- ADH.
Zowel aldosteron als ADH hebben als doel het intravasculaire volume en de bloeddruk te herstellen.
Voor een overzicht van de tubulaire reabsorptie en secretie in het late segment van de distale tubulus en de corticale verzamelbuizen kan de volgende overzichtstabel worden bekeken.
De distale tubulus is een belangrijke plaats voor :
- De actieve secretie van overtallige ionen, zuren, medicijnen, metabole afvalstoffen en toxinen;
- De selectieve reabsorptie of secretie van ionen als natrium, kalium, waterstof en bicarbonaat.
- De selectieve reabsorptie van water.
Door de Na+-Cl- -co-transporter wordt in de distale tubulus nog ongeveer 5% van de gefilterde natrium- en chloorionen gereabsorbeerd.
De meerderheid van het water- en ionentransport in dit deel van de tubulus staat echter onder invloed van hormonen van het endocriene systeem, zoals het parathormoon (PTH), antidiuretisch hormoon en .
Onder invloed van parathormoon wordt in dit segment een deel van de calciumionen uit de voorurine heropgenomen. Daarbij zorgt PTH voor een toename van de secretie van fosfaationen.
Overzichtstabel tubulaire reabsorptie in het vroege segment van de distale tubulus
| Substantie | % Reabsorptie | Transport Mechanisme |
|---|---|---|
| Water | Vrijwel impermeabel | – |
| Ureum | Vrijwel impermeabel | – |
| Natrium | 5% | Na+-Cl- co-transport |
| Chloor | 5% | Na+-Cl- co-transport |
| Calcium | Variabel | Onder invloed van PTH |
De reabsorptie van natrium van de proximale tubuluscel naar het interstitium is een primair actief transportproces.
De Na+-K+-ATPase pomp in het basolaterale membraan van de tubuluscellen transporteert steeds 3 natriumionen naar het renale interstitium en 2 kaliumionen naar de proximale tubuluscel. Hierdoor wordt de natriumconcentratie in de tubuluscellen laag gehouden in vergelijking met de natriumconcentratie in het tubulaire lumen.
De hogere natriumconcentratie in het tubulaire lumen wordt vervolgens gebruikt door drager-eiwitten in de borstelzoom van de proximale tubulus, die middels co-transport zorgen voor reabsorptie van natriumionen en glucose naar het bloedplasma. Dit is een vorm van secundair actief transport waarbij de concentratiegradiënt van natrium (hoger in het lumen) ervoor zorgt dat glucose naar de proximale tubuluscel wordt getransporteerd, in de richting van het bloedplasma. Vrijwel al het glucose in de voorurine wordt al gereabsorbeerd in de eerste helft van de proximale tubulus.
Voor een overzicht van de tubulaire reabsorptie en secretie in de proximale tubulus kan worden gekeken naar de Overzichtstabel tubulaire reabsorptie in de proximale tubulus.