ALGEMENE MENSELIJKE FYSIOLOGIE
Prof. dr. P. Calders
Cursus opgesteld door SEBASTIAAN ORNELIS
,
,Algemene Menselijke Fysiologie Cardiovasculair stelsel Hoofdstuk: pg. 1/37
CARDIOVASCULAIR STELSEL:
= hart, bloedvaten, lymfevaten
- Hart:
▪ Arteriën: voeren bloed van het hart weg (voedingsstoffen en O 2).
▪ Venen: voeren bloed naar het hart toe (afvalstoffen, zoals lactaat en ammonium, en
CO2).
▪ Twee circulaties:
• A. Systemische circulatie: brengt bloed naar het hele lichaam uitgezonderd de longen.
• B. Longcirculatie: vertrekt vanuit ander deel van het hart naar de longen, zorgt
voor afgave CO2 en opname O2 om zo zuurstofrijk bloed weer
naar het hart te brengen.
▪ 4 kamers: 2 atria en 2 ventrikels (linker en rechter)
!atria en ventrikels zijn van elkaar gescheiden door een septum in het midden & onderling door kleppen!
De kleppen kunnen slechts in 1 richting openen en werken onder invloed van druk.
- Weggepompt bloed moet zowel naar de systemische als de longcirculatie.
▪ Systemische circulatie:
• Zuurstofrijk bloed, linkerhelft van het hart.
• Bloed wordt in de aorta gestort, ook m.b.v. kleppen (in 1 richting, o.i.v. druk). Bloed gaat via
systemische circulatie naar de weefsels. In de weefsels: systemische capillairen. Capillair = dunne
membraan, endotheel op basale membraan.
• Dun, dus makkelijke uitwisseling: O2 en voedingsstoffen naar weefsel, CO2 en afvalstoffen naar bloed
(= diffusie!) (pathologie: sclerose, verdikking capillairen moeilijkere diffusie).
• Na uitwisseling: veneuze gedeelte met gedeoxygeneerd bloed. Venen komen toe in rechter gedeelte
v.h. hart.
• Zuurstofarm bloed longcirculatie.
▪ Longcirculatie:
• Zuurstofarm bloed, rechterhelft van het hart
• ! Vertrekkend (rechter)deel vanuit hart is arterieel en zuurstofarm, toekomend (linker)deel is veneus
en zuurstofrijk ( systemische circulatie) !
- Bloedvatenstelsel:
hart aorta grote arteriën kleine arteriën arteriolen capillairen venulen
vena cava inferior/superior grote venen kleine venen
- Aorta:
▪ 3 delen: aorta ascendens – arcus aorte – aorta descendens.
! Belang v.d. vorm v.d. boog (pathologie) !
Bv. Turnersyndroom: knik in aortaboog grotere weerstand hogere bloeddruk
(hypertensie).
Moet elastisch en stevig zijn om hoge druk op te vangen veel spiermateriaal.
- Arteriën (eerst grote, dan kleine)
- Arteriolen:
= reactieve bloedvaten, veel receptoren (α-, β-, muscarine-)
Wanneer noradrenaline op α-receptor bindt vasoconstrictie Bloeddruk regelen
Wanneer noradrenaline op β-receptor bindt vasodilatatie in systemische circulatie!
- Capillairen:
= uitwisselingsvaten. Dun om zo weinig mogelijk buffer te hebben tussen bloedvaten en weefsel (meestal
endotheel op basale membraan)
- Venulen
- Venen (eerst kleine, dan grote)
Algemene Menselijke Fysiologie Cardiovasculair stelsel Sebastiaan Ornelis
,Algemene Menselijke Fysiologie Cardiovasculair stelsel Hoofdstuk: pg. 2/37
- Vena cava inferior/superior (cf. aorta)
▪ Wat van onder het hart komt, gaat via de vena cava inferior en vice versa.
▪ Komt toe in rechteratrium: sinus venosusknoop (bevat pacemakercellen).
- Respiratoire/pulmonaire gedeelte:
▪ Rechter ventrikel stuwt zuurstofarm bloed naar longen via truncus pulmonalis.
▪ Truncus pulmonalis splitst in 2 delen: arteria pulmonalis dextra & sinistra (< 2 longen).
▪ Zelfde componenten als grote bloedsomloop.
▪ ! Beide arteria splitsen zich in 2 venae pulmonales, dus uiteindelijk 4 zuurstofrijke venae pulmonales die
toekomen in linker atrium !
▪ Rechterlong heeft 3 lobben, linkerlong 2 (hart neemt plaats van derde in)
- Pacemakercellen:
▪ Binnenzijde hart: epitheel (endotheel!), buitenzijde hart: bindweefsel (epicard).
▪ Tussenin: myocard (met myocardcellen en pacemakercellen) (= hartspier).
▪ Pathologie: griepvirus kan zich op epicard plaatsen ontsteking epicard vochtontwikkeling vormt
zakje met vocht rond hart hart kan niet goed meer uitrekken en contraheren
▪ Kan ook o.i.v. medicatie, bv. Apranax met als bijwerking epicardontstekingen.
- Hartspiercellen:
▪ Functioneel syncytium gecoördineerde beweging van sinus venosus naar ventrikel communicatie via
gap junctions/nexussen.
▪ Nexus: hemiconnexines die aan elkaar koppelen vormen een laagmoleculair buisje, waarlangs makkelijk
Ca2+ kan passeren.
belangrijk voor hartspiercontractie: hartspiercellen halen Ca2+ ook uit naburige cellen
( skeletspieren)
▪ Contractiele eiwitten: actine, myosine, tropomyosine, troponine (I, C, T)
▪ Contractiemechanisme:
1. Prikkel onder de vorm van een actiepotentiaal
2. Depolarisatie door Na+-influx (hogere permeabiliteit door spanningsafhankelijke Na+-kanalen)
3. Repolarisatie door K+-efflux met plateaufase (< K+-efflux in evenwicht met Ca2+-influx)
4. Repolarisatie na plateau door andere K+-kanalen (die zowel van spanning als van liganden, zoals
acetylcholine en (nor)adrenaline, afhankelijk zijn).
5. Refractaire periodes (absoluut, relatief en niet-refractair)
- absoluut: geen respons bij prikkel
- relatief: gedeeltelijke respons bij prikkel
- niet-refractair: normale respons bij prikkel
Lange ARP door plateaufase
▪ Systole: wegpompen van het bloed (contractie)
Diastole: vullen van het hart (relaxatie)
▪ Door speciale K+-Ca2+-kinetiek is er een plateaufase lange ARP contractie valt volledig binnen AP
geen tetanisatie/summatie.
▪ Bij skeletspier: geen plateaufase kortere ARP nieuwe prikkel met normale respons vóór volledige
relaxatie temporele summatie
▪ Extrasystole actiepotentiaal:
• 2 actiepotentialen die elkaar snel opvolgen (tweede prikkel is soms heviger) (‘overslag’). Daarna
langere rustfase.
≠ hartritmestoornis
• Beïnvloed door fysieke activiteit: hoe actiever, hoe minder (maar wel met grens, te grote inspanningen
zorgen ook voor extrasystoles). Dus optimale zone.
▪ Diadestructuur:
• Sarcoplasmatisch reticulum met T-tubulus ( triadestructuur bij skeletspier).
Algemene Menselijke Fysiologie Cardiovasculair stelsel Sebastiaan Ornelis
,Algemene Menselijke Fysiologie Cardiovasculair stelsel Hoofdstuk: pg. 3/37
▪ Skeletspiercontractie:
AP via T-tubulus overgedragen op sarcoplasmatisch reticulum SR geeft Ca2+ vrij lading in cytosol
stijgt en bereikt drempelwaarde Ca2+ bindt op troponine C conformatieverandering troponine
bindingsplaatsen voor myosine op actine komen vrij (door wegtrekken tropomyosine myosine bindt
op actine power stroke dyneïne geactiveerd kopje knikt)
▪ Bij hartspier: 2 manieren om Ca2+ in cel te krijgen
1. AP
2. Ca2+-influx via nexussen
Ca2+ bindt op ryanodinereceptoren (= Ca2+-receptoren) op het SR SR geeft nog meer Ca2+ af.
= calcium-induced-calcium-release, calcium-afhankelijke calcium-release
Dominanter aanwezig in hartspier dan in skeletspier.
- Actiepotentiaal hartcontractie:
▪ Specifieke K+-kanalen na plateau: delayed fase.
▪ Ook specifieke K+-kanalen die membraanpotentiaal stabiel houden (samen met NA +-K+-ATPase)
! Komen niet voor in pacemakercellen (= nodale cellen), dus spontane depolarisatie !
▪ Slope van spontane depolarisatie kan worden beïnvloed via autonome zenuwstelsel:
• Stress:
Hartfrequentie stijgt. Orthosympatisch zenuwstelsel scheidt noradrenaline af slope verhoogt
drempelwaarde sneller bereikt vuurfrequentie (aantal AP’en die losgelaten worden) verhoogt
hartfrequentie stijgt.
• Slaap:
Hartfrequentie daalt. Parasympatisch zenuwstelsel actief slope daalt, vertraagt drempelwaarde
later bereikt vuurfrequentie neemt af hartfrequentie daalt.
- Hart = spier O2 en voedingsstoffen nodig arterieel deel: coronaire circulatie
▪ Bloed vanuit linker ventrikel naar aorta.
▪ Aorta: basaal 2 openingen die leiden naar coronaire arteriën (linker en rechter).
▪ Wanneer bloed vanuit aorta naar coronaire arteriën?
Niet spontaan, want door grote druk van bloed wordt aorta maximaal opengeduwd, waardoor coronaire
circulatie dichtgeduwd wordt.
Na systole: bloed in opstijgend deel van aorta valt door zwaartekracht terug naar beneden coronaire
arteriën openen zich en worden bevloeid.
Dus: coronaire bevloeiing gebeurt tijdens diastole!
▪ ‘Circulatie’ arterieel en veneus gedeelte. Coronairen (cardiac veins) vloeien uit in vena cava en zo in
sinus venosus.
- Vier hartkleppen:
▪ 2 atrioventriculaire kleppen: 1 bicuspidalis-klep (mitralis-klep of valvula mitralis – tussen linker atrium en
linker ventrikel – 2 delen) en 1 tricuspidalis-klep (tussen rechter atrium en rechter ventrikel – 3 delen).
Openen van atriale naar ventriculaire zijde.
▪ Klep naar aorta (aortic valve) (tussen linker ventrikel en aorta): 3 delen.
▪ Klep naar truncus pulmonalis (tussen rechter ventrikel en truncus pulmonalis): 3 delen.
▪ Openen maar in 1 richting: van ventrikelzijde naar circulatiezijde.
▪ Openen allen door drukverschillen.
▪ Linkerdeel en rechterdeel gescheiden door septum met veel geleidend weefsel.
- Pacemakercellen:
▪ Drie voorkomende plaatsen:
• Sinusknoop (sinus venosus)
• Atrioventriculaire knoop
• Septum in ventrikel
Algemene Menselijke Fysiologie Cardiovasculair stelsel Sebastiaan Ornelis
,Algemene Menselijke Fysiologie Cardiovasculair stelsel Hoofdstuk: pg. 4/37
- Geleidend weefsel: twee belangrijke delen
▪ Bundel van His: gemeenschappelijk deel splitst in linker en rechter tak.
Pathologie: ‘linker/rechter takbundelblock’. Geleidend weefsel in een tak is kapot (bv. door een infectie)
geen geleiding van elektrische prikkels naar linker of rechter ventrikel onevenwicht linker- en
rechterhart.
▪ Purkinjevezels: lopen vanuit het hartpunt (apex, naar linksonder gericht) via de hartwand terug naar de
zijde van de overgang atria-ventrikels. Monden uit in papillen van ventrikel, tot tegen de grens atria-
ventrikels.
- Dominantie tussen knopen nodig om gecoördineerde hartcontractie te krijgen:
▪ Sinusknoop is dominante knoop (70 slagen/minuut).
▪ Pathologie: bij ouderen begint sinusknoop af te vlakken. Wanneer sinusknoop onder 40 slagen/minuut
komt atrioventriculaire knoop wordt dominant.
Maar: atrioventriculaire knoop bedient eerst ventrikels en dan pas atria moeilijke circulatie.
▪ Wanneer atrioventriculaire knoop uitvalt pulsatie door ventrikels (want hebben pacemakercellen) (25-
30 slagen/minuut)
omgekeerde hartslag: eerst ventrikels, dan atria.
▪ Dus: hiërarchie tussen knopen.
sinusknoop > atrioventriculaire knoop > ventrikels
▪ Patiënten met te lage hartslag (ouderen of bij overtraining): pacemaker verbonden met sinusknoop, geeft
regelbare pulsen.
- Hartcyclus:
▪ Systole en diastole drukvolumecurve ten overstaan van de ventrikels
• A: Moment waarop hart bloed net heeft weggepompt = begin diastole (vulling v.h. hart)
Bloed komt van atria naar de ventrikels atrioventriculaire kleppen moeten openen
drukverschil.
Net na systole: patria <<< pventrikel
2 mogelijkheden om druk te veranderen:
1. Atria laten contraheren, maar wanden van de atria zijn dun en weinig gespierd
dikke, gespierde wanden van de ventrikels.
2. Ventrikels relaxeren.
• A B: Drukdaling door relaxatie ventrikels, maar met behoud van volume: isovolumetrische
relaxatie.
• B: patria > pventrikel kleppen openen bloed stroomt naar beneden.
• B C: Effectieve diastole: de vulling.
3 soorten:
1. Snelle vulling: a.g.v. de zwaartekracht.
2. Trage vulling: hartspier is elastisch zet uit vulling door passieve uitzetting (door
kinetische energie is trage vulling.
3. Atriale systole/kick: AP’en gegenereerd door pacemakercellen sinusknoop actief
terwijl kleppen openstaan AP’en gaan over atria contractie atria terwijl kleppen
openstaan hoeveel bloed wordt weggepompt in ventrikel.
A C: Diastole (isovolumetrische relaxatie + vulling)
• C: Ventriculair Eind-Diastolisch Volume (VEDV) & pventrikel <<< paorta
• C D: begin systole (ejectie v.h. bloed). Vanuit linker ventrikel naar aorta via aortaklep
opent als pventrikel > paorta isovolumetrische contractie.
• D: pventrikel > paorta kleppen openen.
• D A: Bloed wordt weggeëjecteerd in aorta. Boogje in grafiek omdat dit onder zeer grote druk
gebeurt.
C A: Systole (isovolumetrische contractie + ejectie)
• A: pventrikel < paorta kleppen sluiten weer. Ventriculair Eind-Systolisch Volume (VESV).
Algemene Menselijke Fysiologie Cardiovasculair stelsel Sebastiaan Ornelis
,Algemene Menselijke Fysiologie Cardiovasculair stelsel Hoofdstuk: pg. 5/37
▪ Verband VEDV & VESV:
• VEDV – VESV = SV (Stroke Volume, slagvolume)
Bv. 1000 mL – 200 mL = 800 mL
• SV = x% VEDV = EF (Ejectiefractie)
Bv. 80% EF
• EF belangrijk voor classificaties
• SV x HF = HD of CO of hartminutenvolume (L/min)
Hartdebiet Cardiac output
Hartfrequentie
▪ Beïnvloedende factoren:
• EF:
- Systole arbeid (recht evenredig: ‘productie per tijdseenheid’).
- Afterload (omgekeerd evenredig: weerstand).
Systole arbeid F. l
- Dus: EF = = Inotropie
Afterload Afterload
o Kracht in het hart inotropie: afhankelijk van hoeveelheid contractiele eiwitten & aantal
sarcomeren. M.a.w. hoeveel is contractiel apparaat aanwezig en hoe functioneel is het?
o Beïnvloedende factoren: stress en rust ortho- en parasympaticus
Orthosympaticus: noradrenaline & adrenaline vrijgesteld, binden op het hart
hartfrequentie (chronotropie) stijgt en zorgen voor grotere Ca2+-influx meer binding op
troponine C meer myosine bindt op actine grotere contractiekracht (inotropie).
Dus: zowel chronotropie als inotropie stijgen.
o Verplaatsing van vloeistofcolon: sterk gedetermineerd door vulling verplaatsing gelijkstellen
aan VEDV & VESV (in normale omstandigheden). Geen lineaire verhouding (ondervulling,
optimale vulling en overvulling).
o Afterload: weerstand.
Bv 1. Door een vernauwing in bloedvat druk vergroot afterload vergroot.
Bv 2. Grotere viscositeit van het bloed bloed stroomt moeilijker afterload vergroot.
Dit is het geval bij EPO (erytropoëtine) (overmaat rode bloedcellen) en dyslipidemie
(stoornissen in de vetstofwisseling, te veel cholesterol en vetten in de circulatie).
• VEDV:
- Diastole:
1. Isovolumetrische relaxatie. Niet alleen spier, maar ook bindweefsel moet ontspannen.
Bv. Hartinfarct ischemie op bepaalde plaatsen hartspiercellen sterven af worden
vervangen door collageen minder elasticiteit compliantie (o.a. afhankelijk van
elasticiteit) daalt.
Hoe complianter, hoe meer het hart kan vullen.
Bv. tekort aan Mg+ beïnvloed compliantie: Ca2+-Mg+-ATPase-pomp in sarcoplasmatisch
reticulum. Te weinig Mg+ Ca2+ niet terug gepompt Ca2+ bindt op troponine myosine
kan binden op actine continu contraherend, stijf hart compliantie daalt ( vulling
daalt).
! Compliantie afhankelijk van elasticiteit en Ca2+-kinetiek !
2. Afterload weerstand, preload volume.
o Preload = hoeveelheid bloed die terug naar het hart gaat.
o Afhankelijk van bloedvolume (rechtstreeks evenredig) en veneuze capaciteit
(omgekeerd evenredig).
vasoconstrictie: ⌀2 < ⌀1
bij vasoconstrictie: bloed terug naar hart (te veel druk om naar arteriële zijde te stuwen)
preload stijgt.
Dus: veneuze capaciteit preload
vasodilatatie: ⌀3 > ⌀1
bij vasodilatatie: bloed naar arteriële zijde preload daalt.
Dus: veneuze capaciteit preload
3. Atriale systole: hoe krachtiger, hoe meer bloed in ventrikel gepompt.
Algemene Menselijke Fysiologie Cardiovasculair stelsel Sebastiaan Ornelis
,Algemene Menselijke Fysiologie Cardiovasculair stelsel Hoofdstuk: pg. 6/37
- Hartcyclus in 1 grafiek:
▪ y-as: linker ventrikelvolume & druk
▪ linker ventrikeldruk (LV-druk) vs. aortadruk:
• Fase 2: LV-druk stijgt maar blijft lager dan aortadruk,
aortadruk blijft constant (kleppen gesloten) + volume
blijft constant.
= isovolumetrische contractie.
• Begin fase 3 – eind fase 4: LV-druk wordt groter dan
aortadruk en neemt dan weer af + volume neemt sterk
af.
= ejectie.
• Begin fase 5: LV-druk lager dan aortadruk, maar veel
hoger dan atriale druk (LA-druk) + volume blijft gelijk
terwijl druk afneemt.
= isovolumetrische relaxatie diastole.
• Fase 6 – 7: begin fase 6 (v) LV-druk wordt lager dan
LA-druk atriale kleppen openen vulling linker
ventrikel.
- Afterload = weerstand waartegen iets moet weggepompt worden.
▪ Afhankelijk van:
1. Diameter bloedvat.
Bv. Adenosclerose (verharden van een inwendig orgaan, bv. de nier): te veel lipiden in bloed
lipiden reageren met endotheel klonter in bloedvat vernauwing bloedvat hogere
afterload.
2. Viscositeit bloed.
▪ Aantal rode bloedcellen (verhouding witte bloedcellen en bloedplaatjes t.o.v. rode bloedcellen is
klein).
Bv. Erytropoëtine (EPO) (hormoon, wordt in de nieren geproduceerd): stimuleert hematopoëse
(bloedvorming) meer rode bloedcellen gevormd en in circulatie bloed visceuzer
bloedcellen kitten samen afterload stijgt.
Cf. anemie (bloedarmoede, minder dan 40% erythropoëtine).
▪ Hoeveelheid eiwitten en vetten.
3. Bloedvolume.
▪ Overvulling: vaten overvuld verhoogde weerstand, want vloeistoffen zijn weinig
samendrukbaar.
- Preload = hoeveelheid bloed die terugstroomt naar het hart.
veneus + terugvallend uit aorta
▪ Afhankelijk van :
1. Bloedvolume.
2. (Acute) veneuze capaciteit.
Bv. stress orthosympatisch zenuwstelsel noradraline bindt op adrenerge α- en β-receptoren
(in bloedvat liever op α-receptor) α-receptor vasoconstrictie/β-receptor vasodilatatie.
bij vasoconstrictie: veneuze capaciteit neemt af, maar bloed moet weggepompt worden te veel
druk aan arteriële zijde, dus bloed naar het hart = toename preload.
bij vasodilatatie: veneuze capaciteit neemt toe bloed naar arteriën = afname preload.
Algemene Menselijke Fysiologie Cardiovasculair stelsel Sebastiaan Ornelis
, Algemene Menselijke Fysiologie Cardiovasculair stelsel Hoofdstuk: pg. 7/37
- Slagkracht van het hart wordt bepaald door…
▪ Ca2+-hoeveelheid.
▪ Hoeveelheid en interactiviteit contractiele eiwitten.
▪ Hoeveelheid beschikbare energie.
- Verplaatsing = EF (= inotropie) x VEDV (met zekere correctiefactor) dus: sterk afhankelijk van de
vulling.
- Waarom is vulling zo belangrijk in contractiliteit en verplaatsing?
▪ Spanning: actieve en passieve (uitrekking sarcomeren).
Contractiele eiwitten Bindweefsel en elastisch materiaal
▪ Bij passieve spanning: verre rekking (van de sarcomeren) opbouw potentiële energie omgezet in
kinetische energie.
▪ 3 fases:
1. Opbouw actieve spanning.
2. Optimale actieve spanning.
3. Te veel actieve spanning (door vulling) met opbouw
passieve spanning.
▪ Afname van de actieve spanning interactie actine-
myosine (Frank-Starlingmechanisme)
• A.1.: Ondervulling. Actine en myosinekopjes staan niet optimaal tegenover elkaar.
• A.2.: Verdere vulling. Betere plaatsing verdubbeling kracht.
• B.3.: Optimale vulling. Maximaal aantal
myosinekopjes vallen in op maximaal aantal actine-
bindingsplaatsen.
• C.4.: Overvulling. Sarcomeren te ver uitgerokken,
aantal bindende kopjes neemt weer af.
▪ Frank-Starlingmechanisme:
• In het hart: vulling.
• In skeletspier: rustlengte (inkorting en verlenging).
Bv. Kinderen met spasticiteit: deformiteiten inkorting spieren nooit optimale positionering en
binding actine-myosine geen optimale krachtsontwikkeling.
- Beïnvloedende factoren:
▪ Hart: enkel adrenerge β1-receptoren.
• Bij stress (zowel nerveus als humoraal) orthosympaticus actief: via de zenuwen en/of via de nieren
noradrenaline in het bloed binden op β1-receptoren positieve invloed op Ca2+-kinetiek
verhoogde hartslag en contractiekracht = positieve chronotropie (hartfrequentie) en positieve
inotropie (slagkracht).
• Bij rust parasympaticus actief: acetylcholine (Ach) in bloed Ach bindt op muscarinereceptoren
(M2) negatieve invloed op Ca2+-kinetiek verlaagde hartslag en contractiekracht = negatieve
chronotropie en negatieve inotropie (effect op inotropie groter dan op chronotropie).
Bij ganglia: orthosympaticus = parasympaticus (Ach bindt op nicotinereceptor).
Bij doelorgaan: orthosympaticus (adrenerge neurotransmitters) parasympaticus (acetylcholine).
Algemene Menselijke Fysiologie Cardiovasculair stelsel Sebastiaan Ornelis
