Werkcolleges Orgaansystemen
Werkcollege Hart 1: Het hart als elektrische pomp.......................................................2
Diversiteit in actiepotentialen.....................................................................................2
Rustmembraanpotentiaal en ionconcentraties..........................................................6
Excitatie-contractiekoppeling.....................................................................................7
Ventriculaire extrasystole...........................................................................................9
ECG puzzels............................................................................................................10
Mutaties in ionkanalen: QT......................................................................................11
Werkcollege Hart 2: Hart en circulatie.........................................................................12
Kleplekken...............................................................................................................12
Bloedverdeling en baroreceptorreflex......................................................................14
Casus hartinfarct......................................................................................................16
Wiggers diagram......................................................................................................17
Casus Wet van Poiseulle.........................................................................................18
Filtratie en absorptie in het capillaire bed................................................................19
,Werkcollege Hart 1: Het hart als elektrische pomp
Diversiteit in actiepotentialen
Het hart bevat vele verschillende soorten hartspiercellen waaronder contractiele
cardiomyocyten in de atria en ventrikels, en myocardiale autoritmische cellen in de
sinoatrial node, de sinusknoop, de atrioventriculaire knoop, AV-knoop en de
Purkinjevezels in de ventrikels (Bundel van His).
Autoritmische cellen genereren spontaan actiepotentialen zonder input van het
zenuwstelsel. Dit is mogelijk door de instabiliteit van de membraanpotentiaal van
de zogenaamde pacemakercellen: -60 mV, de pacemakerpotentiaal. Wanneer de
pacemakerpotentiaal depolariseert tot de drempelwaarde vormt er een
actiepotentiaal in de autoritmische cel, die wordt overgedragen aan andere
hartspiercellen.
De verschillende soorten hartspiercellen vertonen verschillende
actiepotentiaalvormen.
De celmembraanpotentiaal van autoritmische cellen is instabiel rond de -60 mV,
waarbij If-ionkanalen die zowel permeabel zijn voor natrium als kalium openstaan.
If-ionkanaal actiepotentiaal in autoritmische cellen
If ionkanalen zijn hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated channels.
Hyperpolarisatie activeert deze ionkanalen.
Wanneer de If-kanalen openen, wordt de influx van natrium groter dan de efflux van
kalium, waardoor de autoritmische cel depolariseert:
Door de geleidelijke depolarisatie sluiten de I f-kanalen en openen calciumkanalen.
De influx van calcium leidt tot verdere depolarisatie en het bereiken van de
drempelwaarde: pacemakerpotentiaal.
Bij de drempelwaarde gaat er een andere subtype voltage-gated calciumkanalen
open en met de snelle depolarisatie van de cel door de influx van calcium vormt de
actiepotentiaal. Dit is anders dan in exciteerbare cellen, waar de opening van
,voltage-gated natriumkanalen leidt tot depolarisatie bij de start van de
actiepotentiaal.
De calciumkanalen sluiten op de piek van de actiepotentiaal en “langzame”
kaliumkanalen zorgen met de efflux van kalium voor de repolarisatie.
De snelheid waarmee de pacemakercellen depolariseren bepaalt de hartfrequentie.
Het interval tussen de actiepotentialen kan veranderen door de permeabiliteit van de
autoritmische cellen voor verschillende ionen te beïnvloeden. Dit verandert de duur
van de pacemakerpotentiaal.
De depolarisatie van de pacemakerpotentiaal zou sneller worden door een
verhoogde calcium en natrium influx.
Actiepotentiaal in myocardiale contractiele cellen
Myocardiale contractiele cellen hebben een stabiel rustmembraanpotentiaal bij -90
mV. Wanneer depolarisatie binnenkomt via gap junctions, wordt de potentiaal
positiever en wordt bij bereik van de drempelwaarde een actiepotentiaal gevormd.
Voltage-gated natriumkanalen openen
en de influx van natrium depolariseert de
cel tot +20 mV. De natriumkanalen
sluiten en de cel repolariseert iets door kalium efflux.
De actiepotentiaal vormt een plateau door een combinatie van calcium influx en
kalium efflux door:
- een verminderde permeabiliteit voor kalium
- een verhoogde permeabiliteit voor calcium
Voltage-gated calciumkanalen zijn geactiveerd door de depolarisatie en leiden tot
influx van calcium. Tegelijkertijd sluiten een deel van de “snelle” kaliumkanalen.
Het plateau eindigt wanneer de calciumkanalen sluiten en de permeabiliteit voor
kalium toeneemt. De kalium influx leidt tot een snelle repolarisatie.
Deze “langzame” kaliumkanalen openen door depolarisatie, maar pas aan het eind
van de actiepotentiaal.
Vergelijking actiepotentialen
, In autoritmische cellen start de pacemakerpotentiaal bij -60 mV, waarbij bij het
bereiken van de drempelwaarde van -40 mV een actiepotentiaal ontstaat tot
onder 20 mV. De actiepotentiaal duurt +- 150 ms.
In contractiele hartspiercellen start de actiepotentiaal vanaf -90 mV tot +20 mV,
waarna de membraanpotentiaal iets afneemt en overgaat in een plateau rond 10
mV. De actiepotentiaal neemt vervolgens af. De actiepotentiaal duurt + 200 ms.
De ionkanalen in de twee cellen verschillen. Zo zijn de de calciumionkanalen in
ritmische en contractiele cellen niet hetzelfde. In autoritmische cellen openen de
calciumkanalen bij -50mV en sluiten zij bij +20 mV. De calciumkanalen in contractiele
cellen zijn langzamer en openen pas wanneer de cel volledig gedepolariseerd (+20
mV) is.
Ook bevatten autoritmische cellen bijvoorbeeld geen voltage-gated natriumkanalen.
Werkcollege Hart 1: Het hart als elektrische pomp.......................................................2
Diversiteit in actiepotentialen.....................................................................................2
Rustmembraanpotentiaal en ionconcentraties..........................................................6
Excitatie-contractiekoppeling.....................................................................................7
Ventriculaire extrasystole...........................................................................................9
ECG puzzels............................................................................................................10
Mutaties in ionkanalen: QT......................................................................................11
Werkcollege Hart 2: Hart en circulatie.........................................................................12
Kleplekken...............................................................................................................12
Bloedverdeling en baroreceptorreflex......................................................................14
Casus hartinfarct......................................................................................................16
Wiggers diagram......................................................................................................17
Casus Wet van Poiseulle.........................................................................................18
Filtratie en absorptie in het capillaire bed................................................................19
,Werkcollege Hart 1: Het hart als elektrische pomp
Diversiteit in actiepotentialen
Het hart bevat vele verschillende soorten hartspiercellen waaronder contractiele
cardiomyocyten in de atria en ventrikels, en myocardiale autoritmische cellen in de
sinoatrial node, de sinusknoop, de atrioventriculaire knoop, AV-knoop en de
Purkinjevezels in de ventrikels (Bundel van His).
Autoritmische cellen genereren spontaan actiepotentialen zonder input van het
zenuwstelsel. Dit is mogelijk door de instabiliteit van de membraanpotentiaal van
de zogenaamde pacemakercellen: -60 mV, de pacemakerpotentiaal. Wanneer de
pacemakerpotentiaal depolariseert tot de drempelwaarde vormt er een
actiepotentiaal in de autoritmische cel, die wordt overgedragen aan andere
hartspiercellen.
De verschillende soorten hartspiercellen vertonen verschillende
actiepotentiaalvormen.
De celmembraanpotentiaal van autoritmische cellen is instabiel rond de -60 mV,
waarbij If-ionkanalen die zowel permeabel zijn voor natrium als kalium openstaan.
If-ionkanaal actiepotentiaal in autoritmische cellen
If ionkanalen zijn hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated channels.
Hyperpolarisatie activeert deze ionkanalen.
Wanneer de If-kanalen openen, wordt de influx van natrium groter dan de efflux van
kalium, waardoor de autoritmische cel depolariseert:
Door de geleidelijke depolarisatie sluiten de I f-kanalen en openen calciumkanalen.
De influx van calcium leidt tot verdere depolarisatie en het bereiken van de
drempelwaarde: pacemakerpotentiaal.
Bij de drempelwaarde gaat er een andere subtype voltage-gated calciumkanalen
open en met de snelle depolarisatie van de cel door de influx van calcium vormt de
actiepotentiaal. Dit is anders dan in exciteerbare cellen, waar de opening van
,voltage-gated natriumkanalen leidt tot depolarisatie bij de start van de
actiepotentiaal.
De calciumkanalen sluiten op de piek van de actiepotentiaal en “langzame”
kaliumkanalen zorgen met de efflux van kalium voor de repolarisatie.
De snelheid waarmee de pacemakercellen depolariseren bepaalt de hartfrequentie.
Het interval tussen de actiepotentialen kan veranderen door de permeabiliteit van de
autoritmische cellen voor verschillende ionen te beïnvloeden. Dit verandert de duur
van de pacemakerpotentiaal.
De depolarisatie van de pacemakerpotentiaal zou sneller worden door een
verhoogde calcium en natrium influx.
Actiepotentiaal in myocardiale contractiele cellen
Myocardiale contractiele cellen hebben een stabiel rustmembraanpotentiaal bij -90
mV. Wanneer depolarisatie binnenkomt via gap junctions, wordt de potentiaal
positiever en wordt bij bereik van de drempelwaarde een actiepotentiaal gevormd.
Voltage-gated natriumkanalen openen
en de influx van natrium depolariseert de
cel tot +20 mV. De natriumkanalen
sluiten en de cel repolariseert iets door kalium efflux.
De actiepotentiaal vormt een plateau door een combinatie van calcium influx en
kalium efflux door:
- een verminderde permeabiliteit voor kalium
- een verhoogde permeabiliteit voor calcium
Voltage-gated calciumkanalen zijn geactiveerd door de depolarisatie en leiden tot
influx van calcium. Tegelijkertijd sluiten een deel van de “snelle” kaliumkanalen.
Het plateau eindigt wanneer de calciumkanalen sluiten en de permeabiliteit voor
kalium toeneemt. De kalium influx leidt tot een snelle repolarisatie.
Deze “langzame” kaliumkanalen openen door depolarisatie, maar pas aan het eind
van de actiepotentiaal.
Vergelijking actiepotentialen
, In autoritmische cellen start de pacemakerpotentiaal bij -60 mV, waarbij bij het
bereiken van de drempelwaarde van -40 mV een actiepotentiaal ontstaat tot
onder 20 mV. De actiepotentiaal duurt +- 150 ms.
In contractiele hartspiercellen start de actiepotentiaal vanaf -90 mV tot +20 mV,
waarna de membraanpotentiaal iets afneemt en overgaat in een plateau rond 10
mV. De actiepotentiaal neemt vervolgens af. De actiepotentiaal duurt + 200 ms.
De ionkanalen in de twee cellen verschillen. Zo zijn de de calciumionkanalen in
ritmische en contractiele cellen niet hetzelfde. In autoritmische cellen openen de
calciumkanalen bij -50mV en sluiten zij bij +20 mV. De calciumkanalen in contractiele
cellen zijn langzamer en openen pas wanneer de cel volledig gedepolariseerd (+20
mV) is.
Ook bevatten autoritmische cellen bijvoorbeeld geen voltage-gated natriumkanalen.
