Orgaanfysiologie en pathofysiologie II
1. Inleiding
Interdepency of things:
• Alles is met elkaar verbonden
• Maakt het leven mogelijk
Complexe systemen:
• Wordt bestudeerd door de fysiologie
• Alles is opgebouwd uit complexe systemen, ook het leven
Gedrag:
• Complex, maar wel georganiseerd
• Voor elk systeem hetzelfde (vb. lichaam, temperatuur, aandelenkoers, weerkunde …)
• Vertonen emergente eigenschappen
Emergente eigenschappen:
• Eigenschappen van een systeem, die niet afkomstig zijn van één van de onderliggende
componenten
• Uiting van de meerwaarde van de ‘samenhang’ tussen de componenten van dat systeem
• Wanneer men enkel naar de afzonderlijke delen gaat kijken (reductionistische wetenschap
= uiteenrafelen van een geheel in kleinere delen met het risico op het verliezen van de
samenwerking van de verschillende componenten), gaan de emergente eigenschappen
verloren → het geheel is meer dan de som van de delen
Zelforganisatie:
• Belangrijke voorwaarde voordat emergentie kan optreden
Newtoniaanse wetenschap:
• Tegenovergestelde van de studie van complexe systemen
• Alle complexe/chaotische eigenschappen worden weg gefilterd
• Vb. geen wrijving, voorwerp is niet vervormbaar …
Studie van complexe systemen:
• Componenten van het systeem communiceren met elkaar en met de omgeving
= open systeem
• De gevolgen van deze communicatie verlopen meestal niet-lineair → kleine veranderingen,
hebben grote gevolgen
• Het systeem is nooit in evenwicht, maar streeft er wel naar → interface tussen orde en
chaos
• Het gedrag van zo’n systeem is extreem, maar wel gedetermineerd → verloopt volgens
bepaalde wetmatigheden
1
,Belangrijke voorbeelden:
Het leven:
• Emergente eigenschap van het lichaam, die ontstaat door de complexe, dynamische
interacties van biomoleculen, cellen, organen en orgaansystemen
Gezondheid en homeostase:
• Fysiologische toestand van ‘steady-state’ of ‘evenwicht’ van een complex adaptief systeem,
kan weerstand bieden aan storingen dankzij adaptieve reacties
Pre-ziekte:
• Systeem is in evenwicht maar kan minder weerstand bieden aan storingen (omgeving,
genetisch, …) dankzij slechtwerkende adaptieve reacties
Ziekte:
• Uiting van het uit evenwicht geraken, of ‘falen van het behoud van gezondheid’
• Falen van een complex gedrag (van zelf-stabiliserende systemen)
Fysiologie:
• Gaat opzoek naar functionele verklaringen van evenwichten en naar de werking van
(mal)adaptieve mechanismen
Niet-functioneel verklarende/functionele wetenschap:
• Enkel beschrijvende wetenschap
• Gaat niet opzoek naar de relatie tussen de verschillende delen (emergente eigenschappen)
• Vb. systeembiologie, -omics
Scale free network:
• Mijlpaal in de studie van complexe systemen
• Bevatten hubs en nodes
• Hubs = veel invloed, maar weinig in aantal
• Nodes = weinig invloed, maar veel in aantal
• Hyperbolische relatie
• Hubs hebben de grootste invloed, wanneer men het
systeem wil veranderen, moet men proberen om het
gedrag van de hubs te veranderen (vb. modetrends)
Menselijke lichaam:
• Elk niveau van complexiteit is bestaat uit een ‘scale free network’
Medicatie:
• Molecule dat bindt aan een eiwit
• Doel: gedrag van network veranderen → gedrag van hub veranderen
• Medicijn moet aanvallen op hub
• Wat hub is in het menselijke lichaam is nog niet duidelijk
2
,2. Circulatoir stelsel
2.1 Functionele opbouw
→ niet noodzakelijk, want er bestaat organismen zonder circulatoir stelsel (hart en bloedvaten)
Functie:
• Communicatie tussen alle verschillende cellen met hun omgeving
• Aanvoer van voedingsstoffen en zuurstof
• Afvoer van afvalstoffen
Verschillende soorten organisme:
Unicellulaire organisme:
• Vb. bacteriën
• Heeft geen circulatoir stelsel
• De cel staat zelf in contact met zijn omgeving
Multicellulaire organisme:
• Vb. sponzen, kwallen, wieren …
• Typische structuren/instulpingen die diffusie mogelijk maakt tussen de verschillende cellen
• Binnenste cellen staan zo ook in contact met de omgeving
Circulatoire organismen met 1 pomp:
• Vb. vissen
• Introductie van het circulatoir stelsel
• Bevat bloed = transportmiddel
• Bloed wisselt stoffen uit met de omgeving en met alle individuele cellen (die niet rechtsreeks
in contact staan met de omgeving) → 2 uitwisselingsoppervlakken
• Bij vissen: kieuwen voor lucht, maagdarmstelsel voor voeding en opgeloste stoffen,
schubben voor temperatuur
• Organismen zijn niet te groot waardoor er maar 1 pomp nodig is
Circulatoire organismen met 2 pompen:
• Vb. zoogdieren (mens)
• Krachtigere pomp nodig
• Pomp is ontdubbeld in:
Linker pomp → vormt de grote bloedsomploop (GBO)
Rechter pomp → vormt de kleine bloedsomloop (KBO)
• Kieuwen zijn geïnternaliseerd = longen
Voordeel: bescherming door borstkas
Nadeel: noodzakelijk om te ademen, zodat de lucht in longblaasjes zo gelijk mogelijk is aan
de lucht van de omgeving
3
, Anatomie/begrippen circulatoir systeem:
Atrium:
• Voorkamer
• Dun gespierde wand
Ventrikel:
• Kamer
• Sterk gespierde wand
Arterie:
• Slagader
• Zorgt voor het transport van bloed van het hart naar de rest van het lichaam
Arteriolen:
• Aftakking van arterie
Capillairen:
• Aftakking van arteriolen
• Elke cel maakt contact met een capillair
• Zorgt voor uitwisseling van stoffen tussen bloed en organen
• Vormen vaatbedden
Venen:
• Transport van zuurstofarm bloed van organen naar hart
Capillair bed:
• Capillair netwerk
• Vaatbedden van longen zijn serie geschakeld
• Vaatbedden van de andere organen zijn parallel geschakeld
Aorta:
• Slagaders
• Vertrekt vanuit linker ventrikel
• Er stroomt 5L bloed per minuut door de aorta → heel gespierde wand
• Vervolgens wordt het bloed verspreid over de verschillende capillaire bedden
• Enkel de longen ontvangen 5L bloed/minuut, de andere organen minder
Capillair bed in hartspier:
• Noodzakelijk
• Geen diffusie mogelijk in hart, want:
→ te traag
→ hartspier is te dik
4
1. Inleiding
Interdepency of things:
• Alles is met elkaar verbonden
• Maakt het leven mogelijk
Complexe systemen:
• Wordt bestudeerd door de fysiologie
• Alles is opgebouwd uit complexe systemen, ook het leven
Gedrag:
• Complex, maar wel georganiseerd
• Voor elk systeem hetzelfde (vb. lichaam, temperatuur, aandelenkoers, weerkunde …)
• Vertonen emergente eigenschappen
Emergente eigenschappen:
• Eigenschappen van een systeem, die niet afkomstig zijn van één van de onderliggende
componenten
• Uiting van de meerwaarde van de ‘samenhang’ tussen de componenten van dat systeem
• Wanneer men enkel naar de afzonderlijke delen gaat kijken (reductionistische wetenschap
= uiteenrafelen van een geheel in kleinere delen met het risico op het verliezen van de
samenwerking van de verschillende componenten), gaan de emergente eigenschappen
verloren → het geheel is meer dan de som van de delen
Zelforganisatie:
• Belangrijke voorwaarde voordat emergentie kan optreden
Newtoniaanse wetenschap:
• Tegenovergestelde van de studie van complexe systemen
• Alle complexe/chaotische eigenschappen worden weg gefilterd
• Vb. geen wrijving, voorwerp is niet vervormbaar …
Studie van complexe systemen:
• Componenten van het systeem communiceren met elkaar en met de omgeving
= open systeem
• De gevolgen van deze communicatie verlopen meestal niet-lineair → kleine veranderingen,
hebben grote gevolgen
• Het systeem is nooit in evenwicht, maar streeft er wel naar → interface tussen orde en
chaos
• Het gedrag van zo’n systeem is extreem, maar wel gedetermineerd → verloopt volgens
bepaalde wetmatigheden
1
,Belangrijke voorbeelden:
Het leven:
• Emergente eigenschap van het lichaam, die ontstaat door de complexe, dynamische
interacties van biomoleculen, cellen, organen en orgaansystemen
Gezondheid en homeostase:
• Fysiologische toestand van ‘steady-state’ of ‘evenwicht’ van een complex adaptief systeem,
kan weerstand bieden aan storingen dankzij adaptieve reacties
Pre-ziekte:
• Systeem is in evenwicht maar kan minder weerstand bieden aan storingen (omgeving,
genetisch, …) dankzij slechtwerkende adaptieve reacties
Ziekte:
• Uiting van het uit evenwicht geraken, of ‘falen van het behoud van gezondheid’
• Falen van een complex gedrag (van zelf-stabiliserende systemen)
Fysiologie:
• Gaat opzoek naar functionele verklaringen van evenwichten en naar de werking van
(mal)adaptieve mechanismen
Niet-functioneel verklarende/functionele wetenschap:
• Enkel beschrijvende wetenschap
• Gaat niet opzoek naar de relatie tussen de verschillende delen (emergente eigenschappen)
• Vb. systeembiologie, -omics
Scale free network:
• Mijlpaal in de studie van complexe systemen
• Bevatten hubs en nodes
• Hubs = veel invloed, maar weinig in aantal
• Nodes = weinig invloed, maar veel in aantal
• Hyperbolische relatie
• Hubs hebben de grootste invloed, wanneer men het
systeem wil veranderen, moet men proberen om het
gedrag van de hubs te veranderen (vb. modetrends)
Menselijke lichaam:
• Elk niveau van complexiteit is bestaat uit een ‘scale free network’
Medicatie:
• Molecule dat bindt aan een eiwit
• Doel: gedrag van network veranderen → gedrag van hub veranderen
• Medicijn moet aanvallen op hub
• Wat hub is in het menselijke lichaam is nog niet duidelijk
2
,2. Circulatoir stelsel
2.1 Functionele opbouw
→ niet noodzakelijk, want er bestaat organismen zonder circulatoir stelsel (hart en bloedvaten)
Functie:
• Communicatie tussen alle verschillende cellen met hun omgeving
• Aanvoer van voedingsstoffen en zuurstof
• Afvoer van afvalstoffen
Verschillende soorten organisme:
Unicellulaire organisme:
• Vb. bacteriën
• Heeft geen circulatoir stelsel
• De cel staat zelf in contact met zijn omgeving
Multicellulaire organisme:
• Vb. sponzen, kwallen, wieren …
• Typische structuren/instulpingen die diffusie mogelijk maakt tussen de verschillende cellen
• Binnenste cellen staan zo ook in contact met de omgeving
Circulatoire organismen met 1 pomp:
• Vb. vissen
• Introductie van het circulatoir stelsel
• Bevat bloed = transportmiddel
• Bloed wisselt stoffen uit met de omgeving en met alle individuele cellen (die niet rechtsreeks
in contact staan met de omgeving) → 2 uitwisselingsoppervlakken
• Bij vissen: kieuwen voor lucht, maagdarmstelsel voor voeding en opgeloste stoffen,
schubben voor temperatuur
• Organismen zijn niet te groot waardoor er maar 1 pomp nodig is
Circulatoire organismen met 2 pompen:
• Vb. zoogdieren (mens)
• Krachtigere pomp nodig
• Pomp is ontdubbeld in:
Linker pomp → vormt de grote bloedsomploop (GBO)
Rechter pomp → vormt de kleine bloedsomloop (KBO)
• Kieuwen zijn geïnternaliseerd = longen
Voordeel: bescherming door borstkas
Nadeel: noodzakelijk om te ademen, zodat de lucht in longblaasjes zo gelijk mogelijk is aan
de lucht van de omgeving
3
, Anatomie/begrippen circulatoir systeem:
Atrium:
• Voorkamer
• Dun gespierde wand
Ventrikel:
• Kamer
• Sterk gespierde wand
Arterie:
• Slagader
• Zorgt voor het transport van bloed van het hart naar de rest van het lichaam
Arteriolen:
• Aftakking van arterie
Capillairen:
• Aftakking van arteriolen
• Elke cel maakt contact met een capillair
• Zorgt voor uitwisseling van stoffen tussen bloed en organen
• Vormen vaatbedden
Venen:
• Transport van zuurstofarm bloed van organen naar hart
Capillair bed:
• Capillair netwerk
• Vaatbedden van longen zijn serie geschakeld
• Vaatbedden van de andere organen zijn parallel geschakeld
Aorta:
• Slagaders
• Vertrekt vanuit linker ventrikel
• Er stroomt 5L bloed per minuut door de aorta → heel gespierde wand
• Vervolgens wordt het bloed verspreid over de verschillende capillaire bedden
• Enkel de longen ontvangen 5L bloed/minuut, de andere organen minder
Capillair bed in hartspier:
• Noodzakelijk
• Geen diffusie mogelijk in hart, want:
→ te traag
→ hartspier is te dik
4
