Orgaanfysiologie (7SP) – J. Eggermont
H1: ADEMHALING
4.1 BASISBEGRIPPEN
- functies luchtwegen: gasuitwisseling, homeostase (pH), bescherming en spraak
- anatomie: long = luchtwegen (geleidingssysteem) + alveoli (gasuitwisseling)
thoraxwand en ademhalingsspier vormen pleuraholte = virtuele ruimte: pleurabladen ‘kleven’ aan elkaar
-> intrapleurale druk bepaalt longexpansie
- luchtwegen als geleidingssysteem: geleiding van lucht tot in alveoli + gastuitwisseling in respiratoire bronchioli en alveoli
-> bovenste luchtwegen: neus/mond/keel -> larynx en stembanden
-> onderste luchtwegen: tranchea -> bronchi -> bronchioli -> alveoli
- lucht in omgeving: Tomgeving, droog en bevat partikels ------> lucht in alveoli: 37°C, 100% vochtig en vrij van partikels
(want luchtwegenepitheel bestaat uit cilia (< trilharen) en slijmbekercellen -> slijmfilm: partikels gevangen en weggedreven door beweging trilharen)
4.2 GASWETTEN
- Wet van Ohm: V̇ = ΔP/R (R2 > R1 en P= --> V̇2 < V̇1) SI-eenheden: druk -> P in Pa [Patm = 105 Pa = 760 mm Hg]
- Ideale gaswet: PV = nRT (n1 > n2 en V= --> P1 > P2) frequentie -> f in s-1 [fademhaling = 15/min]
- Wet van Boyle: P1 * V1 = P2 * V2 debiet -> V̇ in m³/s [(teug) 7,5 l/min]
- Wet van Dalton: Ptotaal = P1 + P2 + … + Pn gasconstante -> R = 8,3 J/K.mol
- partieel drukken nemen af door bevochtiging o.w.v. toename van de partieeldruk van water! (waarden zie dia 18)
4.3 VENTILATIE
= bewegen van lucht in en uit de longen (𝑉̇ = ∆𝑃/𝑅)
4.3.1 Longvolumes en capaciteiten (spirometrie)
teugvolume 500ml (TV) vitale capaciteit = IRV + TV + ERV
inspiratoir reservevolume 3000ml (IRV) totale longcapaciteit = IRV + TV + ERV + RV
expiratoir reservevolume 1100ml (ERV)
residueel volume 1200ml (RV) -> berekenen!
- inademing (actief): contractie inademingsspieren -> Ppl↘ -> Vlong↗ -> Palv↘ < Patm -> ∆P < 0 mm Hg --> luchtstroom naar binnen
- uitademing (passief): relaxatie spieren en elasticiteit -> Ppl↗ -> Vlong↘ -> Palveoli↗ > Patm -> ∆P > 0 mm Hg --> luchtstroom naar buiten
- intrapleurale druk (3 mm Hg): resultaat van elasticiteit longweefsel en thoraxwand (tegengestelde krachten) -> varieert tijdens cyclus
-> transpulmonaire druk: Palv – Ppl -> toepassing pneumothorax: long doorboort -> ∆Ptp = 0 -> long valt plat
- ademhalingsarbeid: vereist voor uitzetten long (compliantie) en overwinnen weerstand
- longcompliantie: C = ∆V/∆P [groter = makkelijker uitrekbaar] -> afhankelijk van weefselsamenstelling (elastine) en surfactans
elastantie: E = ∆P/∆V = 1/C [groter = makkelijker terug naar beginvolume] -> afhankelijk van weefselsamenstelling en surfactans
pathologie: emfyseem: verlies elastinevezels -> C↗ en E↘ -> problemen met uitademing
longfibrose: bindweefselvorming -> C↘ en V↗ -> problemen met inademing
- oppervlaktespanning (T): P = 2T/r -> probleem: kleine alveoli collapsen o.w.v. te lage druk -> oplossing: surfactans = fosfatidylcholine (C↗)
pathologie: respiratory distress syndroom bij prematuren o.w.v. te weinig surfactans
8𝜂𝐿
- weerstand luchtwegen: 𝑅 = variabel: tranchae en bronchi -> mucusobstructie
𝜋𝑟 4
bronchioli -> modulering van bronchiale gladde spier
4.3.2 Longventilatie en alveolaire ventilatie
- totale longventilatie: TLV = f . TV <-> alveolaire ventilatie: AV = f . (TV – dode ruimte) [dode ruimte = 150ml]
- normale ademhaling = eupnee: PO2,alv = 100 mm Hg en PCO2,alv = 40 mm Hg
- hyperventilatie: PO2,alv > 100 mm Hg en PCO2,alv < 40 mm Hg (toename AV door TV↗ en/of AHF↗)
- hypoventilatie: PO2,alv < 100 mm Hg en PCO2,alv > 40 mm Hg (daling AV door TV↘ en/of AHF↘)
4.3.3 Ventilatie-perfusie verhouding
- perfusie = aan- en afvoer bloed in long -> debiet rechterhart
𝑉̇ 4,2 𝑙.𝑚𝑖𝑛−1
- = = 0,84 -> in apex long V/Q > 0,84 en in basis long V/Q < 0,84 (effect zwaartekracht)
𝑄̇ 5 𝑙.𝑚𝑖𝑛−1
- regelmechanismen: 1. hypercapnische bronchodilatatie: PCO2↗ -> verbeterde ventilatie van zone met hoge PCO2
2. hypoxische vasoconstrictie: PO2↘ -> bloed stroomt naar andere zones van de long
- pathologie: obstructief- (R↗, uitademing moeilijk, ESW↘) <-> destructief longlijden (C↘, inademing moeilijk, ESW=) [𝐸𝑆𝑊 = 𝐹𝐸𝑉1
𝐹𝑉𝐶
= 0,8]
(zie respons 1 en p.31!!)
4.4 GASUITWISSELING EN GASTRANSPORT IN DE LONGEN
= opname O2 en afgifte CO2 d.m.v. diffusie doorheen alveolaire wand
parameters: atriaal veneus pathologie:
- PO2 95 mm Hg 40 mm Hg hypoxie
- PCO2 40 mm Hg 46 mm Hg hypercapnie
- pH (CO2 + H2O -> HCO3- + H+) 7,4 7,37 respiratoire acidosis (PCO2↗ -> pH↘)
1
, 4.4.1 Gasuitwisseling in de alveoli door diffusie
- alveoli = longblaasjes: eindpunt luchtwegen, éénlagig epitheel < type I + II (secretie surfactans) cellen en interstitiële ruimte < elastine + collageen
- pulmonaal vaatstelsel: arteria pulmonalis is zuurstofarm (blauw) en venae pulmonalis is zuurstofrijk (rood)
𝐴. 𝑆
- 𝑉̇ ∼ . ∆𝑃 met ∆P = Pgas,alv – Pgas,bloed -> afhankelijk van samenstelling ingeademde lucht en alveolaire ventilatie
𝑑
S = oplosbaarheidscoëfficiënt: [gas] = Sgas . Pgas
- diffusiebeperking (evenwicht niet bereikt, bv. CO) <-> perfusiebeperking (evenwicht wel bereikt, bv. O2 en CO2)
- pathologie: o emfiseem: vernietiging alveoli -> A↘ -> PO2 laag
o longfibrose: verdikking alveolair membraan -> d↗ en E↗ -> PO2 laag
o oedeem: vochtopstapeling in interstitiële ruimte -> d↗ -> PO2 laag
o astma: constrictie bronchioli -> R↗ en ∆P↘ -> AV laag -> PO2 laag
4.4.2 Transport van gassen in het bloed
4.4.2.1 Zuurstof
- opgelost in bloed: 2%
- gebonden aan hemoglobine: 98% -> afhankelijk van: PO2,art (saturatiecurve)
hoeveelheid Hb in bloed (= Hb/RBC . #RBC)
saturatiecurve: veneus bloed (75% Hb) <-> arterieel bloed (98% Hb)
--> rechtsverschuiving bij pH↘, T↗ en PCO2↗ => minder O2 gebonden
--> weinig effect voor PO2 100 mm Hg en grote effecten voor PO2 40 mm Hg (= in rustende cellen!)
4.4.2.2 Koolstofdioxide
- opgelost in bloed: 7% (hogere oplosbaarheid dan O2)
- gebonden aan hemoglobine: 23% (binding aan -NH2 groepen)
- conversie naar HCO3: 70% (gekatalyseerd door koolzuuranhydrase)
hypercapnie => acidose en depressie CSZ
koolzuuranhydrase (o.a. in RBC): weefsels (hoge PCO2 46): CO2 -> H+ + HCO3- => H+ aan Hb = buffer
=> HCO3- naar plasma via anionenwisselaar (Cl-)
+ -
longen (lage PCO2 40): H + HCO3 -> CO2 => CO2 naar plasma en verder naar alveoli
4.5 REGELING VAN DE ADEMHALING
- controlenetwerk: hersenstam -> pacemaker neuronen controleren ritmische activiteit (negatief feedback systeem)
o perifere chemosensor (in aorta- en carotislichaampjes -> PCO2, PO2 en pH):
bv. PO2↘ -> K+ kanaal sluit -> depolarisatie -> neurotransmissie -> activering afferent neuron -> AP naar CSZ
o centrale chemosensor (in hersenstam -> PCO2 via pH): verlies respons bij chronische stijging/daling PCO2
PCO2↗ -> CO2 door BBB naar cerebrospinaal vocht -> HCO3- + H+ -> pHCSV↘ -> activering controlecentrum
- effector: motorische zenuwen -> activeren ademhalingsspieren
H2: NIERFYSIOLOGIE
2.1 BASISBEGRIPPEN
- structuur van de nier en nefronen (zie p. 50-51!!)
- samenstelling urine in functie van nefron: volumereductie, wijziging osmolariteit en wijziging chemische samenstelling
- ADH -> meer reabsorptie water (osmolariteit daalt) -> diurese: +ADH en antidiurese: -ADH
- massabalans: Excretie = Filtratie – Reabsorptie + Secretie
2.2 GLOMERULAIRE FILTRATIE (in lichaampje van Malpighi)
2.2.1 Werking
- ‘zeefwerking’: filtratie i.f.v. lading (+ > 0 > -) en grootte (klein > groot, bepaald door kleinste diameter = filtratiespleten)
- drijvende kracht = drukverschil tussen capillair lumen en kapsel van Bowman
- filtratiebarrière (3-lagig): 1. capillair endotheel van glomerulus: gefenestreerd (< poriën), glycocalix (neg. lading)
2. basale membraan: neg. lading
3. podocyten: < voetjes (wikkelen rond capillair) en filtratiespleten (poriën) -> eiwitten: podocine en nefrine
- mechanisme = Starling krachten: GFR = Kf *[(Pgc – Pbs) – (πgc – πbs)]
gemiddelde waarden: [GFR = 180l/dag] [Pgc = 55mm Hg] [Pbs = 15mm Hg] [πgc = 30mm Hg] [πbs = 0mm Hg] --> netto filtratiedruk = 10mm Hg
- weerstanden: Rnier = RAff + REff -> invloed op bep. factoren: o Aff constrictie: Rnier↗ + RBF↘ (renaal bloeddebiet) + Pgc↗ + Pf↗ + GFR↗
o Eff constrictie: Rnier↗ + RBF↘ + Pgc↘ + Pf↘ + GFR↘
-> RAff > REff = afferente constrictie en REff > RAff = efferente vasoconstrictie
2.2.2 (Auto)regulatie
- GFR constant bij bloeddruk [80 - 180mm Hg] -> regeling vnl. d.m.v. afferente weerstand
- regeling: bloeddruk ↗ -> RAff/REff ↗ -> Pgc↘ -> GFR constant bloeddruk↘ -> RAff/REff ↘ -> Pgc↗ -> GFR constant
- mechanismen: o myogene respons afferente arteriolen: bloeddruk↗ -> vaatwand rekt uit -> act. ionkanalen -> depol. -> contractie -> R↗
o tubuloglomerulaire feedback (via juxtaglomerulair apparaat): CFR↘ -> flow↗ -> macula densa: paracrien signaal -> R↗
- hormonale regeling: o Orthosympathicus, noradrenerge vasoconstrictie: Rnier↗ -> RBF↘ -> GFR↘ -> minder urineproductie
o Angiotensine II -> daling GFR (effect op Kf -> constrictie podocyten -> kleiner filtratieoppervlak)
2
H1: ADEMHALING
4.1 BASISBEGRIPPEN
- functies luchtwegen: gasuitwisseling, homeostase (pH), bescherming en spraak
- anatomie: long = luchtwegen (geleidingssysteem) + alveoli (gasuitwisseling)
thoraxwand en ademhalingsspier vormen pleuraholte = virtuele ruimte: pleurabladen ‘kleven’ aan elkaar
-> intrapleurale druk bepaalt longexpansie
- luchtwegen als geleidingssysteem: geleiding van lucht tot in alveoli + gastuitwisseling in respiratoire bronchioli en alveoli
-> bovenste luchtwegen: neus/mond/keel -> larynx en stembanden
-> onderste luchtwegen: tranchea -> bronchi -> bronchioli -> alveoli
- lucht in omgeving: Tomgeving, droog en bevat partikels ------> lucht in alveoli: 37°C, 100% vochtig en vrij van partikels
(want luchtwegenepitheel bestaat uit cilia (< trilharen) en slijmbekercellen -> slijmfilm: partikels gevangen en weggedreven door beweging trilharen)
4.2 GASWETTEN
- Wet van Ohm: V̇ = ΔP/R (R2 > R1 en P= --> V̇2 < V̇1) SI-eenheden: druk -> P in Pa [Patm = 105 Pa = 760 mm Hg]
- Ideale gaswet: PV = nRT (n1 > n2 en V= --> P1 > P2) frequentie -> f in s-1 [fademhaling = 15/min]
- Wet van Boyle: P1 * V1 = P2 * V2 debiet -> V̇ in m³/s [(teug) 7,5 l/min]
- Wet van Dalton: Ptotaal = P1 + P2 + … + Pn gasconstante -> R = 8,3 J/K.mol
- partieel drukken nemen af door bevochtiging o.w.v. toename van de partieeldruk van water! (waarden zie dia 18)
4.3 VENTILATIE
= bewegen van lucht in en uit de longen (𝑉̇ = ∆𝑃/𝑅)
4.3.1 Longvolumes en capaciteiten (spirometrie)
teugvolume 500ml (TV) vitale capaciteit = IRV + TV + ERV
inspiratoir reservevolume 3000ml (IRV) totale longcapaciteit = IRV + TV + ERV + RV
expiratoir reservevolume 1100ml (ERV)
residueel volume 1200ml (RV) -> berekenen!
- inademing (actief): contractie inademingsspieren -> Ppl↘ -> Vlong↗ -> Palv↘ < Patm -> ∆P < 0 mm Hg --> luchtstroom naar binnen
- uitademing (passief): relaxatie spieren en elasticiteit -> Ppl↗ -> Vlong↘ -> Palveoli↗ > Patm -> ∆P > 0 mm Hg --> luchtstroom naar buiten
- intrapleurale druk (3 mm Hg): resultaat van elasticiteit longweefsel en thoraxwand (tegengestelde krachten) -> varieert tijdens cyclus
-> transpulmonaire druk: Palv – Ppl -> toepassing pneumothorax: long doorboort -> ∆Ptp = 0 -> long valt plat
- ademhalingsarbeid: vereist voor uitzetten long (compliantie) en overwinnen weerstand
- longcompliantie: C = ∆V/∆P [groter = makkelijker uitrekbaar] -> afhankelijk van weefselsamenstelling (elastine) en surfactans
elastantie: E = ∆P/∆V = 1/C [groter = makkelijker terug naar beginvolume] -> afhankelijk van weefselsamenstelling en surfactans
pathologie: emfyseem: verlies elastinevezels -> C↗ en E↘ -> problemen met uitademing
longfibrose: bindweefselvorming -> C↘ en V↗ -> problemen met inademing
- oppervlaktespanning (T): P = 2T/r -> probleem: kleine alveoli collapsen o.w.v. te lage druk -> oplossing: surfactans = fosfatidylcholine (C↗)
pathologie: respiratory distress syndroom bij prematuren o.w.v. te weinig surfactans
8𝜂𝐿
- weerstand luchtwegen: 𝑅 = variabel: tranchae en bronchi -> mucusobstructie
𝜋𝑟 4
bronchioli -> modulering van bronchiale gladde spier
4.3.2 Longventilatie en alveolaire ventilatie
- totale longventilatie: TLV = f . TV <-> alveolaire ventilatie: AV = f . (TV – dode ruimte) [dode ruimte = 150ml]
- normale ademhaling = eupnee: PO2,alv = 100 mm Hg en PCO2,alv = 40 mm Hg
- hyperventilatie: PO2,alv > 100 mm Hg en PCO2,alv < 40 mm Hg (toename AV door TV↗ en/of AHF↗)
- hypoventilatie: PO2,alv < 100 mm Hg en PCO2,alv > 40 mm Hg (daling AV door TV↘ en/of AHF↘)
4.3.3 Ventilatie-perfusie verhouding
- perfusie = aan- en afvoer bloed in long -> debiet rechterhart
𝑉̇ 4,2 𝑙.𝑚𝑖𝑛−1
- = = 0,84 -> in apex long V/Q > 0,84 en in basis long V/Q < 0,84 (effect zwaartekracht)
𝑄̇ 5 𝑙.𝑚𝑖𝑛−1
- regelmechanismen: 1. hypercapnische bronchodilatatie: PCO2↗ -> verbeterde ventilatie van zone met hoge PCO2
2. hypoxische vasoconstrictie: PO2↘ -> bloed stroomt naar andere zones van de long
- pathologie: obstructief- (R↗, uitademing moeilijk, ESW↘) <-> destructief longlijden (C↘, inademing moeilijk, ESW=) [𝐸𝑆𝑊 = 𝐹𝐸𝑉1
𝐹𝑉𝐶
= 0,8]
(zie respons 1 en p.31!!)
4.4 GASUITWISSELING EN GASTRANSPORT IN DE LONGEN
= opname O2 en afgifte CO2 d.m.v. diffusie doorheen alveolaire wand
parameters: atriaal veneus pathologie:
- PO2 95 mm Hg 40 mm Hg hypoxie
- PCO2 40 mm Hg 46 mm Hg hypercapnie
- pH (CO2 + H2O -> HCO3- + H+) 7,4 7,37 respiratoire acidosis (PCO2↗ -> pH↘)
1
, 4.4.1 Gasuitwisseling in de alveoli door diffusie
- alveoli = longblaasjes: eindpunt luchtwegen, éénlagig epitheel < type I + II (secretie surfactans) cellen en interstitiële ruimte < elastine + collageen
- pulmonaal vaatstelsel: arteria pulmonalis is zuurstofarm (blauw) en venae pulmonalis is zuurstofrijk (rood)
𝐴. 𝑆
- 𝑉̇ ∼ . ∆𝑃 met ∆P = Pgas,alv – Pgas,bloed -> afhankelijk van samenstelling ingeademde lucht en alveolaire ventilatie
𝑑
S = oplosbaarheidscoëfficiënt: [gas] = Sgas . Pgas
- diffusiebeperking (evenwicht niet bereikt, bv. CO) <-> perfusiebeperking (evenwicht wel bereikt, bv. O2 en CO2)
- pathologie: o emfiseem: vernietiging alveoli -> A↘ -> PO2 laag
o longfibrose: verdikking alveolair membraan -> d↗ en E↗ -> PO2 laag
o oedeem: vochtopstapeling in interstitiële ruimte -> d↗ -> PO2 laag
o astma: constrictie bronchioli -> R↗ en ∆P↘ -> AV laag -> PO2 laag
4.4.2 Transport van gassen in het bloed
4.4.2.1 Zuurstof
- opgelost in bloed: 2%
- gebonden aan hemoglobine: 98% -> afhankelijk van: PO2,art (saturatiecurve)
hoeveelheid Hb in bloed (= Hb/RBC . #RBC)
saturatiecurve: veneus bloed (75% Hb) <-> arterieel bloed (98% Hb)
--> rechtsverschuiving bij pH↘, T↗ en PCO2↗ => minder O2 gebonden
--> weinig effect voor PO2 100 mm Hg en grote effecten voor PO2 40 mm Hg (= in rustende cellen!)
4.4.2.2 Koolstofdioxide
- opgelost in bloed: 7% (hogere oplosbaarheid dan O2)
- gebonden aan hemoglobine: 23% (binding aan -NH2 groepen)
- conversie naar HCO3: 70% (gekatalyseerd door koolzuuranhydrase)
hypercapnie => acidose en depressie CSZ
koolzuuranhydrase (o.a. in RBC): weefsels (hoge PCO2 46): CO2 -> H+ + HCO3- => H+ aan Hb = buffer
=> HCO3- naar plasma via anionenwisselaar (Cl-)
+ -
longen (lage PCO2 40): H + HCO3 -> CO2 => CO2 naar plasma en verder naar alveoli
4.5 REGELING VAN DE ADEMHALING
- controlenetwerk: hersenstam -> pacemaker neuronen controleren ritmische activiteit (negatief feedback systeem)
o perifere chemosensor (in aorta- en carotislichaampjes -> PCO2, PO2 en pH):
bv. PO2↘ -> K+ kanaal sluit -> depolarisatie -> neurotransmissie -> activering afferent neuron -> AP naar CSZ
o centrale chemosensor (in hersenstam -> PCO2 via pH): verlies respons bij chronische stijging/daling PCO2
PCO2↗ -> CO2 door BBB naar cerebrospinaal vocht -> HCO3- + H+ -> pHCSV↘ -> activering controlecentrum
- effector: motorische zenuwen -> activeren ademhalingsspieren
H2: NIERFYSIOLOGIE
2.1 BASISBEGRIPPEN
- structuur van de nier en nefronen (zie p. 50-51!!)
- samenstelling urine in functie van nefron: volumereductie, wijziging osmolariteit en wijziging chemische samenstelling
- ADH -> meer reabsorptie water (osmolariteit daalt) -> diurese: +ADH en antidiurese: -ADH
- massabalans: Excretie = Filtratie – Reabsorptie + Secretie
2.2 GLOMERULAIRE FILTRATIE (in lichaampje van Malpighi)
2.2.1 Werking
- ‘zeefwerking’: filtratie i.f.v. lading (+ > 0 > -) en grootte (klein > groot, bepaald door kleinste diameter = filtratiespleten)
- drijvende kracht = drukverschil tussen capillair lumen en kapsel van Bowman
- filtratiebarrière (3-lagig): 1. capillair endotheel van glomerulus: gefenestreerd (< poriën), glycocalix (neg. lading)
2. basale membraan: neg. lading
3. podocyten: < voetjes (wikkelen rond capillair) en filtratiespleten (poriën) -> eiwitten: podocine en nefrine
- mechanisme = Starling krachten: GFR = Kf *[(Pgc – Pbs) – (πgc – πbs)]
gemiddelde waarden: [GFR = 180l/dag] [Pgc = 55mm Hg] [Pbs = 15mm Hg] [πgc = 30mm Hg] [πbs = 0mm Hg] --> netto filtratiedruk = 10mm Hg
- weerstanden: Rnier = RAff + REff -> invloed op bep. factoren: o Aff constrictie: Rnier↗ + RBF↘ (renaal bloeddebiet) + Pgc↗ + Pf↗ + GFR↗
o Eff constrictie: Rnier↗ + RBF↘ + Pgc↘ + Pf↘ + GFR↘
-> RAff > REff = afferente constrictie en REff > RAff = efferente vasoconstrictie
2.2.2 (Auto)regulatie
- GFR constant bij bloeddruk [80 - 180mm Hg] -> regeling vnl. d.m.v. afferente weerstand
- regeling: bloeddruk ↗ -> RAff/REff ↗ -> Pgc↘ -> GFR constant bloeddruk↘ -> RAff/REff ↘ -> Pgc↗ -> GFR constant
- mechanismen: o myogene respons afferente arteriolen: bloeddruk↗ -> vaatwand rekt uit -> act. ionkanalen -> depol. -> contractie -> R↗
o tubuloglomerulaire feedback (via juxtaglomerulair apparaat): CFR↘ -> flow↗ -> macula densa: paracrien signaal -> R↗
- hormonale regeling: o Orthosympathicus, noradrenerge vasoconstrictie: Rnier↗ -> RBF↘ -> GFR↘ -> minder urineproductie
o Angiotensine II -> daling GFR (effect op Kf -> constrictie podocyten -> kleiner filtratieoppervlak)
2
