Samenvatting Sturing en Stofwisseling
The Developing Human, Boron&Boulpaep, Clinically Oriented Anatomy, Histology
Leerpad thema 1 Regelkringen
HC1 Sturing en stofwisseling inleiding
- Sturing en stofwisseling
o De mens is een system vol regelmechanismen, van de geboorte tot de dood
o Veel sturing is autonoom, maar wel beïnvloedbaar door de wil
o De stofwisseling van het lichaam omvat alle chemische en fysische processen die
betrokken zijn bij de productie van energie, energieafgifte en groei(opslag) (bv.
vertering, verplaatsing en verbranding)
o Stofwisselingsprocessen kunnen katabool (afbraak) of anabool (vorming van stoffen)
zijn
o Centrale begrippen zijn temperatuur en energie
o Alle leven, dus ook menselijk leven, is onderworpen aan alle wetten van de
thermodynamica
- Thermodynamische wetten
o Nulde wet: mensen zijn homeotherm (warmbloedig) en hebben een constante
temperatuur gedurende alle levensfasen
o Eerste wet: behoud van energie. Alle energie uit de opgenomen voedingsstoffen
manifesteert zich uiteindelijk als warmte, arbeid, of groei (opslag)
▪ Behoud van energie (vrije (chemische) energie, warmte en beweging)
▪ Energie-eenheid: joule (bewegingsenergie-eenheid) en calorie (warmte-
eenheid)
▪ Stofwisseling: gebruik van calorie (cal) en kilocalorie (kcal)
▪ Oude definitie calorie: hoeveel warmte om 1 gram zuiver water 1 ˚C in
temperatuur te doen stijgen
▪ Huidige definitie: 1 calorie (cal) = 4,1868 joule (J)
▪ Let op: 1 kcal (ook wel geschreven als Cal) = 4,1868 kJ
▪ Vrije (chemische) energie-inhoud macronutriënten: eiwit (4 kcal/g),
koolhydraat (4 kcal/g), vet (9 kcal/g), [alcohol (7kcal/g)]
▪ Een gezonde jongeman van 70kg tijdens rust heeft aan vrije energie 30
kcal/kg lichaamsgewicht per dag nodig voor zijn stofwisseling
, o Tweede wet: bij alle levensprocessen neemt de entropie van de omgeving toe:
biochemische omzettingen leiden altijd tot warmteproductie.
▪ De toename van inwendige energie van het menselijk lichaam is de som van
de opgenomen vrije energie en verloren energie, die als warmte verdwijnt.
Warmte is het product van de absolute temperatuur (T) en de
entropieverandering (S).
▪ Voorbeeld: de cellulaire verbranding van glucose levert circa. 400 kcal/mol
inwendige energie, terwijl de overige 286 kcal/mol als warmte aan de
omgeving wordt afgegeven.
▪ Ander voorbeeld: glyogenese
▪ Belangrijkste drager van vrije energie in cellen is het molecuul
adenosinetrifosfaat (ATP) → energie inhoud: 7 kcal/mol
▪ Belangrijkste drager van vrije energie tussen de cellen is glucose → energie
inhoud: 686 kcal/mol
o Derde wet: pas bij het absolute nulpunt vd temperatuur komen alle processen tot
stilstand: de lichaamstemperatuur is dus niet relatief maar absoluut
▪ De absolute temperatuur in het heelal varieert van 0 tot 1032 K
▪ De lichaamstemperatuur vd mens is in alle levensfasen constant op 310 (± 1)
K → alleen op die temperatuur kunnen wij functioneren
▪ Kleine variaties in de absolute lichaamstemperatuur hebben grote invloed op
chemische evenwichtsconstanten, membraanpotentialen, faseovergangen,
oplosbaarheid, etc.
▪ Tijdens alle levensfasen die in dit blok aan bod komen: embryonale stamcel,
embryo, foetus, zuigeling, kind, scholier, adolescent, volwassene en oudere,
is de kerntemperatuur hetzelfde
▪ De zelfregulatie van de lichaamstemperatuur begint tijdens de foetale
ontwikkeling
▪ Zuigelingen hebben de meeste moeite om hun lichaamstemperatuur
zelfstandig op peil te houden (vandaar veel bruin vet)
- Hoe raken we onze energie kwijt?
o Let op: de energie die nodig is voor de
basale metabolische activiteit (BSR) is tijdens rust en
inspanning gelijk → maar een kleiner percentage
want er wordt tijdens inspanning in totaal meer
energie gebruikt
- Hoe krijgen we energie?
o Alle benodigde energie voor de geboorte komt van moeder
o Alle benodigde energie na de geboorte komt uit voeding
o Belangrijkste macronutrienten: koolhydraten, eiwitten en vetten
, o Verbranding vindt plaats in het waterig milieu van de lichaamscellen bij 37˚C
o Verbranding: macronutriënten + O2 → CO2 + H2O + inwendige energie + warmte
o Gaswisseling en waterhuishouding horen dys bij de stofwisseling en zijn al in het
vorige blok aan de orde gekomen
o We krijgen dus energie uit voeding door verbranding van glucose en vetzuren
- Homeostase door sturing en regeling
o Vrije energie-inname en -verbruik moeten in evenwicht zijn en dat wordt gestuurd
en geregeld met behulp van energiebuffers (creatinefosfaat, glycogeen, eiwit, vet,
etc.)
o De energiehuishouding is in verschillende levensfasen anders
o Meting van het lichaamsgewicht en het verloop daarvan geeft inzicht in positieve of
negatieve energiebalans
o Alle levensprocessen vinden plaats in een geordend systeem met een sterke sturing
en regeling
o Normaal is het lichaam in homeostase
o Bij ziekte is er ontregeling
HC5 Feedbacksystemen en modellen
- Modellen
o Een model is een versimpelde weergave van de werkelijkheid / een voorbeeld /
ideaalbeeld / (kleinschalige) reproductie (van een ideaalbeeld)
o Vaak in de vorm van wiskundige modellen
- Galileo Galilei – methode (wetenschappelijke methode)
o Inductie = het afleiden van een
algemene regel op grond van meerdere
specifieke waarnemingen (generalisatie)
o Deductie = op basis van een
algemene regel worden uitspraken gedaan
over het bijzondere (= individuele), waarbij
de regels vd logica worden gevolgd
▪ Als A → B, en B → C, dan kan je ook
zeggen dat A → C
- Wetenschappelijke methode
o Op basis van een bepaald aantal waarnemingen wordt er een theorie/hypothese
gevormd, op basis van inductie
o Aan de hand van deductief redeneren kan men vervolgens tot een voorspelling
komen (voor het individuele geval)
o Door het uitvoeren van experimenten wordt deze voorspelling getoetst
o De resultaten moeten worden geëvalueerd, door middel van verificatie en falsificatie
- Verificatie en falsificatie
, o Verificatie: vooraf kunnen aangeven hoe door middel van
experimenten een hypothese kan worden bewezen. Alleen
dmv de empirie is de hypothese te bewijzen
o Falsificatie: vooraf kunnen aangeven bij welke uitkomst van
het experiment er aanleiding is om de geldigheid van een
theorie of hypothese te verwerpen
- Medische praktijk (geneeskundig proces)
- Model = abstracte en formele representatie
van een werkelijk bestaand systeem → maar nog altijd een functionele simplificatie van een
werkelijk bestaand systeem. Model beschrijft een hypothese in wiskundige termen
o Modellen geven de werkelijkheid nooit exact weer
o Een model is zo goed als zijn aannames
o Begrip van dynamische complexiteit → er zijn een heleboel processen (in bijv. het
menselijk lichaam) die elkaar allemaal overlappen etc. → complex
▪ Simulaties
- Experimenten vs. Simulatie
o Experimenten
▪ Validatie
▪ Kost veel tijd
▪ Soms moeilijk uitvoerbaar
o Simulatie
▪ Onzekere resultaten
▪ Snel
▪ Maakt het onmogelijke mogelijk (i.e. onderzoek naar de kern vd aarde)
o Experimenten en simulaties gaan hand in hand
▪ Experimenten profiteren van simulaties omdat het het onderzoek kan
versnellen: sommige experimenten hoeven niet te worden uitgevoerd door
de resultaten van een simulatie
▪ Voor validatie vd simulaties zijn experimenten noodzakelijk
Regeling van de temperatuur kennisclips
- Temperatuur
The Developing Human, Boron&Boulpaep, Clinically Oriented Anatomy, Histology
Leerpad thema 1 Regelkringen
HC1 Sturing en stofwisseling inleiding
- Sturing en stofwisseling
o De mens is een system vol regelmechanismen, van de geboorte tot de dood
o Veel sturing is autonoom, maar wel beïnvloedbaar door de wil
o De stofwisseling van het lichaam omvat alle chemische en fysische processen die
betrokken zijn bij de productie van energie, energieafgifte en groei(opslag) (bv.
vertering, verplaatsing en verbranding)
o Stofwisselingsprocessen kunnen katabool (afbraak) of anabool (vorming van stoffen)
zijn
o Centrale begrippen zijn temperatuur en energie
o Alle leven, dus ook menselijk leven, is onderworpen aan alle wetten van de
thermodynamica
- Thermodynamische wetten
o Nulde wet: mensen zijn homeotherm (warmbloedig) en hebben een constante
temperatuur gedurende alle levensfasen
o Eerste wet: behoud van energie. Alle energie uit de opgenomen voedingsstoffen
manifesteert zich uiteindelijk als warmte, arbeid, of groei (opslag)
▪ Behoud van energie (vrije (chemische) energie, warmte en beweging)
▪ Energie-eenheid: joule (bewegingsenergie-eenheid) en calorie (warmte-
eenheid)
▪ Stofwisseling: gebruik van calorie (cal) en kilocalorie (kcal)
▪ Oude definitie calorie: hoeveel warmte om 1 gram zuiver water 1 ˚C in
temperatuur te doen stijgen
▪ Huidige definitie: 1 calorie (cal) = 4,1868 joule (J)
▪ Let op: 1 kcal (ook wel geschreven als Cal) = 4,1868 kJ
▪ Vrije (chemische) energie-inhoud macronutriënten: eiwit (4 kcal/g),
koolhydraat (4 kcal/g), vet (9 kcal/g), [alcohol (7kcal/g)]
▪ Een gezonde jongeman van 70kg tijdens rust heeft aan vrije energie 30
kcal/kg lichaamsgewicht per dag nodig voor zijn stofwisseling
, o Tweede wet: bij alle levensprocessen neemt de entropie van de omgeving toe:
biochemische omzettingen leiden altijd tot warmteproductie.
▪ De toename van inwendige energie van het menselijk lichaam is de som van
de opgenomen vrije energie en verloren energie, die als warmte verdwijnt.
Warmte is het product van de absolute temperatuur (T) en de
entropieverandering (S).
▪ Voorbeeld: de cellulaire verbranding van glucose levert circa. 400 kcal/mol
inwendige energie, terwijl de overige 286 kcal/mol als warmte aan de
omgeving wordt afgegeven.
▪ Ander voorbeeld: glyogenese
▪ Belangrijkste drager van vrije energie in cellen is het molecuul
adenosinetrifosfaat (ATP) → energie inhoud: 7 kcal/mol
▪ Belangrijkste drager van vrije energie tussen de cellen is glucose → energie
inhoud: 686 kcal/mol
o Derde wet: pas bij het absolute nulpunt vd temperatuur komen alle processen tot
stilstand: de lichaamstemperatuur is dus niet relatief maar absoluut
▪ De absolute temperatuur in het heelal varieert van 0 tot 1032 K
▪ De lichaamstemperatuur vd mens is in alle levensfasen constant op 310 (± 1)
K → alleen op die temperatuur kunnen wij functioneren
▪ Kleine variaties in de absolute lichaamstemperatuur hebben grote invloed op
chemische evenwichtsconstanten, membraanpotentialen, faseovergangen,
oplosbaarheid, etc.
▪ Tijdens alle levensfasen die in dit blok aan bod komen: embryonale stamcel,
embryo, foetus, zuigeling, kind, scholier, adolescent, volwassene en oudere,
is de kerntemperatuur hetzelfde
▪ De zelfregulatie van de lichaamstemperatuur begint tijdens de foetale
ontwikkeling
▪ Zuigelingen hebben de meeste moeite om hun lichaamstemperatuur
zelfstandig op peil te houden (vandaar veel bruin vet)
- Hoe raken we onze energie kwijt?
o Let op: de energie die nodig is voor de
basale metabolische activiteit (BSR) is tijdens rust en
inspanning gelijk → maar een kleiner percentage
want er wordt tijdens inspanning in totaal meer
energie gebruikt
- Hoe krijgen we energie?
o Alle benodigde energie voor de geboorte komt van moeder
o Alle benodigde energie na de geboorte komt uit voeding
o Belangrijkste macronutrienten: koolhydraten, eiwitten en vetten
, o Verbranding vindt plaats in het waterig milieu van de lichaamscellen bij 37˚C
o Verbranding: macronutriënten + O2 → CO2 + H2O + inwendige energie + warmte
o Gaswisseling en waterhuishouding horen dys bij de stofwisseling en zijn al in het
vorige blok aan de orde gekomen
o We krijgen dus energie uit voeding door verbranding van glucose en vetzuren
- Homeostase door sturing en regeling
o Vrije energie-inname en -verbruik moeten in evenwicht zijn en dat wordt gestuurd
en geregeld met behulp van energiebuffers (creatinefosfaat, glycogeen, eiwit, vet,
etc.)
o De energiehuishouding is in verschillende levensfasen anders
o Meting van het lichaamsgewicht en het verloop daarvan geeft inzicht in positieve of
negatieve energiebalans
o Alle levensprocessen vinden plaats in een geordend systeem met een sterke sturing
en regeling
o Normaal is het lichaam in homeostase
o Bij ziekte is er ontregeling
HC5 Feedbacksystemen en modellen
- Modellen
o Een model is een versimpelde weergave van de werkelijkheid / een voorbeeld /
ideaalbeeld / (kleinschalige) reproductie (van een ideaalbeeld)
o Vaak in de vorm van wiskundige modellen
- Galileo Galilei – methode (wetenschappelijke methode)
o Inductie = het afleiden van een
algemene regel op grond van meerdere
specifieke waarnemingen (generalisatie)
o Deductie = op basis van een
algemene regel worden uitspraken gedaan
over het bijzondere (= individuele), waarbij
de regels vd logica worden gevolgd
▪ Als A → B, en B → C, dan kan je ook
zeggen dat A → C
- Wetenschappelijke methode
o Op basis van een bepaald aantal waarnemingen wordt er een theorie/hypothese
gevormd, op basis van inductie
o Aan de hand van deductief redeneren kan men vervolgens tot een voorspelling
komen (voor het individuele geval)
o Door het uitvoeren van experimenten wordt deze voorspelling getoetst
o De resultaten moeten worden geëvalueerd, door middel van verificatie en falsificatie
- Verificatie en falsificatie
, o Verificatie: vooraf kunnen aangeven hoe door middel van
experimenten een hypothese kan worden bewezen. Alleen
dmv de empirie is de hypothese te bewijzen
o Falsificatie: vooraf kunnen aangeven bij welke uitkomst van
het experiment er aanleiding is om de geldigheid van een
theorie of hypothese te verwerpen
- Medische praktijk (geneeskundig proces)
- Model = abstracte en formele representatie
van een werkelijk bestaand systeem → maar nog altijd een functionele simplificatie van een
werkelijk bestaand systeem. Model beschrijft een hypothese in wiskundige termen
o Modellen geven de werkelijkheid nooit exact weer
o Een model is zo goed als zijn aannames
o Begrip van dynamische complexiteit → er zijn een heleboel processen (in bijv. het
menselijk lichaam) die elkaar allemaal overlappen etc. → complex
▪ Simulaties
- Experimenten vs. Simulatie
o Experimenten
▪ Validatie
▪ Kost veel tijd
▪ Soms moeilijk uitvoerbaar
o Simulatie
▪ Onzekere resultaten
▪ Snel
▪ Maakt het onmogelijke mogelijk (i.e. onderzoek naar de kern vd aarde)
o Experimenten en simulaties gaan hand in hand
▪ Experimenten profiteren van simulaties omdat het het onderzoek kan
versnellen: sommige experimenten hoeven niet te worden uitgevoerd door
de resultaten van een simulatie
▪ Voor validatie vd simulaties zijn experimenten noodzakelijk
Regeling van de temperatuur kennisclips
- Temperatuur
