bachelor voedings- en dieetkunde via afstandsonderwijs - fysiologie

Fysiologie docent Annelies Reynaert studiegebied gezondheidszorg bachelor in de voedings- en dieetkunde afstandsonderwijs academiejaar 2022-2023

Legende van de gebruikte iconen

Legende van de gebruikte iconen

Fysiologie 1

Denkvraag

Opdracht/Oefening

Leerdoelen

Studeeraanwijzingen

2

Inhoudsopgave

Inhoudsopgave Legende van de gebruikte iconen .................................................................................................... 2 Inhoudsopgave ................................................................................................................................ 3 Inleiding 8 1

Weefsels en organen......................................................................................................... 9

1.1

Epitheel .................................................................................................................................. 10

1.1.1

Functies .................................................................................................................................. 11

1.1.2

Bijzonderheden / specialisaties.............................................................................................. 11

1.1.2.1

Trilhaarepitheel .................................................................................................................................... 12

1.1.2.2

Darmepitheel met microvilli ................................................................................................................. 12

1.1.2.3

Klierepitheel .......................................................................................................................................... 13

1.2

Steunweefsel ......................................................................................................................... 15

1.2.1

Functies .................................................................................................................................. 15

1.2.2

Bijzonderheden/specialisaties ............................................................................................... 15

1.2.2.1

Fibrillair bindweefsel............................................................................................................................. 16

1.2.2.2

Kraakbeenweefsel ................................................................................................................................ 18

1.2.2.3

Botweefsel ............................................................................................................................................ 19

1.3

Spierweefsel .......................................................................................................................... 20

1.3.1

Functies .................................................................................................................................. 20

1.3.2

Bijzonderheden / specialisaties.............................................................................................. 20

1.3.2.1

Glad spierweefsel ................................................................................................................................. 20

1.3.2.2

Dwarsgestreept spierweefsel ............................................................................................................... 20

1.3.2.3

Hartspierweefsel ................................................................................................................................... 21

1.4

Zenuwweefsel ........................................................................................................................ 21

1.4.1

Functies .................................................................................................................................. 22

1.4.2

Bijzonderheden / specialisaties.............................................................................................. 22

2

Anatomie ........................................................................................................................ 24

2.1

De anatomische houding ....................................................................................................... 24

2.2

Anatomische richtingaanduidingen ....................................................................................... 25

2.3

Anatomische vlakken en doorsneden.................................................................................... 26

Fysiologie 1

3

Inhoudsopgave

3

De huid ........................................................................................................................... 28

3.1

Functies van de huid .............................................................................................................. 28

3.2

Bouw van de huid .................................................................................................................. 29

3.2.1

Epidermis ............................................................................................................................... 29

3.2.2

Dermis .................................................................................................................................... 31

3.3

De typische kleur van de huid................................................................................................ 32

3.4

Invloed van ultraviolette straling op de huid ......................................................................... 32

3.5

Hypodermis ........................................................................................................................... 34

3.6

Temperatuurregulatie ........................................................................................................... 34

3.6.1

Warmteproductie .................................................................................................................. 35

3.6.2

Warmteafgifte ....................................................................................................................... 35

4

Het beenderstelsel .......................................................................................................... 37

4.1

Functies van het beenderstelsel ............................................................................................ 37

4.2

Beenderen van het skelet ...................................................................................................... 38

4.2.1

Beenderen van het axiale skelet ............................................................................................ 39

4.2.1.1

Schedel.................................................................................................................................................. 39

4.2.1.2

Wervelkolom ........................................................................................................................................ 40

4.2.1.3

Thorax of borstkas ................................................................................................................................ 41

4.2.2

Beenderen van het perifere skelet ......................................................................................... 42

4.2.2.1

Schoudergordel ..................................................................................................................................... 42

4.2.2.2

Bovenste ledematen ............................................................................................................................. 42

4.2.2.3

De bekkengordel ................................................................................................................................... 44

4.2.2.4

De onderste ledematen ........................................................................................................................ 44

4.3

Indeling van beenderen ......................................................................................................... 46

4.4

Bouw van het bot .................................................................................................................. 47

4.5

Samenstelling van het botweefsel ......................................................................................... 48

4.6

Botvernieuwing ..................................................................................................................... 49

4.7

Structuur van het botweefsel ................................................................................................ 51

5

De skeletspieren ............................................................................................................. 53

5.1

Functies van de skeletspieren................................................................................................ 53

5.2

Bouw van de skeletspier ........................................................................................................ 54

Fysiologie 1

4

Inhoudsopgave

5.2.1

Macroscopische bouw van de skeletspier .............................................................................. 54

5.2.2

Microscopische bouw van de skeletspier ............................................................................... 55

5.2.2.1

Sarcoplasma ......................................................................................................................................... 56

5.2.2.2

Sarcolemma .......................................................................................................................................... 57

5.2.2.3

Myofibrillen .......................................................................................................................................... 57

5.3

Contractiemechanisme van een sarcomeer .......................................................................... 60

5.3.1

Blootleggen myosinebindingsplaats ...................................................................................... 60

5.3.2

Binden, buigen, loskmaken en reactiveren van de myosinekop ............................................ 60

5.4

Aansturing van contractie...................................................................................................... 62

6

Het ademhalingsstelsel ................................................................................................... 66

6.1

Functies van het ademhalingsstelsel ..................................................................................... 66

6.2

Bouw van het ademhalingsstelsel ......................................................................................... 67

6.2.1

Neusholte ............................................................................................................................... 68

6.2.2

Farynx of keelholte ................................................................................................................ 70

6.2.3

Larynx of strottenhoofd ......................................................................................................... 70

6.2.4

Trachea of luchtpijp ............................................................................................................... 71

6.2.5

Bronchiën en bronchiolen ...................................................................................................... 73

6.2.6

Alveoli .................................................................................................................................... 73

6.3

Adembewegingen van de borstholte .................................................................................... 76

6.3.1

Anatomie van de thorax ........................................................................................................ 76

6.3.2

Longvliezen ............................................................................................................................ 77

6.3.3

In- en uitademen .................................................................................................................... 77

6.3.3.1

Inademen of inspiratie .......................................................................................................................... 77

6.3.3.2

Uitademen of expiratie ......................................................................................................................... 78

6.3.3.3

Ademweerstand ................................................................................................................................... 79

6.4

Besturing van de ademhaling ................................................................................................ 79

7

Bloed .............................................................................................................................. 82

7.1

Functies van het bloed........................................................................................................... 83

7.2

Samenstelling van het bloed ................................................................................................. 84

7.2.1

Bloedplasma: samenstelling en taken ................................................................................... 85

7.2.1.1

Water.................................................................................................................................................... 86

Fysiologie 1

5

Inhoudsopgave

7.2.1.2

Plasma-eiwitten .................................................................................................................................... 86

7.2.1.3

Glucose ................................................................................................................................................. 87

7.2.1.4

Lipiden .................................................................................................................................................. 88

7.2.1.5

Aminozuren .......................................................................................................................................... 88

7.2.1.6

Zouten................................................................................................................................................... 88

7.2.1.7

Hormonen ............................................................................................................................................. 89

7.2.1.8

Vitamines .............................................................................................................................................. 90

7.2.1.9

Afvalstoffen .......................................................................................................................................... 90

7.2.1.10 Gassen .................................................................................................................................................. 90

7.2.2

Vaste bloedbestanddelen: bouw en functie ........................................................................... 90

7.2.2.1

Rode bloedcellen of erytrocyten ........................................................................................................... 91

7.2.2.2

Witte bloedcellen of leukocyten ........................................................................................................... 93

7.2.2.3

Bloedplaatjes of trombocyten .............................................................................................................. 96

7.3

Vorming en afbraak van de vaste bloedbestanddelen .......................................................... 97

7.3.1

Vorming en afbraak van erytrocyten ..................................................................................... 98

7.3.1.1

Vorming van erytrocyten ...................................................................................................................... 98

7.3.1.2

Regulatie van erytropoëse .................................................................................................................... 99

7.3.1.3

Anemie................................................................................................................................................ 100

7.3.1.4

Afbraak van erytrocyten ..................................................................................................................... 101

7.3.2

Vorming en afbraak van leukocyten .................................................................................... 103

7.3.2.1

Granulocyten ...................................................................................................................................... 103

7.3.2.2

Lymfocyten ......................................................................................................................................... 103

7.3.2.3

Monocyten.......................................................................................................................................... 103

7.3.3

Vorming en afbraak van trombocyten ................................................................................. 104

7.4

Gastransport in het bloed .................................................................................................... 104

7.4.1

Zuurstoftransport ................................................................................................................ 104

7.4.1.1

Bindingsneiging van O2 aan Hb .......................................................................................................... 105

7.4.1.2

Invloed van andere factoren op de bindingsneiging ........................................................................... 107

7.4.2

Koolstofdioxidetransport ..................................................................................................... 109

7.5

De pH van het bloed ............................................................................................................ 109

7.5.1

Verstoring van het zuur-basenevenwicht ............................................................................ 109

7.5.2

Buffersystemen van het bloedplasma.................................................................................. 110

Fysiologie 1

6

Inhoudsopgave

7.5.2.1

Het H2CO3/NaHCO3 buffersysteem ..................................................................................................... 110

7.5.2.2

Bufferend effect van bloedeiwitten .................................................................................................... 111

7.6

Bloeding en bloedstelping ................................................................................................... 113

7.6.1

Hemostase ........................................................................................................................... 113

7.6.1.1

Lokale vaatvernauwing (vasoconstrictie) ........................................................................................... 113

7.6.1.2

Trombocytenaggregatie ..................................................................................................................... 114

7.6.1.3

Stolling ................................................................................................................................................ 115

7.6.2

Het stollingsproces............................................................................................................... 115

7.6.2.1

Twee routes naar protrombinase ....................................................................................................... 116

7.6.2.2

Overzicht stollingsfactoren ................................................................................................................. 117

7.6.2.3

Antistolling en fibrinolyse ................................................................................................................... 118

7.6.2.4

Trombus, trombose en embolie .......................................................................................................... 118

7.7

De afweer van de mens ....................................................................................................... 119

7.7.1

Humorale factoren van de afweer ....................................................................................... 121

7.7.1.1

Cytokinen ............................................................................................................................................ 121

7.7.1.2

Complementfactoren .......................................................................................................................... 121

7.7.1.3

Immuunglobulinen.............................................................................................................................. 123

7.7.2

Aangeboren afweer ............................................................................................................. 123

7.7.3

Verworven afweer ............................................................................................................... 126

7.7.3.1

Ontwikkeling en maturatie van B- en T-lymfocyten ........................................................................... 127

7.7.3.2

Klonale selectie en klonale expansie ................................................................................................... 128

7.7.3.3

Werking van de B-lymfocyten............................................................................................................. 128

7.7.3.4

Werking van de T-lymfocyten ............................................................................................................. 131

7.7.3.5

Besluit verworven afweer ................................................................................................................... 133

7.7.4

Immuniteit ........................................................................................................................... 133

Bibliografie .................................................................................................................................. 135

Fysiologie 1

7

Inleiding

Inleiding Na het opleidingsonderdeel biologie komen de opleidingsonderdelen fysiologie 1 en fysiologie 2 aan bod. Geen enkele cel is namelijk in staat om tegemoet te komen aan de grote diversiteit aan functies die binnen het menselijk lichaam verricht worden. Celdifferentiatie laat toe dat cellen specialiseren tot verschillende celtypes die binnen weefsels een rol spelen. Weefsels werken vervolgens samen binnen eenzelfde orgaan. Uiteindelijk levert dit de aanzet tot het bestuderen van de orgaanstelsels: organen die in een geïntegreerd geheel een belangrijke deelfunctie binnen de mens realiseren.

Vertrekkende vanuit de moleculaire opbouw van het lichaam wordt geëindigd met de verschillende orgaanstelsels van het menselijk organisme. Enerzijds wordt ingezoomd op de functie van elk orgaanstelsel: de fysiologie. De fysiologie is de wetenschap die de functies van het menselijk lichaam bestudeert. Anderzijds wordt ook aandacht besteed aan de bouw van deze orgaanstelsels: de anatomie. De anatomie verkent de structuur en organisatie van het organisme.

In deze syllabus wordt de basiskennis van de anatomie aangereikt en wordt dieper ingegaan op de fysiologische processen die plaatsgrijpen in het lichaam. Anatomie en fysiologie worden het best samen bestudeerd, want beiden kunnen niet losgekoppeld worden van elkaar. Uit anatomische informatie kunnen aanwijzingen naar voren komen over mogelijke functies; fysiologische mechanismen kunnen uitsluitend worden verklaard op basis van de achterliggende anatomie. Na het doorlopen van de opleidingsonderdelen fysiologie 1 en fysiologie 2 heb je een adequaat zicht op het menselijk lichaam en zijn werking.

Als voedings- en dieetkundige is het van essentieel belang om een goed zicht te hebben op het functioneren van een menselijk lichaam. Het bestuderen van de diverse orgaanstelsels van de mens biedt de nodige kennis om te begrijpen hoe een gezond menselijk lichaam in zijn totaliteit in stand gehouden wordt. Als voedings- en dieetkundige merk je de noodzaak om met behulp van gezonde voeding het gezonde lichaam te ondersteunen in zijn werking.

Deze cursus vormt ook de aanloop tot de opleidingsonderdelen pathologie. Pathos stamt uit het Grieks en betekent “ziekte”. De pathologie bestudeert de gevolgen van medische aandoeningen op het menselijk functioneren. Het spreekt voor zich dat deze beïnvloeding pas fundamenteel begrepen kan worden als het functioneren van een gezond organisme voor jou duidelijk is. Als begrepen wordt wat er fout loopt, dan wordt duidelijk hoe op deze situatie kan ingespeeld worden. Als voedings- en dieetkundige verkrijg je zo het nodige inzicht die jou toelaat om met behulp van specifieke diëten in te spelen op de noden die heersen bij bepaalde medische condities.

Fysiologie 1

8

1 Weefsels en organen

Een goede definitie voor basisweefsel is: “een groep samenhangende, gelijkvormige cellen, met hun eventueel bijhorende tussenstof”’

In deze definitie wordt niet over functie gesproken, hoewel die bij de cellen van één basisweefsel wel globaal overeenkomt. Bv. “bedekkend” bij dekweefsel en “steunend” bij steunweefsel.

De in de definitie genoemde samenhang van de cellen kan meer of minder hecht zijn: de cellen kunnen dicht opeengepakt liggen (epitheel) of enkel via dunne uitlopers met elkaar in verbinding staan (zenuwweefsel). Ook de gelijkvormigheid van cellen moet ruim worden opgevat: er zijn epitheelsoorten die meerdere celvormen kennen (bv. het epitheel van de huid).

Tussenstof tenslotte wordt niet door alle basisweefselsoorten evenveel gemaakt: sommige cellen komen niet verder dan het maken van een glycocalix (een naar extracellulair stekend deel van het celmembraan), terwijl steunweefselcellen een gevarieerd scala van tussenstoffen om zich afzetten (bottussenstof, kraakbeentussenstof…)

Leerdoelen De student kan…

•

de 4 weefseltypes in het lichaam beschrijven en onderscheiden

•

de functies van de 4 weefseltypes in het lichaam toelichten

•

van elk type epitheel de relatie tussen vorm en functie omschrijven

•

de structuur en functie van de verschillende types bindweefsel vergelijken

•

de 3 types spierfweefsel in het lichaam beschrijven en onderscheiden op basis van speciale structuurkenmerken

1.1

•

de elementaire structuur en functie van zenuwweefsel beschrijven

•

verklaren hoe weefsels homeostase garanderen

Epitheel

Epitheel of dekweefsel bestaat uit cellen van regelmatige vorm, die meestal zonder tussencelstof, in een ruimtelijke mozaïek tegen elkaar liggen. Een epitheel bestaat uit één of hoogstens enkele lagen cellen. Veel lagen is niet mogelijk omdat in epitheel nooit bloedvaten liggen. Voeding van de epitheelcellen vindt plaats vanuit bloedvaten in het bindweefsel dat juist onder het epitheel ligt en van het epitheel wordt gescheiden door een dun, helder bindweefselvlies: het basaal membraan.

Fysiologie 1

10

4 Het beenderstelsel

Figuur 8: het been •

Bovenbeen

Het bovenbeen bevat 1 bot, het femur of dijbeen, dit is het grootste (gemiddeld ±40 centimeter lang) en stevigste lang been van het lichaam. Het proximale uiteinde van de femur (ronde femurkop) vormt samen met de heupkom, komvormige uitsparing in het bekken, het heupgewricht. Het distale uiteinde van het femur vormt samen met de beenderen van het onderbeen het kniegewricht.

De patella of knieschijf ligt aan de voorzijde van de knie. Samen met het femur en de tibia vormt dit dik, driehoekig bot het kniegewricht en speelt het een belangrijke functie bij stabilisatie van het kniegewricht.

•

Onderbeen

Het onderbeen vormt het deel van het been tussen de knie en de enkel en bestaat uit 2 lange beenderen, de tibia of scheenbeen en de fibula of kuitbeen. De tibia strekt zich uit van knie naar enkel aan de mediale zijde, de fibula oriënteert zich evenwijdig ten opzichte van de tibia aan de laterale zijde.

De tibia is het grootste bot van het onderbeen. Het proximale oppervlak van de tibia vormt een onderdeel van het kniegewricht. Distaal eindigt de tibia in de binnenenkel. De fibula is een dun lang been en is proximaal verbonden met de tibia, maar niet met het femur en maakt dus geen deel uit van het kniegewricht. Distaal eindigt de fibula in de buitenenkel. De fibula heeft bijgevolg geen dragende functie, maar speelt wel een belangrijke rol in het stabiliseren van het enkelgewricht.

•

Enkel en voet

De enkel, voet en tenen worden door 26 beenderen ondersteund. De voetwortelbeentjes of tarsale beenderen van de enkel of tarsus bestaan uit 7 afzonderlijke kleine botjes. Slechts 1 bot, de talus, vormt het verbindstuk met het onderbeen (tibia en fibula). Op de voetwortelbeentjes sluiten de 5 middenvoetsbeentjes of metatarsale beenderen aan. De tenen worden gevormd door meerdere kootjes of phalanges. In vergelijking met de vingerkootjes zijn de teenkootjes korter. Vanuit anatomisch oogpunt vallen er echter veel gelijkenissen te detecteren. Elke teen telt 3 kootjes, met uitzondering van de grote teen of hallux die slechts 2 kootjes heeft. Elke voet beschikt in totaal over Fysiologie 1

45

4 Het beenderstelsel

14 kootjes. De voet is door zijn bouw niet alleen stevig, maar ook buigzaam. De voet dient ter ondersteuning van het lichaam en werkt als hefboom om het lichaam te verplaatsen tijdens het lopen.

4.3

Indeling van beenderen

De afzonderlijke beenderen van het skelet hebben heel verschillende vormen en afmetingen. Het os pisiforme (erwtbotje) van de handwortel is ongeveer zo groot als een erwt. Het grootste en langste bot in het lichaam is het femur.

Op basis van hun vorm worden beenderen in 4 groepen ingedeeld (zie figuur 9):

Figuur 9: vormen van beenderen

• Lange beenderen: beenderen die langer zijn dan ze breed zijn Ze zijn in staat om gewicht te dragen en bieden zo structurele steun aan het lichaam o

voorbeelden: humerus of opperarmbeen, femur of dijbeen

• Korte beenderen: beenderen die ongeveer even lang als breed zijn Ze maken een grotere bewegingsvrijheid mogelijk in vergelijking met lange beenderen. o

voorbeelden: carpale en tarsale beenderen of hand- en voetwortelbeentjes

• Platte beenderen: beenderen die dun en in verhouding relatief breed zijn.

Ze staan in voor het beschermen van zachte weefsels van de hersenen en organen in de romp.

• •

voorbeelden: schedel, scapula of schouderblad, sternum of borstbeen

Onregelmatige beenderen: beenderen die niet binnen de andere categorieën kunnen ingedeeld worden omwille van complexe bouw. Ze vertonen meestal uitsteeksels waaraan spieren, pezen en ligamenten zijn vastgehecht. o voorbeelden: wervel of vertebra, patella of knieschijf

Fysiologie 1

46

4 Het beenderstelsel

Naast de leeftijd waarop de PBM bereikt wordt, kan ook de absolute dichtheid individueel duidelijk verschillen.

Erfelijke

factoren,

groeifactoren,

lichaamsgewicht,

ziektes

of

ondervoeding,

lichaamsbeweging… zijn bepalend voor de maximale dichtheid die een individu bereikt.

Na het bereiken van de peak bone mass verschuift de balans tussen de activiteiten van osteoclasten en osteoblasten in het voordeel van de osteoclasten: de activiteit van de osteoblasten neemt af, terwijl de activiteit van de osteoclasten behouden blijft. Dit onevenwicht heeft progressief verlies van de botmassa tot gevolg.

Botverlies is een proces dat bij het ouder worden hoort. Een (op röntgenbeeld zichtbare) diffuus verminderde botmassa, nog zonder klinische verschijnselen, wordt osteopenie genoemd. Uiteindelijk kan osteopenie ook leiden tot osteoporose. Osteoporose is de toestand van verminderde botmassa, die gepaard gaat met een grotere kans op fracturen (botbreuken).

Het proces van vermindering verloopt het snelst in de spongiosa. De beenbalkjes worden dunner dan normaal, ze kunnen zelfs afwezig zijn, of er komen grote onderbrekingen in voor. Vooral wanneer ook de compacta in massa vermindert, gaat de sterkte van het bot hard achteruit. In de loop der jaren kan er zoveel botverlies zijn dat er fracturen kunnen optreden bij relatief geringe mechanische invloeden.

Het klassieke verhaal is dat van een persoon die bij een onschuldige val een pols of elleboog breekt.

Een fractuur bij een gering trauma wordt als kenmerk van osteoporose beschouwd, maar er zijn vaak al eerdere verschijnselen te zien. Vermindering van de spongiosa van de wervels leidt tot afname van de stevigheid van de wervels. De wervellichamen, waarop het gehele bovenste deel van het lichaam steunt, zakken geleidelijk enigszins in, en de patient wordt hierdoor kleiner. Er wordt soms een afname van de lichaamslengte van een 10tal cm gemeten in 2 jaar. De patiënt krijgt door de vervorming van de wervellichamen een kromme rug. De verzakkingen hoeven niet altijd met pijn gepaard te gaan.

Een abnormale botsamenstelling van de botmassa kan het gevolg zijn van insufficiënte voeding De normale groei en het normale onderhoud van het bot kunnen niet plaatsvinden zonder een voortdurende aanvoer van mineralen, vooral calciumzouten. Tijdens de prenatale ontwikkeling worden deze mineralen uit het bloed van de moeder opgenomen. De behoefte is zo groot dat het skelet van de moeder tijdens de zwangerschap vaak botmassa verliest. Vanaf de jeugd tot de volwassenheid moet de voeding voldoende calcium en fosfaat bevatten en het lichaam moet in staat zijn deze mineralen op te nemen en naar de plaatsen van botvorming te transporteren. Vitamine D speelt een belangrijke rol bij een gezonde calciumstofwisseling, want het bevordert de absorptie van calcium- en fosfaationen vanuit het spijsverteringskanaal. Daarnaast is vitamine C ook noodzakelijk voor een normale groei en onderhoud van de beenderen. Vitamine C-gebrek op kinderleeftijd leidt tot het onvoldoende aanmaken van de collagene botmatrix. De botten blijven kleiner, maar zijn wel normaal van vorm en kalkgehalte: het kind blijft achter in lengtegroei.

Door de activiteit van osteoblasten en osteoclasten heerst een voortdurende wisselwerking tussen calciumopslag in de botten en calciumvrijzetting in de bloedbaan vanuit het botweefsel.

Fysiologie 1

50

4 Het beenderstelsel

Studeeraanwijzingen Hou tijdens het studeren voor ogen dat je het functioneren van de orgaanstelsels benadert in functie van het organisme. Dit betekent dan ook dat je de leerinhouden van de verschillende stelsels relateert aan elkaar.

Na het bestuderen van “De huid” en “Het beenderstelsel” merken we bijvoorbeeld op dat de synthese van vitamine D in de huid en de aanwezigheid van calcium in het beenderstelsel aan elkaar gekoppeld kunnen worden.

Fysiologie 1

52

7 Bloed

•

de oorsprong, synthese en afbraak van bloedcellen toelichten

•

de synthese van functionele erytrocyten relateren aan nutriënten

•

het zuurstof- en koolstofdioxidetransport in het bloed uitleggen

•

de regulatie van de pH van het bloed verklaren

•

de mechanismen beschrijven die aan de basis liggen van hemostase

•

toelichten hoe ontregeling van de hemostase aan de basis ligt van pathologische condities

•

de aangeboren afweermechanismen bespreken en verklaren hoe deze werken

•

de verworven afweer definiëren en de vormen en eigenschappen van immuniteit benoemen

•

onderscheid maken tussen celgemedieerde en humorale immuniteit

•

van de verschillende typen T-lymfocyten hun aandeel binnen de afweer bespreken

•

de structuur van antilichamen beschrijven en verduidelijken hoe antilichamen werken

•

de primaire en secundaire immuunreactie op de blootstelling van antigenen beschrijven

7.1

Functies van het bloed

Bloed is een vloeibaar weefsel. Het bloedvolume bedraagt ongeveer 8% van het totale lichaamsgewicht, gemiddeld ongeveer 5-6 liter bij een volwassene.

Transportmedium – De meeste functies van bloed kunnen worden samengevat onder de term transport. Het bloed verzorgt de aan- en afvoer van O2 en voedingsstoffen en CO2 en afvalproducten van alle cellen. Het bloed vormt op die manier de belangrijke schakel tussen milieu extérieur en milieu intérieur. De bloedbaan verzorgt daarnaast ook het vervoer van regulerende signalen: endocriene klieren zetten hormonen vrij in het bloed die vervolgens worden getransporteerd naar het corresponderende doelwitweefsel. De functie van bloed moet echter ook buiten het bredere kader van transport bestudeerd worden.

Stabilisatie van pH/ionensamenstelling van het milieu intérieur – Diffusie tussen het milieu intérieur en het bloed verzorgt de ionenhuishouding: een plaatselijk tekort of overmaat aan ionen zoals bijvoorbeeld calcium- of kaliumionen kan zo weggewerkt worden.

Fysiologie 1

83

7 Bloed

De vaste bloedbestanddelen beslaan ongeveer 45% van het totale bloedvolume en worden bepaald door aanwezige bloedcellen en celfragmenten die in het bloedplasma ronddrijven. Erytrocyten of rode bloedcellen zijn de meest talrijke en dragen bij tot transport van zuurstof en koolstofdioxide. De leukocyten of witte bloedcellen vervullen hun taak binnen het afweersysteem van het lichaam. De trombocyten of bloedplaatjes zijn kleine cytoplasmapakketjes die noodzakelijk zijn voor bloedstolling.

Als afgenomen bloed onstolbaar wordt gemaakt met een anticoagulans en via centrifiguratie snel bezinkt, dan treedt fractionering op: onderin de buis wordt een compacte massa van bloedlichaampjes zichtbaar en daarboven een heldere vloeistof: het bloedplasma. De erytrocyten bevinden zich volledig onderaan, daarboven ligt een dun laagje witte massa: de leukocyten en de trombocyten. Het volume van de cellen (c) ten opzichte van het totale bloedvolume (t) in de buis wordt de hematocriet (afgekort Ht) genoemd. De Ht bedraagt gemiddeld ongeveer 0,45 ofwel 45%. Aangezien rode bloedcellen meer dan 99% van de vaste bloedbestanddelen uitmaken, is duidelijk dat de hematocrietwaarde hoofdzakelijk wordt bepaald door het aantal rode bloedcellen.

7.2.1

Bloedplasma: samenstelling en taken

De samenstelling van plasma (zie figuur 3) kan als volgt ingedeeld worden: •

water

•

plasma-eiwitten o

albumine

o

globulinen (a, b en g)

o

fibrinogeen

•

zouten, o.a. Na+, K+, Ca2+, PO43- (fosfaat), Cl-, HCO3- (bicarbonaat)

•

voedingsstoffen zoals glucose, aminozuren, lipiden en vitaminen

•

hormonen

•

afvalstoffen zoals ureum, urinezuur, bilirubine

•

opgeloste gassen

Figuur 3: bloedplasma

Fysiologie 1

85

7 Bloed

7.2.1.1

Water

De totale hoeveelheid lichaamswater wordt door de nieren beheerst. Het bloed stroomt door de nieren, wordt daar gefilterd om overtollige en schadelijke stoffen te evacueren uit het lichaam.

Hiervoor is water nodig, de nieren kunnen niet “droog” werken. Minstens 500 ml urine per dag moet worden geproduceerd om de uitscheidingsfunctie goed te kunnen uitvoeren. Als niet gegeten of gedronken wordt, ontstaat vrij snel ernstig vochttekort. Behalve de urine is er constant vochtverlies door zweten en ademen van dagelijks ±1 liter. Bij tekort aan vocht zijn de nieren niet in staat overtollige zouten voldoende uit te scheiden en loopt het zoutgehalte van het extracellulaire vocht op. Dit leidt tot het osmotisch onttrekken van vocht uit de intracellulaire ruimte, met ernstige gevolgen voor het functioneren van alle cellen. Behalve de nieren schieten ook andere organen in hun werking tekort en is homeostase van het milieu intérieur onmogelijk geworden. De situatie wordt al snel levensbedreigend. In een droge, warme omgeving is 2 dagen zonder vocht dodelijk.

Een complete vochtbalans (inkomsten en uitgaven gedurende 24 uur) bevat behalve eten, drinken, urine, ademen en zweten, nog andere elementen (zie tabel 1).

Tabel 1 – Vochtbalans INKOMSTEN

in ml

UITGAVEN

drinken

1400

verdamping

in ml - huid

450

- adem

450

eten

800

faeces

100

oxidatiewater

300

urine

1500

TOTAAL

2500

TOTAAL

2500

Metabool water is de kleine hoeveelheid water die vrijkomt uit de brandstoffen bij verbranding. Bij veel spierarbeid is dit getal hoger.

7.2.1.2

Plasma-eiwitten

Plasma bevat grote hoeveelheden opgeloste eiwitten, namelijk een 5 keer hogere concentratie in vergelijking met het interstitium. Bijna alle plasma-eiwitten worden gesynthetiseerd door de lever.

Plasma-eiwitten vormen een diverse groep (zie tabel 2) met veelzijdige functie. Ze vervullen gezamenlijk een aantal algemene taken en daarnaast elk afzonderlijk nog specifieke taken.

Tabel 2 – Indeling en voorkomen van plasma-eiwitten concentratie

aandeel in %

albumine

40 – 55 g/l

±60 %

globulinen (a, b en g)

20 – 30 g/l

±35 %

fibrinogeen

2 – 6 g/l

±5 %

Fysiologie 1

86

7 Bloed

De plasma-eiwitten verzorgen de colloïd-osmotische druk (COD), die zorgt voor een aanzuigkracht van weefselvloeistof naar de bloedbaan en op die manier uitwisseling op het niveau van de capillairen mogelijk maakt. De grootste bijdrage aan de COD wordt geleverd door albumine, de grootste eiwitfractie van het bloedplasma.

Plasma-eiwitten werken als buffer. Ze helpen de pH van het bloed op het juiste peil te houden: ze vangen een overmaat aan H+-ionen op indien de pH dreigt te dalen en daarnaast zetten ze H+-ionen vrij bij pH-stijging. Ze ondersteunen hiermee de werking van de andere aanwezige bloedbuffers.

Plasma-eiwitten vormen een belangrijke aminozuurreserve die kan aangesproken worden bij een tekort aan bepaalde eiwitten. In de lever vindt proteolyse van de plasma-eiwitten plaats en kunnen de vrijgekomen aminozuren ingezet worden voor de synthese van lichaamseiwitten. Daarnaast heeft de lever het vermogen om vanuit aminozuren glucose aan te maken in het proces van gluconeogenese.

Het verlies aan plasma-eiwitten gaat dan wel ten koste van de specifieke taken van de plasma-eiwitten.

De specifieke taken van plasma-eiwitten betreffen transport, afweer en stolling. Albumine vervult een transportfunctie voor een aantal stoffen in het bloed. Albumine vervoert bijvoorbeeld de vetzuren die door vetcellen worden afgegeven na hydrolyse van triglyceriden (lipolyse) in de cel. Stoffen die door hun apolair karakter niet vrij getransporteerd kunnen worden in het waterige milieu van het bloed, kunnen bijgevolg wel getransporteerd worden. Het albumine-vetzuurcomplex lost namelijk gemakkelijk op in het bloedplasma.

Globulinen worden ingedeeld in a-, b- en g-globuline, met diverse taakgroepen. a-globulinen en bglobulinen binden aan metaalionen (bv. ijzer), hormonen (bv. schildklierhormoon) of aan verbindingen die anders ter hoogte van de nieren zouden worden uitgescheiden of die slecht in water oplosbaar zijn (bv. lipiden). Deze globulinen worden dus ook gekenmerkt door hun transportfunctie. g-globulinen of immuunglobulinen vormen een speciale groep globulinen die niet door de lever wordt gesynthetiseerd maar door cellen van de afweer, plasmacellen. Deze deelgroep van plasma-eiwitten omvat de antilichamen die het immuunsysteem produceert als reactie op het binnendringen van lichaamsvreemde eiwitten en ziekteverwekkers.

Fibrinogeen is het voorlopermolecule dat dienst doet als basismateriaal voor de bloedstolling. Door polymerisatie vormen deze moleculen lange, onoplosbare eiwitstrengen: het fibrine. De fibrinedraden ontwerpen een netwerk waarin bloedcellen en trombocyten verstrikt raken en creëren bijgevolg het raamwerk van een bloedstolsel.

7.2.1.3

Glucose

In plasma is steeds glucose aanwezig, dat door lichaamscellen als brandstof wordt gehanteerd. Naast glucose fungeren vetzuren ook als belangrijke brandstofbron. Er zijn echter een aantal celsoorten die primair met glucose werken: de erytrocyten en de cellen van het zenuwstelsel. Hieruit blijkt de noodzaak om steeds glucose ter beschikking te hebben in het plasma.

Fysiologie 1

87

7 Bloed

Bij de binding van O2 aan het haemijzer (oxygenering van Hb) en de afgifte van O2 (desoxygenering) verandert de oxidatiegraad van het ijzer niet. Het “vasthouden” van O2 in hemoglobine is elektrovalent, het is géén chemische reactie in de zin van oxidatie. Slechts af en toe wordt het ijzerion in de haemgroep geoxideerd: Fe2+ gaat over tot Fe3+. De geoxideerde vorm van hemoglobine, methemoglobine genaamd, kan echter geen zuurstof binden. De eigenlijke hoeveelheid methemoglobine in het bloed is heel laag door het aanwezige methemoglobinereductase in de rode bloedcel dat Fe3+ opnieuw reduceert tot Fe2+ met behulp van ATP. Het haem verzorgt de rode kleur van hemoglobine en dus ook de rode kleur van bloed. Ook afbraakproducten van haem (bilirubine, biliverdine) die met de gal worden uitgescheiden, zijn nog sterk gekleurde verbindingen. De kleur van het hemoglobinemolecule varieert echter nog afhankelijk van hoeveel zuurstof gebonden voorkomt aan het haem. Hb dat 4 moleculen O2 bindt (HbO8) heeft een helderrode kleur. Bij binding van minder O2 aan Hb neigt de kleur naar donkerrood.

Bij veel methemoglobine heeft het zuurstofarme bloed een paars-blauwe kleur (cyanose) en kan er een ernstig zuurstoftekort in de weefsels ontstaan. Kleine hoeveelheden methemoglobine kunnen met hulp van het reductase opnieuw gereduceerd worden.

7.2.2.1.3

CO2 transport aan hemoglobine

Behalve O2 komt in het bloed koolstofdioxide (CO2) voor dat vrijkomt uit verbrandingsprocessen in de lichaamscellen. Hemoglobine speelt ook een belangrijke rol in het transport van CO2 van de weefsels naar de longen. CO2 wordt echter niet aan de haemgroep, maar ter hoogte van het globinegedeelte van het molecule aan enkele vrije aminogroepen van de peptideketen gekoppeld. De binding van CO2 aan hemoglobine levert carbaminohemoglobine op.

7.2.2.2

Witte bloedcellen of leukocyten

Leukocyten (leukos = wit) beschikken niet over hemoglobine en bezitten dan ook niet het roodgekleurde uiterlijk. Ze hebben wel een celkern en andere organellen en zijn groter in vergelijking met rode bloedcellen.

Op basis van het microscopisch beeld met behulp van kleuringstechnieken worden ze onderverdeeld in twee groepen (zie figuur 7): •

granulocyten

•

agranulocyten

Fysiologie 1

93

7 Bloed

Figuur 7: witte bloedcellen

De verschillende leukocyten zijn elk op een eigen manier betrokken bij de afweer tegen schadelijke micro-organismen (bacteriën, virussen, schimmels) en spelen dus een belangrijke rol in de afweerreactie.

Een opvallend kenmerk van leukocyten is dat ze het vermogen hebben om de bloedbaan te verlaten en ze kunnen migreren naar het weefsel. De witte bloedcellen bewegen tussen de endotheelcellen van de capillairwand door om zich richting het omringende bindweefsel te verplaatsen. Dit proces wordt diapedese genoemd (zie figuur 8).

Figuur 8: diapedese Het aantal witte bloedcellen dat zich buiten de bloedbaan bevindt is een veelvoud (ongeveer 25 keer) van dat in het bloed. De bloedbaan wordt door deze cellen dan voornamelijk gebruikt als transportbaan om verplaatsing naar een gebied van infectie of verwonding snel te laten verlopen.

7.2.2.2.1

Granulocyten

Granulocyten hebben hun naam te danken aan de opvallende korrels of granulae in hun cytoplasma.

De granulae zijn eigenlijk vesikels met een specifieke chemische inhoud en aanwezige lysosomen die gekleurd kunnen worden. Ze bezorgen de cel het typische uitzicht onder de microscoop.

Fysiologie 1

94

7 Bloed

Bij de kleuring worden twee kleurstoffen gebruikt: een basische kleurstof, methyleenblauw, en het roodkleurige eosine, een zure kleurstof. De term basofiel en eosinofiel hebben betrekking op de bindingsneiging van de korrels voor een van beide kleurstoffen. Wanneer de korrels geen voorkeur hebben, met andere woorden neutraal zijn, dan worden ze neutrofiel genoemd. Hun kern is uiteengevallen in een aantal lobjes of segmenten, die via een dun lijntje nog aan elkaar hangen.

•

Neutrofiele granulocyten

Neutrofielen vormen de absolute meerderheid van alle leukocyten in het bloed. Vijftig tot zeventig procent van de witte bloedcellen zijn neutrofielen. Neutrofiele granulocyten zijn meestal de eerste witte bloedcellen die bij een infectiehaard aankomen. De cytoplasmakorrels zijn lysosomen.

Neutrofielen zijn bijgevolg in staat om bacteriën en andere micro-organismen door fagocytose onschadelijk te maken. De neutrofiele granulocyt werkt als microfaag, d.w.z. hij fagocyteert kleine componenten. Bij de fagocytoseactiviteit worden zoveel lytische enzymen geactiveerd dat de neutrofiel ook zichzelf aantast en verloren gaat.

•

Eosinofiele granulocyten

Eosinofielen vormen slechts een uiterst kleine fractie binnen de populatie van witte bloedcellen. Twee tot vier procent van de witte bloedcellen in het bloed zijn eosinofielen. Eosinofielen vertonen ook een fagocytosecapaciteit, maar hebben hun plaats binnen de afweer vooral te danken aan aanwezige chemische mediatoren in de korrels. Bij parasitaire infecties wordt een toename van het aantal eosinofielen gedetecteerd. Eosinofiele granulocyten migreren vanuit de bloedbaan naar de plaats van parasitaire infectie en vernietigen de parasieten door exocytose van toxische eiwitten en zuurstofradicalen. Ook tijdens allergische reacties stijgt het aantal eosinofielen aanzienlijk.

•

Basofiele granulocyten

Basofielen maken ongeveer 1% van alle leukocyten uit. Basofielen fagocyteren niet, maar staan in voor histamineproductie. De vrijzetting van histamine bevordert de doorlaatbaarheid van de bloedvatwand, wat in het voordeel werkt van de ontstekingsreactie. Daarnaast bezitten de granulen ook heparine, een stof die de bloedstolling tegengaat.

7.2.2.2.2

Agranulocyten

Agranulocyten onderscheiden zich van granulocyten doordat deze leukocyten geen duidelijke korrels in het cytoplasma vertonen. Deze naam is enigszins misleidend want de granulocyten beschikken ook over blaasjes met klierproducten en lysosomen, alleen zijn ze kleiner en moeilijker detecteerbaar met een lichtmicroscoop.

Binnen de groep van de agranulocyten wordt het onderscheid gemaakt tussen de lymfocyt en de monocyt. Het ontbreken van de korreling is de enige onderlinge overeenkomst. Hun kern ziet er totaal verschillend uit en ook hun taken in de afweer zijn divers.

Fysiologie 1

95

7 Bloed

•

Lymfocyten

Lymfocyten vormen ongeveer twintig tot veertig procent van het totaal aantal leukocyten. Lymfocyten in het bloed vormen een heel klein gedeelte van de ganse groep witte bloedcellen. De overgrote meerderheid bevindt zich in andere bindweefsels en in organen van het lymfevatenstelsel.

De lymfocyt is iets kleiner dan de andere leukocyten. De cel heeft een grote ronde kern die omhuld wordt door een rand helderblauw gekleurd cytoplasma.

De lymfocyt is de cel van de verworven immuunafweer. B-lymfocyten produceren passende antistoffen. De antistoffen kunnen lichaamsvreemde cellen of eiwitten op verderaf gelegen plaatsen van het lichaam aanvallen. Bepaalde T-lymfocyten vervullen een regulerende functie binnen de immuunreactie en andere T-lymfocyten voeren een cytotoxische aanval uit. Ze maken direct contact met een virus geïnfecteerde cel en zijn verantwoordelijk voor de cellulaire immuunrepons.

Lymfocyten zijn in staat de herinnering aan een vorig contact met een lichaamsvreemde stof chemisch vast te houden (geheugencellen), zodat bij een volgend contact met dezelfde stof de aanval veel sneller kan worden ingezet.

•

Monocyten

Monocyten vormen normaal gesproken ongeveer vijf procent van de witte bloedcellen. De monocyt is een grote leukocyt. Deze cel is namelijk dubbel zo groot als een rode bloedcel en vertoont een compacte kern met centrale indeuking. Het omringende cytoplasma ziet er na kleuring grauwgrijs uit.

De monocyt blijft echter slechts een beperkte tijdsperiode (24 uur) in het bloed en bij het binnendringen in het weefsel transformeert de cel tot weefselmacrofaag. Macrofagen vertonen een grote fagocytosecapaciteit en vernietigen op die manier lichaamsvreemd materiaal en resten van de dode fagocyterende granulocyten.

De macrofaag presenteert bovendien chemische kenmerken van het gefagocyteerd materiaal aan de lymfocyten, die dan weer voor specifieke afweer kunnen zorgen. Nadat de macrofaag een vreemd deeltje zoals een bacterie heeft gefagocyteerd, wordt de antigene component van de bacterie ingebouwd in het membraan van de macrofaag. De macrofaag doet dan dienst als antigeenpresenterende cel.

7.2.2.3

Bloedplaatjes of trombocyten

Trombocyten of bloedplaatjes nemen een aparte plaats in door het feit dat het geen echte cellen zijn, maar celfragmenten. Bloedplaatjes zijn heel kleine, onregelmatig gevormde stukjes cytoplasma, omhuld door een membraan en beschikken dus niet over een kern en organellen. Ze ontstaan door afsnoering uit grote voorlopercellen, de megakaryocyten (zie figuur 9).

Fysiologie 1

96

7 Bloed

Figuur 9: bloedplaatjes Trombocyten

hebben

het

vermogen

om

zich

vast

te

hechten

op

de

plaats

van

bloedvatwandbeschadiging. Ze werken mee aan het stelpen van een bloeding (hemostase) door de beschadigde wand te helpen afsluiten.

7.3

Vorming en afbraak van de vaste bloedbestanddelen

De verschillende bloedbestanddelen vertonen een verschillende levensduur en worden dan ook in verschillend tempo vervangen. Het feit dat de samenstelling en het volume van het bloed in de loop van de tijd nauwelijks wijzigt, bewijst dat hier homeostatische regelmechanismen werken die de processen van aanmaak en afbraak steeds goed afstemmen op de behoefte.

De vorming van de vaste bloedbestanddelen wordt hematopoëse (Grieks: poiesis = vorming) genoemd en doet zich voor ter hoogte van het rode beenmerg in de holtes van het spongieuze bot (zie figuur 10). Bij volwassenen vooral in de wervels, het sternum, de ribben, de schouderbladen, het bekken en de proximale beenderen van de ledematen. Het rode beenmerg wordt rijkelijk voorzien van capillairen die de aanvoer van voedingsstoffen en regulerende stoffen (bijvoorbeeld erytropoëtine) realiseren om de productie van bloedcellen te ondersteunen (zie figuur 10). Via deze bloedvaten komen de gevormde bloedcellen dan ook terecht in de algemene bloedcirculatie.

Figuur 10: hematopoëse in rood beenmerg

Fysiologie 1

97

7 Bloed

7.3.1

Vorming en afbraak van erytrocyten

Erytrocyten hebben een levensduur van 100 à 120 dagen. Vervolgens verdwijnt hun membraan en vallen ze uiteen. De beperkte levensduur kan verklaard worden door het feit dat rode bloedcellen sterk onderhevig zijn aan mechanische stress tijdens passage doorheen de uiterste nauwe capillairen.

Bovendien kunnen ze niet inspelen op opgelopen schade door het ontbreken van organellen.

Om hun aantal op peil te houden worden ze in hetzelfde tempo waarmee ze verloren gaan ook vervangen. Dagelijks gaat ongeveer 1% van de rode bloedcellen verloren en bijgevolg moet er dagelijks ongeveer 1% geproduceerd worden.

Vertrekkende vanuit een gemiddeld aantal erytrocyten bij een volwassen persoon van 5.106 per mm3 bloed en een totaal bloedvolume van 5 liter komen we aan een totaal van 5 x 5.106 x 106 = 25.1012 aanwezige erytrocyten. Dat betekent een nieuwaanmaak van 25.1010 per dag ofwel bijna 3 miljoen erytrocyten per seconde! Het intensieve proces van erytrocytenaanmaak wordt erytropoëse genoemd.

7.3.1.1

Vorming van erytrocyten

Net zoals bij de andere vaste bloedbestanddelen start de vorming van rode bloedcellen of erytropoëse bij de deling van de hematopoëtische stamcel in het rode beenmerg. Na deling van de stamcel wordt via een aantal opeenvolgende rijpingsstadia (zie figuur 11) de erytrocyt gevormd.

Het voorstadium van de erytrocyt in het beenmerg beschikt nog over een kern. De cel start de hemoglobineaanmaak en de kern verdwijnt. Als enkel nog wat flardige kernresten en een paar ribosomen en mitochondria over zijn, wordt het prefinale rijpingsstadium reticulocyt genoemd.

Normaal zijn er in het bloed weinig reticulocyten. De meeste reticulocyten rijpen in het beenmerg uit tot volwassen erytrocyten waaruit alle kernresten, ribosomen en mitochondria zijn verdwenen. Bij verhoogde aanmaak (bv. na veel bloedverlies) kan het aantal reticulocyten in het perifere bloed toenemen.

Figuur 11: erytropoëse

Fysiologie 1

98

7 Bloed

7.3.1.2

Regulatie van erytropoëse

De productie van erytrocyten wordt hormonaal geregeld door erytropoëtine (“epo”). Het peptidehormoon erytropoëtine wordt voornamelijk door de nieren geproduceerd (zie figuur 12). De productie van erytropoëtine is afhankelijk van de hoeveelheid zuurstof die wordt aangevoerd via het arteriële bloed in de nieren. Bij hypoxie (lage PO2), bv. door verblijf in het hooggebergte waar de luchtdruk en dus ook de zuurstofdruk lager is, stijgt het erytropoëtinepeil in het bloed en wordt het hormoon naar het rode beenmerg getransporteerd. Ter hoogte van het beenmerg stimuleert erytropoëtine de deling van de stamcellen en de verdere uitrijping. Als eindresultaat komen er meer rode bloedcellen in het bloed. Het lichaam reageert met dezelfde effecten op een verminderd aantal circulerende erytrocyten, zoals bijv. na sterk bloedverlies.

Figuur 12: regulatie van erytropoëse

Op indirecte wijze stimuleren het schildklierhormoon, het bijnierschorshormoon en het mannelijk geslachtshormon testosteron de erytropoëse. Vanwege het laatstgenoemde hormoon is bij de man het aantal erytrocyten in het bloed per volume gemiddeld hoger dan de vrouw.

Gentechnisch geproduceerd erytropoëtine kent zijn medische toepassingen en is noodzakelijk bij patiënten met nierbeschadiging om de erytrocytproductie op peil te blijven houden. Erytropoëtine wordt echter ook misbruikt binnen de sportwereld. Als een sporter erytropoëtine gebruikt dan is het mogelijk dat zijn sportprestaties bevorderd worden door een verhoogde zuurstofafgifte aan het spierweefsel. Het gebruik houdt echter ook risico’s in. Als het hormoon aan een gezond persoon wordt toegediend, kan het hematocriet stijgen tot 65 of meer, waardoor het bloed stroperiger wordt en het hart harder moet werken.

Dit kan plotseling overlijden door hartfalen als gevolg hebben.

Fysiologie 1

99

7 Bloed

7.3.1.3

Anemie

Een normale mate van activiteit is alleen mogelijk als de zuurstofconcentratie in de weefsels binnen normale grenzen wordt gehouden. Het lichaam moet voldoende hemoglobine bevatten om goed te kunnen functioneren. De normaalwaarde van de hemoglobineconcentratie bedraagt voor mannen 13,5 – 17,5 g/100 ml en voor vrouwen 12 – 16 g/100 ml. Als iemand een hemoglobineconcentratie heeft die lager is dan de norm, dan is er sprake van bloedarmoede of anemie.

Verschillende symptomen gaan gepaard met bloedarmoede: vroegtijdige spiervermoeidheid, zwakheid en een algemeen gebrek aan energie.

Meerdere oorzaken kunnen aan de basis liggen van anemie. Een voor de hand liggende oorzaak is uitwendig of inwendig bloedverlies, bijvoorbeeld bij een ernstig trauma of bij een maagbloeding. Het verlies aan bloed gaat gepaard met een daling van het beschikbare hemoglobine.

Een verlaagd hemoglobinegehalte kan ook het gevolg zijn van een tekort aan bepaalde voedingsstoffen waardoor onvoldoende of afwijkende erytrocyten worden aangemaakt. De voornaamste tekorten situeren zich op het niveau van ijzertekort of gebrek aan vitamine B12 en foliumzuur of vitamine B11. Eenzijdige voeding of absorptiestoornissen kunnen hierin een belangrijke rol spelen.

•

Ijzer

Het lichaam bevat gemiddeld ±3,5 g ijzer in geïoniseerde vorm (Fe2+) dat uitsluitend in eiwitgebonden vorm voorkomt. Ongeveer zeventig procent van de totale hoeveelheid (±2,5 g) is aanwezig in het hemoglobine van de erytrocyten. Ijzer dat niet nodig is voor de synthese van hemoglobine, wordt gebonden aan transferrine en getransporteerd naar verschillende weefsels. Het wordt opgeslagen als restvoorraad (±1 g) in lever, milt en beenmerg.

Een kleine fractie van het ijzer bevindt zich in het plasma, gebonden aan transferrine (een b-globuline).

Bij afbraak van de erytrocyt wordt het ijzer opnieuw ter beschikking gesteld van het lichaam en gebonden aan transferrine. Niettegenstaande het lichaam zuinig omgaat met ijzer, treedt dagelijks een verlies van ongeveer 1-2 mg ijzer op via de huid, urine en stoelgang. Voor vrouwen in de vruchtbare levensfase is er een bijkomstig verlies door de maandelijkse menstruatie.

Om het dagelijkse verlies van 1-2 mg te kunnen compenseren moet de hoeveelheid aanwezig ijzer in het voedsel aanzienlijk hoger zijn (10 à 20 mg/dag) omwille van geringe ijzerabsorptie. Het hangt bovendien sterk van de samenstelling van de voeding af hoeveel van het aanwezige ijzer daaruit wordt opgenomen.

Ijzer kan alleen worden opgenomen in de ferrovorm (Fe2+). In voedingsbronnen van dierlijke oorsprong zoals vlees is ijzer onder die vorm aanwezig in hemoglobine en myoglobine. Ijzer uit plantaardige voedingsmiddelen (Fe3+) kan alleen worden opgenomen als het eerst wordt gereduceerd tot Fe2+, bijvoorbeeld door het combineren met vitamine C dat optreedt als reductiemiddel.

Fysiologie 1

100

7 Bloed

De verschillende onderdelen van hemoglobine kennen een verschillende bestemming. De aanwezige globine-eiwitketens worden afgebroken tot aminozuren, die worden hergebruikt voor nieuwvorming van hemoglobine of functioneren als brandstofbron.

De haemring wordt opengebroken en het vrijgekomen Fe2+ komt opnieuw in de plasmapool terecht waar het getransporteerd wordt aan transferrine. De hoeveelheid haemijzer die dagelijks wordt hergebruikt, overstijgt de hoeveelheid die uit de darm wordt geabsorbeerd. Dagelijks wordt ±26 mg ijzer in hemoglobinemoleculen ingebouwd, terwijl de dagelijkse absorptie van 1-2 mg uit de voeding voldoende is om het dagelijkse ijzerverlies te compenseren. Overtollig ijzer wordt overgedragen aan de voorraadweefsels (lever, milt en beenmerg), waarin het met het eiwit apoferritine de verbinding ferritine vormt. Als de totale ijzervoorraad de opslagcapaciteit van ferritine overstijgt, wordt het ijzer opgeslagen onder de vorm van hemosiderine, een onoplosbaar geheel in de cellen van lever, milt en beenmerg.

Van alle ijzer in het lichaam is ongeveer 70% gebonden aan het haem in hemoglobine, 5% aan andere ijzerhoudende eiwitten en enzymen, 25% bevindt zich in opslagvorm (ferritine en hemosiderine).

Minder dan 1% circuleert in het bloed, gebonden aan transferrine.

Het restant van de opengebroken haemring wordt tot bilirubine geoxideerd. Dit metaboliet vertoont nog steeds een sterke kleur, oranjerood-geel. Bilirubine kan niet verder worden afgebroken en wordt door de lever met de gal uitgescheiden in de dunne darm. Galvloeistof en vervolgens de urine en faeces danken aan bilirubine en zijn metabolieten hun kenmerkende kleur.

figuur 13: levenscyclus van rode bloedcel

Fysiologie 1

102

7 Bloed

Voedingszuren – Daarnaast kennen protonen ook hun oorsprong binnen de opgenomen voeding. Vrije zuren in de voeding, bijvoorbeeld citroenzuur, ascorbinezuur… geven protonen af.

Nog belangrijker voor de protonenhuishouding zijn de aanwezige zwavelbevattende aminozuren in eiwitrijke voeding die door omzetting aanleiding geven tot zuren.

Gewoonlijk kunnen de metabole zuren opnieuw gebruikt worden of snel uitgescheiden worden, waardoor de concentratie niet sterk toeneemt en ze vlot gebufferd kunnen worden door het lichaam.

Als zuren echter in grote hoeveelheden worden gevormd (bijvoorbeeld bij langdurig vasten of diabetes mellitus) belasten ze de buffersystemen en kunnen ze aanleiding geven tot metabole acidose.

7.5.2

Buffersystemen van het bloedplasma

Onafhankelijk van de oorsprong van H+ ionen kan gesteld worden dat een overmaat H+ ionen wordt gebufferd. Een buffer bindt de vrije H+ ionen, waardoor ze geen invloed hebben op de pH. Op die manier wordt de pH constant gehouden. De binding aan de buffer is echter reversibel. Als de H+ ionen concentratie opnieuw daalt in het omringend milieu dan kan de buffer de gebonden H+ ionen opnieuw vrijzetten.

De kleine verstoringen van de zuur-base huishouding kunnen in het bloed worden opgevangen door meerdere

buffersystemen.

De

kwantitatief

belangrijkste

buffersystemen

zijn

het

koolzuur/bicarbonaat systeem en het eiwitbuffersysteem, voornamelijk hemoglobine.

7.5.2.1

Het H2CO3/NaHCO3 buffersysteem

Er is in het bloed een voorraad vrije bufferionen, HCO3- (bicarbonaat), dat met Na+ een zout vormt: NaHCO3 -> Na+ + HCO3De vrije HCO3- ionen vormen met H+ ionen een zwak zuur, H2CO3 (koolzuur) H+ + HCO3- <-> H2CO3 H2CO3 valt in een waterige oplossing onmiddellijk en vrijwel volledig uiteen in H2O en CO2: H2CO3 <-> H2O + CO2 Er is dus eigenlijk sprake van de volgende evenwichtsreactie: H+ + HCO3- <-> H2O + CO2 Om aan te geven dat de evenwichtsreactie via H2CO3 loopt, wordt hij meestal als volgt genoteerd: H+ + HCO3- <-> H2CO3 <-> H2O + CO2

Fysiologie 1

110

7 Bloed

Het zure milieu en de lage PO2 (zuurstofspanning) in actief weefsel bevorderen het loslaten van O2 uit hemoglobine. Dit ondersteunt het bufferend effect. Het evenwicht in de bovenstaande reactie verschuift naar links.

In de longen, waar door het ademen de PO2 in het doorstromend bloed wordt verhoogd, dreigt bij de oxygenatie (het binden van zuurstof aan hemoglobine) het gebufferd H+ weer vrij te worden gesteld in de bloedbaan. Toch gebeurt dit niet, omdat met het ademen tegelijk ook CO2 verdwijnt en het vrijkomende H+ onmiddellijk kan “overstappen” in de bicarbonaatbuffer: H+ + HCO3- <-> H2CO3 <-> H2O + CO2 Het bufferend vermogen van hemoglobine is bijgevolg groot in een omgeving die zuurstof verbruikt.

In een zuurstofrijke omgeving staat hemoglobine echter H+ af.

Opdracht/Oefening Na het doornemen van het eerste deel van de leerinhoud “Bloed” werk je de studiehandleiding uit die beschikbaar is op Toledo.

Denkvraag We hebben aangehaald dat de temperatuur en de pH 2 factoren zijn die de bindingsneiging van Hb voor O2 beïnvloeden. De CO2 concentratie speelt hier echter ook een bepalende rol.

Hoe zal een stijging of daling van de CO2 concentratie de bindingsneiging van Hb voor O2 beïnvloeden? Om deze vraag te beantwoorden relateer je de leerinhoud “pH van het bloed” met “Zuurstoftransport”.

Deze vraag geeft ook duidelijk aan dat verschillende leerinhouden met elkaar in verband gebracht kunnen worden.

Fysiologie 1

112

7 Bloed

Als het gehalte aan antistoffen heel hoog is geworden, komen T-suppressorcellen in actie. Hun cytokines hebben een remmend effect op de plasmacelreactie en ook op de werking van de cytotoxische T-cellen.

7.7.3.4.3

T-geheugencellen

Als het antigeen niet meer wordt aangetroffen, komen de uitvoerende en regulerende T-cellen tot rust. Er blijven echter T-geheugencellen over, die bij nieuw contact met het antigeen onmiddellijk (binnen enkele uren!) actief worden.

7.7.3.5

Besluit verworven afweer

De grote diversiteit die aangetroffen wordt in de werking van de verworven immuniteit is te danken aan het feit dat het lichaam zich moet kunnen verdedigen tegen een gans scala aan verschillende bedreigingen. De humorale respons richt zich voornamelijk tegen extracellulaire micro-organismen, zoals de meeste bacteriën, aangezien de vrijgezette antilichamen niet doorheen het celmembraan kunnen bewegen. Virussen, daarentegen bevinden zich steeds intracellulair en ook bepaalde bacteriën blijven intracellulair leven. De noodzaak van de cellulaire immuunsrepons blijkt hier dan ook duidelijk.

Het uitgangspunt is dat humorale immuniteit vooral antibacterieel werkt en de cellulaire immuniteit vooral antiviraal en antitumor, maar in het algemeen wordt zowel de B- als T-celrespons opgewekt door de meeste micro-organismen.

7.7.4

Immuniteit

De term immuniteit is steeds verbonden aan een welbepaalde ziekteverwekker: iemand is “immuun tegen …” bijvoorbeeld mazelen, waterpokken. Het begrip immuniteit kan gehanteerd worden als een persoon specifieke antistoffen tegen een bepaalde ziekteverwekker bezit of over het vermogen beschikt om heel snel (binnen enkele uren) deze antistoffen aan te maken. Er worden 2 vormen van immuniteit onderscheiden: actieve en passieve immuniteit. Elk van beiden kan op een natuurlijke of op kunstmatige manier verkregen worden.

Actieve immuniteit houdt in dat de antistoffen door de persoon zelf geproduceerd worden na blootstelling aan een antigeen. Dit wordt natuurlijk opgewekt na besmetting met de ziekteverwekker.

De persoon in kwestie vertoont meestal ziekteverschijnselen ten gevolge van het contact met de ziekteverwekker. Na ±10 dagen verschijnen er antistoffen in de bloedbaan en wordt de uitbreiding van de ziekteverwekker verhinderd. De symptomen verdwijnen dan ook. Bij een volgend contact wordt de secundaire immuunrespons opgewekt door beroep te doen op B-geheugencellen en verschijnen er reeds na enkele uren hoge concentraties van immuunglobulinen in het bloed. De ziekteverwekker krijgt dan ook de kans niet om zich te vermenigvuldigen, waardoor de ziekte niet uitbreekt.

Fysiologie 1

133

7 Bloed

Actieve immuniteit kan ook kunstmatig opgewekt worden door bv. vaccinatie, waarbij een persoon ingeënt wordt met antigene kenmerken of verzwakte stammen van een bacterie of virus. De persoon wordt bijgevolg niet ziek en dit heeft als voordeel dat de betrokkene in de toekomst bestand is tegen natuurlijke blootstelling aan dezelfde type ziektverwekker door de aanwezigheid van Bgeheugencellen. Bij een volgend, natuurlijk contact met de levende ziekteverwekker treden deze specifieke cellen onmiddellijk in de aanval.

Passieve immuniteit betekent dat de aanwezige antistoffen niet door de persoon zelf zijn aangemaakt, maar verkregen zijn uit een andere bron.

Een foetus ontvangt op natuurlijke wijze antilichamen door passage van antilichamen via de placenta van moeder naar kind tijdens de zwangerschap. Na de geboorte kunnen nog steeds antilichamen worden doorgegeven via de moedermelk.

Antistoffen kunnen ook kunstmatig worden toegediend via een injectie van antilichamen geïsoleerd uit donorbloed om ziekten te voorkomen na blootstelling aan de ziekteverwekker. Kunstmatig passief immuniseren is nodig in gevallen van besmetting met levensgevaarlijke ziekteverwekkers, waarbij de opbouw van de natuurlijke, actieve immuniteit niet afgewacht kan worden. Antistoffen tegen het hondsdolheidsvirus worden bijvoorbeeld geïnjecteerd bij iemand die onlangs door een dier met rabiës is gebeten.

Opdracht/Oefening Na het doornemen van het tweede deel van de leerinhoud “Bloed” werk je de studiehandleiding uit die beschikbaar is op Toledo.

Opdracht/Oefening Na het doornemen van de volledige leerinhoud werk je de voorbeeldexamenvragen uit die beschikbaar zijn op Toledo.

Fysiologie 1

134

Bibliografie

Bibliografie Boron, W.F., & Boulpaep, E.L. (2016). Medical physiology (3de ed.). Elsevier.

Bouman, L.N., Mutinga, J.H.J., & Bakels, R. (2018). Leerboek medische fysiologie (4de dr.). Houten: Bohn Stafleu van Loghum.

Calders, P. (2018). Cytologie & histologie. Gent: Owl Press.

Craeynest, P., & Cokelaere, M. (2011). Onze genen: Handboek menselijke erfelijkheid. Leuven: Acco.

Koolman, J., & Röhm, K. (2008). Leeratlas van de biochemie (1ste dr.). Baarn: Sesam..

Martini, F.H., & Bartholomew, E.F. (2017). Anatomie en fysiologie: een inleiding (6de dr.). Amsterdam: Pearson Benelux.

Rijkers, G.T., Kroese, F.G.M., Kallenberg, C.G.M., & Derksen, R.H.W.M. (2016). Leerboek immunologie (2de dr.). Houten: Bohn Stafleu van Loghum.

Fysiologie 1

135