ORGAANSYSTEMEN – HART EN VATEN: HOORCOLLEGES
INLEIDEND COLLEGE
Homeostase: de eigenschap van het lichaam om inwendige stabiliteit te handhaven
• Lichaamscellen kunnen slecht tegen veranderingen in hun omgeving
• Het lichaam houdt het extracellulaire compartiment zeer constant
Milieu intérieur: het dier beschikt over controlesystemen die zijn interacties en
uitwisselingen met hun omgeving, zodanig dat de fysische toestand en chemische
samenstelling van het interne milieu in wezen constant.
HC ELEKTROFYSIOLOGIE
Anatomie van het hart
• Het hart is een elektrisch aangedreven pomp, aangesloten met longcirculatie
en systemische circulatie
• Er is een drukverschil aanwezig wat ervoor zorgt dat het bloed kan stromen
o Systemische circulatie: hoge druk naar heel het lichaam
o Longcirculatie: hoge druk naar de longen om zuurstof te verkrijgen
• De linker kamer is de kamer die het bloed de systemische circulatie in pompt en daardoor is de
spierwand daar ook dikker.
• Hartminuutvolume wordt bepaald door: hartfrequentie en slagvolume -> hartfrequentie per
minuut x slagvolume
Hartcyclus
De hartcyclus bestaat grofweg uit 5 stappen die afwisselend de systole (pompfase) en diastole
(rust/vul fase) vormen van de kamers:
,• Kort gezegd: het hart vult -> trekt samen -> pompt weg
• Elektrische activatie volgorde bepaalt de contractie volgorde door excitatie-contractie koppeling
Elektrische activatie
Actiepotentiaal
• De actiepotentiaal speelt zich af tussen de
evenwichtspotentiaal en kalium (-90 mv) en
natrium (60 mv).
• In het geval van kalium bevindt er zich veel
kalium binnen de cel en weinig buiten de cel.
Om een evenwicht te krijgen zal kalium
daarom naar buiten moeten stromen
waardoor de evenwichtspotentiaal van kalium
negatief ligt.
• Doordat de geleidbaarheid voor kalium het
hoogst is, draagt kalium veel bij aan de
rustmembraanpotentiaal.
• Bij een actiepotentiaal depolariseert de membraan waardoor spanningsgevoelige natrium
kanalen open gaan en natrium de cel in gaat. Kaliumpoorten gaan dan (later) open om dit tegen
te gaan en repolarisatie vindt plaats.
o Natrium is in hoge concentratie buiten de cel en lage concentratie in de cel. (Zelfde voor Cl-)
• Het actiepotentiaal van een neuron duurt 2ms waar een actiepotentiaal van een hartspiercel zo’n
200ms duurt; er is een extra plateau-fase.
o Calcium zorgt voor deze extra plateau-fase
o Balans van kalium en calcium zorgt voor plateau: geleidbaarheid kalium neemt af en calcium
kanalen gaan open. Er is dus minder kalium uitstroom en meer calciuminstroom waardoor
het even (netto) stilligt als het ware.
• In hartspiercellen is de geleidbaarheid van kalium nog hoger dus is de rustmembraanpotentiaal
bijna gelijk aan het evenwichtspotentiaal van kalium (Vm = Ek); -90mV.
o Pk > Pca en Pk>Pna
• Tussen de slagen door speelt de hoge kaliumgeleidbaarheid een grote rol in het behouden van de
membraanpotentiaal.
Ionstromen
• Je hebt allerlei ionkanalen, die op verschillende
momenten een rol spelen bij de actiepotentiaal.
• De stroom die door een ionkanaal loopt is gelijk aan de
wet van Ohm: Ix = Gx * (Vm – Ex). Hierin is Vm de
membraanpotentiaal, Ex de evenwichtspotentiaal en Gx
de geleidbaarheid voor ion x.
o De geleidbaarheid valt eigenlijk te definiëren als of
het kanaal open of dicht staat.
o Het spanningsverschil is de drijvende kracht; als de
membraanpotentiaal gelijk is aan de
evenwichtspotentiaal is er netto geen stroom.
o Een positieve stroom betekent een uitwaartse stroom. Negatieve stroom is inwaarts
Vlotage clamping
• Deze ionstroom is direct te meten d.m.v. Voltage Clamp
• Je bepaalt de membraanpotentiaal door negatieve of positieve stroom te injecteren
,• Als de cel gerepolariseerd wordt gaat kalium de cel uit want het
wordt positief van de evenwichtspotentiaal. Dan is er een stroom
de cel uit dus moet er iets gebeuren. Dan wordt een positieve
lading vanuit de versterker de cel in gestopt die gemeten wordt
als een positieve stroom.
• Andersom als de cel depolariseert moet de versterker lading
onttrekken en is er een negatieve stroom. Het meest negatieve
punt staat dan gelijk aan de maximale inwaartse stroom (natrium
cel in). Je meet daarmee dus eigenlijk hoeveel stroom er in de cel
moet komen om weer evenwicht te krijgen en daarmee wordt dus
de potentiaal gemeten.
Van actiepotentiaal naar contractie
• De volgorde waarin het hart geactiveerd is ook de volgorde waarin
contractie plaats vindt.
o Via de t-tubuli opent de depolarisatie golf de L-type Calcium kanalen. Calcium komt
daardoor de cel binnen
o Deze calcium opent de ryanodine receptor Ca2+ release channels (RyR) in het
sarcoplasmatisch reticulum.
o Het sarcoplasmatisch reticulum laat dan allemaal calcium vrij de cel in en dat komt bij de
myofibrillen terecht waar het voor een samentrekking zorgt. Calcium bindt aan troponine.
o Als de cytoplasmatische calcium concentratie minder wordt, laat calcium los van troponine
en schuiven de filamenten terug naar de relaxatie stand.
o Calcium wordt weer opgenomen in het sarcoplasmatisch reticulum (via Serca-pomp) maar
er is ook een Na+ Ca2+ ATPase (NCX) in het membraan aanwezig wat ook de calcium naar
buiten transporteert. Ca2+ wordt tegen de elektrische gradiënt in naar buiten gepompt.
• De plasmamembraan vouwt als het ware naar binnen de hartspiercel waardoor calcium release
bewerkstelligd kan worden. De t-tubuli zijn zo geplaatst dat ze zich dicht bij het sarcoplasmatisch
reticulum bevinden met daarbij de Ltype calcium kanalen.
• Een indirect effect van de actiepotentiaal is dus dat de hoeveelheid calcium toeneemt met
daarop volgend een contractie: actine en myosine gaan interacteren met ATP en calcium. Dit
wordt ook wel de excitatie-extractie koppeling genoemd.
, Bij hartfalen is een downregulatie van de SERCA-pomp (blauwe pijl). Hierdoor is er
van tevoren een te hoog diastolisch gehalte (cytoplasma) en een verlaagd
systolisch calcium gehalte (SR). Dit zorgt voor problemen bij zowel de contractie als
relaxatie van het hart. Er zit namelijk minder calcium in het SR en meer in het
cytoplasma. SERCA zorgt niet meer voor het vullen van SR, de contractiekracht
neemt hierdoor af, want er kan minder Ca vrijkomen.
Contractie opbouw vanuit sinus
• Hart opgebouwd uit ~6•109 cardiomyocieten, die allemaal erg met elkaar verweven zijn en elk
een eigen excitatie-extractie koppeling ‘uit kunnen voeren’
• Myocyten zijn allemaal zelf elektrisch actief, maar niet uit zichzelf
• Impuls start in de sinusknoop, hier worden spontaan actiepotentialen gegenereerd.
• De If kanalen zorgen ervoor dat er een langzame depolarisatie is totdat de drempelwaarde wordt
bereikt.
• In de autoritmische cellen heerst er een rustmembraanpotentiaal van -60mV. Bij deze potentiaal
zijn de If kanalen (permeabel voor zowel Na+ als K+) open. Als de kanalen open zijn is er kalium
efflux en natrium influx.
o De natrium influx overschrijdt echter de kalium efflux waardoor er depolarisatie plaats
vindt.
o Hoe positiever het wordt, hoe meer de kanalen sluiten en de Ca2+ kanalen zullen open
gaan.
• Calcium gaat dan snel de cel in en er is een snelle stijging. Dan sluiten de calcium kanalen en
openen de langzame K+ kanalen. De opening van de kalium kanalen is verantwoordelijk voor de
repolarisatie.
• De snelheid van de depolarisatie bepaald hoe snel het hart contracteert.
• Het interval tussen twee potentialen kan aangepast worden door de permeabiliteit van de
autoritmische cellen voor bepaalde ionen aan te passen. In feite zorgt de hyperpolarisatie dus
voor het openen van de If kanalen
• De autoritmische cellen zijn heel goed gekoppeld aan de cardiomyocyten (ofwel contractiele
cellen) middels gap junctions waardoor de prikkel doorgegeven kan worden. De koppeling tussen
de cellen is erg belangrijk voor de geleiding van de prikkel.
• Als er bij cel A een actiepotentiaal plaats vindt is er een spanningsverschil tussen de twee cellen.
De wet van Ohm zegt dan dat er een stroom loopt (want er is een spanningsverschil en een
weerstand in de vorm van een gap junction). Daarmee gaat cel B ook depolariseren. Er gaat dus
lading van de sinusknoop cel (ofwel autoritmische cel) naar de naburige cel en de naburige cel
depolariseert ook. De 2 cellen zijn functioneel verbonden van gapjunctions.
INLEIDEND COLLEGE
Homeostase: de eigenschap van het lichaam om inwendige stabiliteit te handhaven
• Lichaamscellen kunnen slecht tegen veranderingen in hun omgeving
• Het lichaam houdt het extracellulaire compartiment zeer constant
Milieu intérieur: het dier beschikt over controlesystemen die zijn interacties en
uitwisselingen met hun omgeving, zodanig dat de fysische toestand en chemische
samenstelling van het interne milieu in wezen constant.
HC ELEKTROFYSIOLOGIE
Anatomie van het hart
• Het hart is een elektrisch aangedreven pomp, aangesloten met longcirculatie
en systemische circulatie
• Er is een drukverschil aanwezig wat ervoor zorgt dat het bloed kan stromen
o Systemische circulatie: hoge druk naar heel het lichaam
o Longcirculatie: hoge druk naar de longen om zuurstof te verkrijgen
• De linker kamer is de kamer die het bloed de systemische circulatie in pompt en daardoor is de
spierwand daar ook dikker.
• Hartminuutvolume wordt bepaald door: hartfrequentie en slagvolume -> hartfrequentie per
minuut x slagvolume
Hartcyclus
De hartcyclus bestaat grofweg uit 5 stappen die afwisselend de systole (pompfase) en diastole
(rust/vul fase) vormen van de kamers:
,• Kort gezegd: het hart vult -> trekt samen -> pompt weg
• Elektrische activatie volgorde bepaalt de contractie volgorde door excitatie-contractie koppeling
Elektrische activatie
Actiepotentiaal
• De actiepotentiaal speelt zich af tussen de
evenwichtspotentiaal en kalium (-90 mv) en
natrium (60 mv).
• In het geval van kalium bevindt er zich veel
kalium binnen de cel en weinig buiten de cel.
Om een evenwicht te krijgen zal kalium
daarom naar buiten moeten stromen
waardoor de evenwichtspotentiaal van kalium
negatief ligt.
• Doordat de geleidbaarheid voor kalium het
hoogst is, draagt kalium veel bij aan de
rustmembraanpotentiaal.
• Bij een actiepotentiaal depolariseert de membraan waardoor spanningsgevoelige natrium
kanalen open gaan en natrium de cel in gaat. Kaliumpoorten gaan dan (later) open om dit tegen
te gaan en repolarisatie vindt plaats.
o Natrium is in hoge concentratie buiten de cel en lage concentratie in de cel. (Zelfde voor Cl-)
• Het actiepotentiaal van een neuron duurt 2ms waar een actiepotentiaal van een hartspiercel zo’n
200ms duurt; er is een extra plateau-fase.
o Calcium zorgt voor deze extra plateau-fase
o Balans van kalium en calcium zorgt voor plateau: geleidbaarheid kalium neemt af en calcium
kanalen gaan open. Er is dus minder kalium uitstroom en meer calciuminstroom waardoor
het even (netto) stilligt als het ware.
• In hartspiercellen is de geleidbaarheid van kalium nog hoger dus is de rustmembraanpotentiaal
bijna gelijk aan het evenwichtspotentiaal van kalium (Vm = Ek); -90mV.
o Pk > Pca en Pk>Pna
• Tussen de slagen door speelt de hoge kaliumgeleidbaarheid een grote rol in het behouden van de
membraanpotentiaal.
Ionstromen
• Je hebt allerlei ionkanalen, die op verschillende
momenten een rol spelen bij de actiepotentiaal.
• De stroom die door een ionkanaal loopt is gelijk aan de
wet van Ohm: Ix = Gx * (Vm – Ex). Hierin is Vm de
membraanpotentiaal, Ex de evenwichtspotentiaal en Gx
de geleidbaarheid voor ion x.
o De geleidbaarheid valt eigenlijk te definiëren als of
het kanaal open of dicht staat.
o Het spanningsverschil is de drijvende kracht; als de
membraanpotentiaal gelijk is aan de
evenwichtspotentiaal is er netto geen stroom.
o Een positieve stroom betekent een uitwaartse stroom. Negatieve stroom is inwaarts
Vlotage clamping
• Deze ionstroom is direct te meten d.m.v. Voltage Clamp
• Je bepaalt de membraanpotentiaal door negatieve of positieve stroom te injecteren
,• Als de cel gerepolariseerd wordt gaat kalium de cel uit want het
wordt positief van de evenwichtspotentiaal. Dan is er een stroom
de cel uit dus moet er iets gebeuren. Dan wordt een positieve
lading vanuit de versterker de cel in gestopt die gemeten wordt
als een positieve stroom.
• Andersom als de cel depolariseert moet de versterker lading
onttrekken en is er een negatieve stroom. Het meest negatieve
punt staat dan gelijk aan de maximale inwaartse stroom (natrium
cel in). Je meet daarmee dus eigenlijk hoeveel stroom er in de cel
moet komen om weer evenwicht te krijgen en daarmee wordt dus
de potentiaal gemeten.
Van actiepotentiaal naar contractie
• De volgorde waarin het hart geactiveerd is ook de volgorde waarin
contractie plaats vindt.
o Via de t-tubuli opent de depolarisatie golf de L-type Calcium kanalen. Calcium komt
daardoor de cel binnen
o Deze calcium opent de ryanodine receptor Ca2+ release channels (RyR) in het
sarcoplasmatisch reticulum.
o Het sarcoplasmatisch reticulum laat dan allemaal calcium vrij de cel in en dat komt bij de
myofibrillen terecht waar het voor een samentrekking zorgt. Calcium bindt aan troponine.
o Als de cytoplasmatische calcium concentratie minder wordt, laat calcium los van troponine
en schuiven de filamenten terug naar de relaxatie stand.
o Calcium wordt weer opgenomen in het sarcoplasmatisch reticulum (via Serca-pomp) maar
er is ook een Na+ Ca2+ ATPase (NCX) in het membraan aanwezig wat ook de calcium naar
buiten transporteert. Ca2+ wordt tegen de elektrische gradiënt in naar buiten gepompt.
• De plasmamembraan vouwt als het ware naar binnen de hartspiercel waardoor calcium release
bewerkstelligd kan worden. De t-tubuli zijn zo geplaatst dat ze zich dicht bij het sarcoplasmatisch
reticulum bevinden met daarbij de Ltype calcium kanalen.
• Een indirect effect van de actiepotentiaal is dus dat de hoeveelheid calcium toeneemt met
daarop volgend een contractie: actine en myosine gaan interacteren met ATP en calcium. Dit
wordt ook wel de excitatie-extractie koppeling genoemd.
, Bij hartfalen is een downregulatie van de SERCA-pomp (blauwe pijl). Hierdoor is er
van tevoren een te hoog diastolisch gehalte (cytoplasma) en een verlaagd
systolisch calcium gehalte (SR). Dit zorgt voor problemen bij zowel de contractie als
relaxatie van het hart. Er zit namelijk minder calcium in het SR en meer in het
cytoplasma. SERCA zorgt niet meer voor het vullen van SR, de contractiekracht
neemt hierdoor af, want er kan minder Ca vrijkomen.
Contractie opbouw vanuit sinus
• Hart opgebouwd uit ~6•109 cardiomyocieten, die allemaal erg met elkaar verweven zijn en elk
een eigen excitatie-extractie koppeling ‘uit kunnen voeren’
• Myocyten zijn allemaal zelf elektrisch actief, maar niet uit zichzelf
• Impuls start in de sinusknoop, hier worden spontaan actiepotentialen gegenereerd.
• De If kanalen zorgen ervoor dat er een langzame depolarisatie is totdat de drempelwaarde wordt
bereikt.
• In de autoritmische cellen heerst er een rustmembraanpotentiaal van -60mV. Bij deze potentiaal
zijn de If kanalen (permeabel voor zowel Na+ als K+) open. Als de kanalen open zijn is er kalium
efflux en natrium influx.
o De natrium influx overschrijdt echter de kalium efflux waardoor er depolarisatie plaats
vindt.
o Hoe positiever het wordt, hoe meer de kanalen sluiten en de Ca2+ kanalen zullen open
gaan.
• Calcium gaat dan snel de cel in en er is een snelle stijging. Dan sluiten de calcium kanalen en
openen de langzame K+ kanalen. De opening van de kalium kanalen is verantwoordelijk voor de
repolarisatie.
• De snelheid van de depolarisatie bepaald hoe snel het hart contracteert.
• Het interval tussen twee potentialen kan aangepast worden door de permeabiliteit van de
autoritmische cellen voor bepaalde ionen aan te passen. In feite zorgt de hyperpolarisatie dus
voor het openen van de If kanalen
• De autoritmische cellen zijn heel goed gekoppeld aan de cardiomyocyten (ofwel contractiele
cellen) middels gap junctions waardoor de prikkel doorgegeven kan worden. De koppeling tussen
de cellen is erg belangrijk voor de geleiding van de prikkel.
• Als er bij cel A een actiepotentiaal plaats vindt is er een spanningsverschil tussen de twee cellen.
De wet van Ohm zegt dan dat er een stroom loopt (want er is een spanningsverschil en een
weerstand in de vorm van een gap junction). Daarmee gaat cel B ook depolariseren. Er gaat dus
lading van de sinusknoop cel (ofwel autoritmische cel) naar de naburige cel en de naburige cel
depolariseert ook. De 2 cellen zijn functioneel verbonden van gapjunctions.
