KT2601 Cardiovasculair en Respiratoir Systeem & Biomedische Instrumentatie 2
hoorcolleges
Hoorcollege 2: Cardiovasculaire functie en interactie (prof.dr. P. Steendijk) 20/03/2023
Verschillende determinanten van hartfunctie
1. Anatomie en geometrie
2. Cardiovasculaire interacties & belasting condities; de interactie tussen het hart en het vaatsysteem
(wat is de druk waarmee het hart gevuld wordt en wat is de druk waarmee het hart moet
uitpompen; deze interacties samen bepalen de flow van het hart)
3. Neurohormonale systemen
4. Elektrische activatie; samenhang tussen de contraherende cellen
5. Excitatie-contractie;
6. Contractie mechanismen; interactie tussen actine en myosine voor initiëren van contractie.
Compliant nodig bij relaxatie van lage druk (diastolisch), stijfheid nodig bij vulling (systole).
Pompfunctie van het hart is het veranderen in stijfheid (= intrinsieke functie) en wordt bewerkstelligt
door de cross-bridging.
Compliantie = wanneer laag dan kan er veel volume in terwijl de druk laag blijft (in de venen)
Cardiovasculair systeem
Pulmonaire circulatie – linker atrium – mitralisklep – linker ventrikel – aorta klep – systemische
circulatie – rechter atrium – tricuspidalisklep – rechter ventrikel – pulmonaal klep
Vernauwing
De bloedcel beweegt sneller in een vernauwing omdat volume niet samendrukbaar is. Het volume
dat voor de vernauwing instroomt is gelijk als wat bij de vernauwing uitstroomt. Hiervoor moet de
bloedcel hier sneller stromen en blijft de flow gelijk (= snelheid (cm/s) x doorsnede (cm2)).
𝑐𝑚3 𝑐𝑚
𝑓𝑙𝑜𝑤 ( ) = 𝑠𝑛𝑒𝑙ℎ𝑒𝑖𝑑 ( ) ∙ 𝑑𝑜𝑜𝑟𝑠𝑛𝑒𝑑𝑒 (𝑐𝑚2 )
𝑠 𝑠
Van boven wordt op het hartskelet gekeken en de kleppen zijn als volgt:
1. Mitralis valve
2. Pulmonalis valve
3. Aortic valve
4. Tricuspidalis valve
De pulmonalis zit anterior en de aortic valve is posterior.
Coronaire arteriën
,Cardiale spier: intracellulaire componenten
Cardiomyocyten cellen zijn gekoppeld aan de hand van intercalated discs. Het zijn gap junctions die
de nabijgelegen hartspiercellen met elkaar verbinden zodat elektrische impulsen tussen de cellen
kunnen bewegen en voor contracties kunnen zorgen. ATP zorgt voor een released state waarna de
ATP hydrolyse zorgt voor de cocked state en is waarbij ATP verbruikt is.
Sprake van cross-bridge cycling in de aanwezigheid van Ca2+ tussen de dikke en dunnen filamenten.
De transitie tussen de gevonden en niet gebonden toestand vereist ATP welke bindt aan een myosine
kop. Een hele cyclus verbruikt één ATP. Dit verloopt alleen bij voldoende Ca2+.
Titine zorgt voor het op zijn plek blijven van myosine, maar ook wanneer de sacromeer verder
uitgetrokken wordt dan trek je aan de Titine waardoor het uitrekken steeds moeilijker wordt en het
systeem steeds stijver wordt. Mensen met diastolisch hartfalen hebben vaak abnormaal veel Titine
waardoor ook tijdens het niet uitrekken (diastolische fase), het hart eigenlijk veel te stijf is.
Myosine moet binnen aan de staarten van de actine. De bindingsplaats is afgeschermd door het
troponine complex waardoor systeem heel compliant. Wanneer voldoende calcium dan hecht deze
aan Troponine C waardoor bindingssite vrijkomt. Hierdoor wordt het hart stijf. Dit gebeurt tijdens
fase 2 (= plateaufase, ST-segment en is repolarisatie hartkamers) van de actiepotentiaal in de
hartcyclus. Activatie van sarcoplasmatisch reticulum waaruit Calcium vrij komt speelt ook een grote
rol door hoge opslag van Calcium in SR. Wanneer Calcium binnenkomt tijdens actiepotentiaal dan
gaan Calciumkanalen open in SR waardoor Calcium wordt vrijgegeven. Calcium komt vrij door
kanalen met ryanodine receptoren. Indien actiepotentiaal over dan gebeurt er weer heropname van
het Calcium voor relaxatie. De snelheid van zo’n pomp kan ook weer gereguleerd worden door
fosforlamban en reguleert dus hoe snel Calcium het SR terug in wordt gepompt.
De Calcium is ook een regulator omdat hoe meer Calcium, hoe meer bindingsplaatsen er vrij komen
en dus hoe meer kracht. Calcium bepaalt dus of en hoe krachtig de cyclus doorlopen wordt. ATP is
nodig om de cyclus te doorlopen.
Kracht-lengte relatie
Indien passief (geen cross-bridges) dan is het uitrekken
van de sacromeren een stuk makkelijker dan wanneer
er sprake is van een actief systeem. In de curve wordt
de lijn dus steeds steiler omdat het systeem steeds
stijver wordt. We noemen dit de Starling-relatie en
zegt dus wat over de benodigde kracht voor de mate
van uitrekking.
,Hoe komt het dat je bij een verdere uitgerekt spier meer kracht hebt?
Er is hier veel overlap tussen actine en myosine en daardoor meer ruimte voor cross-bridges en
stijvere spieren waardoor meer kracht. Langer en dunner zorgen ook voor actine en myosine dichter
bij elkaar wat ook meer kracht genereerd.
Verder speelt de hoeveelheid beschikbare Calcium een rol; hiervoor geldt nog dat de gevoeligheid
van Calcium toeneemt bij een grotere lengte.
Meer verkorting spieren zorgt voor afname kracht.
Afterload = spanning in de wand tijdens verkorting (systole), het is de nabelasting van het hart. De
afterload wordt gelijk gesteld door het eind systolische volume
Preload = spanning in de wand tijdens relaxatie (diastole), het is de voorbelasting van het hart. De
preload is gelijk aan de eind diastolische volume
Verminderde cardiac output (slagvolume)
Afname slagvolume want frequentie gelijk. Vier manieren
waarom dit zou kunnen:
1. Diastolische druk verlagen waardoor minder vulling van het
hart
2. Aortadruk hoog maken waardoor hoge druk bereiken in
ventrikel en niet tot een klein volume samenknijpen en al het
volume uitpompen
3. Verminderde maximale stijfheid waardoor hart minder
maximaal kan contraheren
4. Hart niet goed compliant (dus te stijf) dan kan de vulling niet
maximaal in diastole waardoor kleiner volume dat uitgepompt
kan worden.
, Interactie
Of het hart goed gevuld wordt hangt af van de veneuze druk. Of het hart goed kan knijpen hangt af
van de arteriële druk. Hoe hoger veneuze, hoe beter gevuld. Hoe hoger de arteriële druk, hoe
slechter het hart leeg kan knijpen.
Organen hebben een bepaalde weerstand en je wilt een zo hoog mogelijke flow door de organen.
Deze wordt vanuit de organen gezien bereikt door een zo hoog mogelijke druk in de arteriën en zo
laag mogelijk in de venen. Vanuit het oogpunt van het hart is het precies andersom en dat zorgt
ervoor dat de flow die het hart genereerd gelijk wordt aan de flow die door de organen gaat.
We hebben hierboven wat de invloeden zijn op een geïsoleerd hart. Als je het koppelt met het
veneuze systeem dan werkt dit anders omdat het natuurlijk samengaat met het vaatstelsel.
Eind diastolisch volume groter maken → vullingsdruk vergroten of hart meer compliant maken
Eind systolisch volume kleiner maken → hart contraheren bij lagere druk of hart stijver make
Afterload zegt dat wanneer de druk omhoog dan CO dalen omdat hart moeilijker samen knijpen tot
een klein volume. De veneuze return is dan groter (= bloedflow terug naar het hart).
Preload is omgekeerd en is wanneer druk groter dan helpt dat de cardiac output omdat het hart
verder wordt vergroot waardoor meer kan vullen. De veneuze return gaat echter omlaag.
Veranderingen aan het vaatsysteem en aan het hart kunnen beiden veranderingen brengen in de
cardiac output en de veneuze return.
hoorcolleges
Hoorcollege 2: Cardiovasculaire functie en interactie (prof.dr. P. Steendijk) 20/03/2023
Verschillende determinanten van hartfunctie
1. Anatomie en geometrie
2. Cardiovasculaire interacties & belasting condities; de interactie tussen het hart en het vaatsysteem
(wat is de druk waarmee het hart gevuld wordt en wat is de druk waarmee het hart moet
uitpompen; deze interacties samen bepalen de flow van het hart)
3. Neurohormonale systemen
4. Elektrische activatie; samenhang tussen de contraherende cellen
5. Excitatie-contractie;
6. Contractie mechanismen; interactie tussen actine en myosine voor initiëren van contractie.
Compliant nodig bij relaxatie van lage druk (diastolisch), stijfheid nodig bij vulling (systole).
Pompfunctie van het hart is het veranderen in stijfheid (= intrinsieke functie) en wordt bewerkstelligt
door de cross-bridging.
Compliantie = wanneer laag dan kan er veel volume in terwijl de druk laag blijft (in de venen)
Cardiovasculair systeem
Pulmonaire circulatie – linker atrium – mitralisklep – linker ventrikel – aorta klep – systemische
circulatie – rechter atrium – tricuspidalisklep – rechter ventrikel – pulmonaal klep
Vernauwing
De bloedcel beweegt sneller in een vernauwing omdat volume niet samendrukbaar is. Het volume
dat voor de vernauwing instroomt is gelijk als wat bij de vernauwing uitstroomt. Hiervoor moet de
bloedcel hier sneller stromen en blijft de flow gelijk (= snelheid (cm/s) x doorsnede (cm2)).
𝑐𝑚3 𝑐𝑚
𝑓𝑙𝑜𝑤 ( ) = 𝑠𝑛𝑒𝑙ℎ𝑒𝑖𝑑 ( ) ∙ 𝑑𝑜𝑜𝑟𝑠𝑛𝑒𝑑𝑒 (𝑐𝑚2 )
𝑠 𝑠
Van boven wordt op het hartskelet gekeken en de kleppen zijn als volgt:
1. Mitralis valve
2. Pulmonalis valve
3. Aortic valve
4. Tricuspidalis valve
De pulmonalis zit anterior en de aortic valve is posterior.
Coronaire arteriën
,Cardiale spier: intracellulaire componenten
Cardiomyocyten cellen zijn gekoppeld aan de hand van intercalated discs. Het zijn gap junctions die
de nabijgelegen hartspiercellen met elkaar verbinden zodat elektrische impulsen tussen de cellen
kunnen bewegen en voor contracties kunnen zorgen. ATP zorgt voor een released state waarna de
ATP hydrolyse zorgt voor de cocked state en is waarbij ATP verbruikt is.
Sprake van cross-bridge cycling in de aanwezigheid van Ca2+ tussen de dikke en dunnen filamenten.
De transitie tussen de gevonden en niet gebonden toestand vereist ATP welke bindt aan een myosine
kop. Een hele cyclus verbruikt één ATP. Dit verloopt alleen bij voldoende Ca2+.
Titine zorgt voor het op zijn plek blijven van myosine, maar ook wanneer de sacromeer verder
uitgetrokken wordt dan trek je aan de Titine waardoor het uitrekken steeds moeilijker wordt en het
systeem steeds stijver wordt. Mensen met diastolisch hartfalen hebben vaak abnormaal veel Titine
waardoor ook tijdens het niet uitrekken (diastolische fase), het hart eigenlijk veel te stijf is.
Myosine moet binnen aan de staarten van de actine. De bindingsplaats is afgeschermd door het
troponine complex waardoor systeem heel compliant. Wanneer voldoende calcium dan hecht deze
aan Troponine C waardoor bindingssite vrijkomt. Hierdoor wordt het hart stijf. Dit gebeurt tijdens
fase 2 (= plateaufase, ST-segment en is repolarisatie hartkamers) van de actiepotentiaal in de
hartcyclus. Activatie van sarcoplasmatisch reticulum waaruit Calcium vrij komt speelt ook een grote
rol door hoge opslag van Calcium in SR. Wanneer Calcium binnenkomt tijdens actiepotentiaal dan
gaan Calciumkanalen open in SR waardoor Calcium wordt vrijgegeven. Calcium komt vrij door
kanalen met ryanodine receptoren. Indien actiepotentiaal over dan gebeurt er weer heropname van
het Calcium voor relaxatie. De snelheid van zo’n pomp kan ook weer gereguleerd worden door
fosforlamban en reguleert dus hoe snel Calcium het SR terug in wordt gepompt.
De Calcium is ook een regulator omdat hoe meer Calcium, hoe meer bindingsplaatsen er vrij komen
en dus hoe meer kracht. Calcium bepaalt dus of en hoe krachtig de cyclus doorlopen wordt. ATP is
nodig om de cyclus te doorlopen.
Kracht-lengte relatie
Indien passief (geen cross-bridges) dan is het uitrekken
van de sacromeren een stuk makkelijker dan wanneer
er sprake is van een actief systeem. In de curve wordt
de lijn dus steeds steiler omdat het systeem steeds
stijver wordt. We noemen dit de Starling-relatie en
zegt dus wat over de benodigde kracht voor de mate
van uitrekking.
,Hoe komt het dat je bij een verdere uitgerekt spier meer kracht hebt?
Er is hier veel overlap tussen actine en myosine en daardoor meer ruimte voor cross-bridges en
stijvere spieren waardoor meer kracht. Langer en dunner zorgen ook voor actine en myosine dichter
bij elkaar wat ook meer kracht genereerd.
Verder speelt de hoeveelheid beschikbare Calcium een rol; hiervoor geldt nog dat de gevoeligheid
van Calcium toeneemt bij een grotere lengte.
Meer verkorting spieren zorgt voor afname kracht.
Afterload = spanning in de wand tijdens verkorting (systole), het is de nabelasting van het hart. De
afterload wordt gelijk gesteld door het eind systolische volume
Preload = spanning in de wand tijdens relaxatie (diastole), het is de voorbelasting van het hart. De
preload is gelijk aan de eind diastolische volume
Verminderde cardiac output (slagvolume)
Afname slagvolume want frequentie gelijk. Vier manieren
waarom dit zou kunnen:
1. Diastolische druk verlagen waardoor minder vulling van het
hart
2. Aortadruk hoog maken waardoor hoge druk bereiken in
ventrikel en niet tot een klein volume samenknijpen en al het
volume uitpompen
3. Verminderde maximale stijfheid waardoor hart minder
maximaal kan contraheren
4. Hart niet goed compliant (dus te stijf) dan kan de vulling niet
maximaal in diastole waardoor kleiner volume dat uitgepompt
kan worden.
, Interactie
Of het hart goed gevuld wordt hangt af van de veneuze druk. Of het hart goed kan knijpen hangt af
van de arteriële druk. Hoe hoger veneuze, hoe beter gevuld. Hoe hoger de arteriële druk, hoe
slechter het hart leeg kan knijpen.
Organen hebben een bepaalde weerstand en je wilt een zo hoog mogelijke flow door de organen.
Deze wordt vanuit de organen gezien bereikt door een zo hoog mogelijke druk in de arteriën en zo
laag mogelijk in de venen. Vanuit het oogpunt van het hart is het precies andersom en dat zorgt
ervoor dat de flow die het hart genereerd gelijk wordt aan de flow die door de organen gaat.
We hebben hierboven wat de invloeden zijn op een geïsoleerd hart. Als je het koppelt met het
veneuze systeem dan werkt dit anders omdat het natuurlijk samengaat met het vaatstelsel.
Eind diastolisch volume groter maken → vullingsdruk vergroten of hart meer compliant maken
Eind systolisch volume kleiner maken → hart contraheren bij lagere druk of hart stijver make
Afterload zegt dat wanneer de druk omhoog dan CO dalen omdat hart moeilijker samen knijpen tot
een klein volume. De veneuze return is dan groter (= bloedflow terug naar het hart).
Preload is omgekeerd en is wanneer druk groter dan helpt dat de cardiac output omdat het hart
verder wordt vergroot waardoor meer kan vullen. De veneuze return gaat echter omlaag.
Veranderingen aan het vaatsysteem en aan het hart kunnen beiden veranderingen brengen in de
cardiac output en de veneuze return.
