CASUS 1
Een definitie geven van de begrippen ‘milieu intérieur’ en ‘homeostase’
De inwendige omgeving is het vocht dat de lichaamscellen omspoelt. Men noemt dit de
interstitiële- of weefselvloeistof. Zij absorberen zuurstof en voedingsstoffen uit de
omgevende interstitiële vloeistof, die deze stoffen opnieuw uit de bloedsomloop heeft
geabsorbeerd. Daarentegen passeren afvalstoffen via de interstitiële vloeistof naar de
bloedsomloop op weg naar de nodige uitscheidingsorganen.
De samenstelling van het milieu intérieur wordt uiterst nauwkeurig gereguleerd. Hierdoor
ontstaat een relatief stabiele toestand die we homeostase noemen. Letterlijk betekent dit
‘zonder verandering’ , maar in feite beschrijft de term een dynamische, zich voortdurende
veranderende situatie waarin een veelvoud van fysiologische mechanismen en metingen
steeds binnen nauwe grenzen blijft. Bij bedreiging of verstoring van deze balans loopt het
welzijn van de persoon in gevaar. Enkele belangrijke fysiologische variabelen die
gehandhaafd moeten blijven zijn:
- Kerntemperatuur
- Water- en elektrolytenhuishouding
- pH van lichaamsvloeistoffen
- Bloedsuikergehalte
- Bloed- en weefselzuurstof en koolstofdioxidegehalte
- Bloeddruk
Negatieve en positieve feedbackmechanismen met elkaar vergelijken
Negatieve feedback betekent dat elke verandering van het regulatiesysteem die zich
verwijdert van de normale waarde wordt tenietgedaan. Indien een variabel stijgt, laat
negatieve feedback het dalen en als het daalt, laat negatieve feedback het terug stijgen tot
het normale niveau. De respons op een stimulus keert dus het effect van deze stimulus. Het
systeem wordt zo in een stabiele toestand gehouden en de homeostase gehandhaafd.
De lichaamstemperatuur is een voorbeeld van een fysiologische variabele die wordt geregeld
via negatieve feedback. Als de lichaamstemperatuur zakt tot onder het vereiste niveau, rond
37 graden Celsius, wordt dit waargenomen door de uiteinden van gespecialiseerde
temperatuurgevoelige zenuwcellen in de hypothalamus. Dit zet op zijn beurt mechanismen in
gang die de lichaamstemperatuur doen stijgen (de effectoren). Als de lichaamstemperatuur
weer is gestegen tot normale waarden, worden de temperatuurgevoelige zenuwen niet
langer gestimuleerd, zodat ze geen signalen meer naar de hypothalamus sturen.
De meeste homeostatische processen in het lichaam worden door negatieve feedback
gereguleerd om plotselinge en aanzienlijke veranderingen in het milieu intérieur te
voorkomen.
Bij positieve feedbackmechanismen doet de stimulus de respons progressief toenemen
zodat, zolang de stimulus aanhoudt, de respons progressief wordt versterkt. Voorbeelden
zijn bloedstolling en baarmoedercontracties bij de bevalling.
Bij de bevalling worden de contracties van de baarmoeder gestimuleerd door het hormoon
oxytocine. Hierdoor wordt het hoofdje van de baby in de baarmoederhals (cervix) geperst
waar receptoren worden gestimuleerd die reageren op uitrekking. Als reactie op de uitrekking
wordt meer oxytocine afgescheiden waardoor contracties sterker worden en de bevalling
,wordt voorgezet. Als de baby ter wereld is gekomen houdt het uitrekken van de cervix op,
zodat de afscheiding van oxytocine stopt.
Het proces van osmose vergelijken met dat van diffusie en met behulp van deze
begrippen uitleggen hoe moleculen zich verplaatsen binnen en tussen
compartimenten van het lichaam
Diffusie is de verplaatsing van moleculen van een plaats met een hoge concentratie naar
een plaats met een lage concentratie. Meestal vindt diffusie plaats in een gas, vloeistof op
oplossing. Het proces van diffusie wordt versneld door temperatuurstijging en/of verhoging
van de concentratie van de diffunderende stof. Diffusie kan ook plaatsvinden door een
semipermeabele membraan, zoals de celmembraan of de capillairwand. Alleen moleculen,
die klein en oplosbaar genoeg zijn om de membraan te passeren, kunnen erdoorheen
diffunderen. Zuurstof kan bijvoorbeeld vrij door de wanden van de alveoli waar de
zuurstofconcentraties hoog zijn, in de bloedsomloop diffunderen, waar de
zuurstofconcentratie laag is. Maar bloedcellen en grote eiwitmoleculen in het plasma zijn te
groot om door de wand te passeren en blijven dus in het bloed.
Terwijl de diffusie van moleculen door een semipermeabele membraan resulteert in gelijke
concentraties aan beide zijden van de membraan, verwijst osmose speciaal naar de
verplaatsing van water met de concentratiegradiënt mee. Meestal is de oorzaak dat andere
moleculen te groot zijn om de poriën van de membraan te passeren. De kracht die hieraan
ten grondslag ligt, heet osmotische druk. De osmotische druk ‘trekt’ water uit de dunnere
oplossing naar de geconcentreerde oplossing, zodat het water met de concentratiegradiënt
mee verplaatst. De osmose gaat door totdat er een evenwicht is doordat de oplossingen aan
beide kanten dezelfde concentratie – maar niet hetzelfde volume – hebben, oftewel isotoon
zijn.
Plasma osmolariteit wordt binnen strenge marges gehandhaafd, want als de
plasmaconcentratie stijgt – het plasma dus dunner wordt dan de intracellulaire vloeistof in de
rode bloedcellen – zal er water met de concentratiegradiënt mee door de membraan de rode
bloedcellen binnendringen. Daardoor kunnen de cellen opzwellen en barsten. In dat geval
noemen we het plasma hypertoon. Als de waterconcentratie in het plasma echter daalt,
zodat het plasma geconcentreerder wordt dan de vloeistof binnen de rode bloedcellen (het
plasma wordt hypertoon), dan verplaatst het water zich passief door osmose vanuit de
bloedcellen naar het plasma en krimpen de bloedcellen.
Een beschrijving geven van de termen intra- en extracellulaire vloeistof
Ongeveer 22% van het lichaamsgewicht bestaat uit extracellulair water en ongeveer 38% uit
intracellulair water. Het grootste gedeelte van lichaamswater is intracellulair (rond 70%, of 28
liter van de gemiddelde 40 liter). De resterende 30% (12 liter) is extracellulair, en
voornamelijk te vinden in de interstitiële vloeistof waar weefsels in drijven, en de rest
hoofdzakelijk in het plasma.
De extracellulaire vloeistof (ECF) bestaat voornamelijk uit bloed, plasma, lymfe,
cerebrospinale vloeistof en vloeistof in de interstitiële ruimten in het lichaam. Verder zijn er
nog zeer kleine hoeveelheden van andere extracellulaire vloeistoffen: die spelen meestal
een rol als smeermiddel. Voorbeelden zijn gewrichtsvloeistof (synoviale vloeistof),
pericardvocht (rondom het hart) en pleuravocht (rondom de longen). Interstitiële of
intercellulaire vloeistof (weefselvocht) bevochtigt alle cellen van het lichaam met uitzondering
van de buitenste huidlagen. Deze vloeistof vormt het medium waardoor stoffen zich vanuit
het bloed naar lichaamscellen verspreiden en vanuit cellen naar het bloed. Elke lichaamscel
,die in contact staat met ECF is voor zijn welzijn direct afhankelijk van de samenstelling van
die vloeistof. Een kleine verandering kan al blijvende schade toebrengen: daarom wordt de
samenstelling van de ECF zorgvuldig gereguleerd. Een daling van het kalium in het plasma
kan bijvoorbeeld leiden tot spierzwakte en hartritmestoornissen, doordat de spieren en
zenuwen gevoeliger worden voor stimulatie. Een verhoogd kalium in het bloed verstoort de
hartfunctie en kan het hart stilleggen. De kaliumspiegel van het bloed is een van de vele
parameters die continu zorgvuldig worden bijgesteld door de homeostatische mechanismen
van het lichaam.
De samenstelling van de intercellulaire vloeistof (ICF) wordt grotendeels gereguleerd door de
cellen zelf. De celmembraan heeft selectieve opname- en uitscheidingsmechanismen. In
sommige opzichten is de samenstelling van ICF totaal verschillend van die van ECF. In de
ECF bijvoorbeeld is het natriumgehalte bijna tienmaal zo hoog als in de ICF. Dat
concentratieverschil blijft bestaan, ondanks het feit dat natrium langs zijn
concentratiegradiënt door de celmembraan verspreidt, doordat de membraan een pomp
bevat (Na+/K+ pomp), die juist het natrium weer naar buiten pompt. Deze
concentratiegradiënt is cruciaal voor de functie van exciteerbare cellen (voornamelijk
zenuwcellen en spiercellen). Daartegenover komen vele stoffen binnen de cel in veel hogere
concentraties voor dan erbuiten, zoals ATP, eiwitten en kalium. Omdat water zich vrij in
beide richtingen door de celmembraan verplaatst, hebben veranderingen in de
waterconcentratie van de ECF meteen gevolgen voor de intercellulaire waterniveaus.
De structuur en functie beschrijven van de plasmamembraan
De structuur en de functies van membranen zijn van fundamenteel belang voor de overleving
van cellen, omdat ze de uitwisseling van stoffen tussen de cel en de omgeving van de cel
controleren en zodoende het intracellulaire milieu reguleren.
Het plasmamembraan bestaat uit twee lagen fosfolipiden met daarin eiwitten en suikers.
Behalve fosfolipiden is ook het lipide cholesterol aanwezig. De fosfolipide moleculen hebben
een kop en een staart. De kop heeft een elektrische lading en is hydrofiel
(wateraantrekkend), de staart heeft geen lading en is hydrofoob (waterafstotend). De
fosfolipiden liggen naast elkaar in twee aan elkaar gespiegelde lagen, met de hydrofiele
koppen naar buiten, terwijl de hydrofobe staarten binnenin een waterafstotende laag vormen.
Die verschillen hebben invloed op het transport van stoffen door de membraan.
De eiwitten die zich helemaal over de membraan uitstrekken vormen kanalen die het
transport voor bijvoorbeeld elektrolyten en vetafstotende stoffen toelaten. De
membraaneiwitten hebben verschillende functies:
- Bepaalde eiwitmoleculen hebben vertakte koolhydraatmoleculen die aan de
buitenkant van de cel zijn aangehecht en die de cel zijn immunologische identiteit
geven (‘zelf’-merkers).
- Membraaneiwitten kunnen fungeren als receptor (specifieke herkenningssite) voor
hormonen of andere chemische boodschappers.
- Sommige membraaneiwitten zijn enzymen.
- Transmembrane eiwitten vormen kanalen die met water zijn gevuld en uiterst kleine
wateroplosbare ionen door de membranen doorlaten.
- Sommige spelen een rol bij het transport van stoffen door de membraan.
Transport van stoffen door de celmembraan
- Passief transport: met de concentratiegradiënt mee zonder ATP
o Diffusie
o Gefaciliteerde diffusie+
o Osmose
, - Actief transport: tegen de concentratiegradiënt in met ATP
o De natrium-kaliumpomp
o Bulktransport
De functies beschrijven van de organellen
Organellen, letterlijk ‘kleine organen’, hebben een eigen specialistische functie. Ze zijn vaak
omgeven door hun eigen membraan binnen het cytosol.
De kern (nucleus): alle lichaamscellen hebben een kern, met uitzondering van een rijpe
erytrocyt (rode bloedcel). Sommige, zoals skeletspierweefsels, hebben meer dan een kern.
De kern is het grootste organel en hij is omgeven door de kernmembraan, een membraan
die lijkt op het plasmamembraan, maar die kleine poriën bevat waardoor bepaalde stoffen
van en naar de kern kunnen gaan vanuit het cytoplasma. De kern bevat het genetische
materiaal van het lichaam, bestaande uit DNA. Daardoor worden alle metabole activiteiten
van de cel gecontroleerd. In een niet-delende cel is er DNA aanwezig, geconfigureerd als
een fijndradig netwerk genaamd chromatine. Maar zodra de cel begint te delen, vormt het
chromatine bijzondere structuren die we chromosomen noemen. Een verwante stof, RNA,
bevindt zich ook in de kern. Er bestaan verschillende soorten RNA en niet alle zijn in de kern
te vinden, maar in het algemeen zijn ze betrokken bij de eiwitsynthese. Er bevindt zich
binnen de kern een nagenoeg ronde structuur die de nucleus heet, die betrokken is bij de
synthese (productie) en samenstelling van de elementen van ribosomen.
Mitochondriën: vliezige, worstvormige structuren in het cytoplasma. Ze worden wel de
‘energiecentrale’ van de cel genoemd. Ze zijn voornamelijk betrokken bij de aerobe
respiratie, het proces waarbij chemische energie in de cel beschikbaar wordt. Dat gebeurt
doordat uit ATP-energie vrijkomt als de cel het afbreekt. De aanmaak van ATP is het meest
efficiënt in de laatste fasen van de aerobe respiratie, een proces waarbij zuurstof nodig is.
De actiefste celtypen hebben de meeste mitochondriën, zoals levercellen, spiercellen en
spermatozoa.
Ribosomen: minus granula (korrels) bestaande uit RNA en eiwit. Ze maken eiwitten uit
aminozuren en gebruiken het RNA als sjabloon. Als ze vrij of in kleine clusters in het
cytoplasma voorkomen, maken ze eiwitten voor gebruik binnen de cel, zoals de enzymen
voor het metabolisme. Een metabole route bestaat uit een aantal stappen, die elk door een
specifiek enzym worden aangedreven. Ribosomen kunnen ook aan de buitenkant op de
kernmembraan zitten of op ruw endoplasmatisch reticulum. In dat geval maken ze eiwitten
voor transport naar buiten de cel.
Endoplasmatisch reticulum: een grote reeks geschakelde vliezige kanaaltjes in het
cytoplasma. Er zijn twee soorten: glad en ruw. Glad ER maakt lipiden en steroïdhormonen.
Ook is het betrokken bij de ontgiftiging van bepaalde (genees-)middelen. Sommige lipiden
worden gebruikt om de plasmamembranen van organellen te vervangen en te repareren.
Ruw ER is beslagen met ribosomen. Daar worden eiwitten aangemaakt, waarvan sommige
naar buiten de cel worden ‘geëxporteerd’: enzymen en hormonen dus die door middel van
exocytose de cel van oorsprong verlaten voor gebruik elders door andere cellen.
Golgiapparaat: bestaat uit stapels dicht opgevouwen platte membraneuze zakjes. Het komt
in elke cel voor, maar het is groter als een cel eiwitten aanmaakt en exporteert. De eiwitten
gaan in transportvehikels van het ER naar het Golgiapparaat waar ze worden ‘ingepakt’ in
membraangebonden blaasjes. Deze blaasjes worden opgeslagen en als er vraag is naar de
eiwitten, gaan ze naar de plasmamembraan en fuseren ermee, waarbij de inhoud van de cel
wordt afgescheiden.
