Thema 1: Regelkringen
Regelsystemen verzorgen de sturing van alle processen in ons lichaam en zijn derhalve essentieel om te
kunnen overleven. Aan de hand van de regeling van de temperatuur in ons lichaam worden regelsystemen
behandeld en wordt stilgestaan bij het belang van deze regelkringen en wordt besproken wat het praktische
nut kan zijn van regelkringen. Dit thema staat niet op zich. Het is een inleiding voor alle thema’s in dit blok
en grijpt terug op de homeostase zoals in het vorige blok is behandeld. Aangezien regeling overal in het
lichaam terugkomt zal ook dit thema zich meermalen manifesteren in de volgende thema’s.
HC1: Inleiding Sturing en Stofwisseling
• De mens is een systeem vol regelmechanismen, van de geboorte tot de dood.
• Veel sturing is autonoom maar wel beïnvloedbaar door de wil.
• De stofwisseling van het lichaam omvat alle chemische en fysische processen die betrokken zijn bij de
productie van energie, energieafgifte en groei(opslag)
• Voorbeelden van stofwisseling zijn vertering, verplaatsing en verbranding.
• Stofwisselingsprocessen kunnen katabool (afbraak) of anabool (vorming van stoffen) zijn.
• Centrale begrippen zijn temperatuur en energie.
• Alle leven dus ook menselijk leven is onderworpen aan alle wetten van de thermodynamica.
Thermodynamische wetten
• Nulde wet: Mensen zijn homeotherm (warmbloedig) en hebben een
constante temperatuur gedurende alle levensfasen
• Eerste wet: Behoud van energie. Alle energie uit de opgenomen voedingsstoffen
manifesteert zich uiteindelijk als warmte, arbeid, of groei (opslag)
• Tweede wet: Bij alle levensprocessen neemt de entropie (=maat onwetendheid) van de omgeving toe:
biochemische omzettingen leiden altijd tot warmteproductie.
• Derde wet: pas bij het absolute nulpunt van de temperatuur komen alle processen tot stilstand: de
lichaamstemperatuur is dus niet relatief maar absoluut.
Uitwerking eerste wet
• Behoud van energie (vrije chemische energie, warmte en beweging)
• Energie-eenheid: joule (bewegingsenergie-eenheid) en calorie (warmteeenheid)
• Stofwisseling: gebruik van calorie(cal) en kilocalorie(kcal)
• Oude definitie calorie: hoeveelheid warmte om 1 gram zuiver water 1 °C in temperatuur te doen stijgen.
• Huidige definitie: 1 calorie(cal) = 4,1868 joule(J)
• Let op: 1 kcal (ook geschreven als Cal)= 4,1868 kJ
• Vrije(chemische) energie-inhoud macronutriënten: eiwit(4 kcal/g), koolhydraat(4 kcal/g),
vet (9 kcal/g). Alcohol is geen nutriënt maar de energie-inhoud is alcohol(7 kcal/g).
• Een gezonde jongeman van 70 kg tijdens rust heeft aan vrije energie 30 kcal/kg lichaamsgewicht per dag
nodig voor zijn stofwisseling.
,Uitwerking tweede wet
• De toename van inwendige energie van het menselijk lichaam is de som van de opgenomen vrije energie
en verloren energie, die als warmte verdwijnt. De laatste term is het product van de absolute
temperatuur(T) en de entropieverandering(S)
• Voorbeeld: de cellulaire verbranding van glucose levert circa 400 kcal/mol inwendige energie, terwijl de
overige 286 kcal/mol als warmte aan de omgeving wordt afgegeven
• Ander voorbeeld: glycogenese
• Belangrijkste drager van vrije energie in cellen is het molecuul adenosinetrifosfaat (ATP)
(energieinhoud:7 kcal/mol)
• Belangrijkste drager van vrije energie tussen de cellen is glucose (energieinhoud:686 kcal/mol)
Uitwerking derde wet
• De absolute temperatuur in het heelal varieert van 0 tot 1032 K
• De lichaamstemperatuur van de mens is in alle levensfasen constant op 310 (± 1) K
• Kleine variaties in de absolute temperatuur hebben grote invloed op chemische evenwichtconstanten,
membraanpotentialen, faseovergangen, oplosbaarheid, etc.
• Tijdens alle levensfasen die in dit blok aan bod komen: embryonale stamcel, embryo, foetus, zuigeling,
kind, scholier, adolescent, volwassene en oudere, is de kerntemperatuur hetzelfde.
• De zelfregulatie van de lichaamstemperatuur begint tijdens de foetale ontwikkeling.
• Zuigelingen hebben de meeste moeite om hun lichaamstemperatuur zelfstandig op peil te houden
(vandaar veel bruin vet wat warmte oplevert).
Hoe raken we onze energie kwijt?
Hoe krijgen we energie?
• Alle benodigde energie voor de geboorte komt van moeder
• Alle benodigde energie na de geboorte komt uit voeding
• Belangrijkste macronutriënten: koolhydraten, eiwitten en vetten
• Verbranding vindt plaats in het waterig milieu van de lichaamscellen bij 37◦C
• Verbranding: macronutriënten + O2 → CO2 + H20 + inwendige energie + warmte
• Gaswisseling en waterhuishouding horen dus bij de stofwisseling
• We krijgen dus energie uit voeding door verbranding van glucose en vetzuren
Homeostase door sturing en regeling
• Vrije energie-inname en -verbruik moeten in evenwicht zijn en dat wordt gestuurd en geregeld met
behulp van energiebuffers (creatinefosfaat, glycogeen, eiwit, vet, etc.)
• De energiehuishouding is in verschillende levensfasen anders
• Meting van het lichaamsgewicht en het verloop daarvan geeft inzicht in positieve of negatieve
energiebalans. Alle levensprocessen vinden plaats in een geordend systeem met een sterke sturing en
regeling. Normaal is het lichaam in homeostase. Bij ziekte is er ontregeling
, HC3: Feedbacksystemen en modellen
Bij de temperatuurregeling is er negatieve feedback en bij de baring is er positieve feedback. Een fysiologisch
feedbacksysteem is in feite een model. Een model kan gezien worden als een voorbeeld een ideaalbeeld of
een (kleinschalige) reproductie (van de werkelijkheid). Een definitie voor het woord model is: representatie
(van een ideaal beeld) vaak in de vorm van wiskundige modellen. Deze wiskundige modellen kunnen
uitkomst brengen bij bepaalde problemen.
Model membraanpoteniaal
Wiskundig model brengt uitkomst. Een ingrijpend lichamelijk onderzoek naar hoge bloeddruk in de
longslagader het bloedvat dat het hart met de longen verbindt hoeft in de toekomst waarschijnlijk niet
minder vaak plaats te vinden dan tot nu toe het geval is. Wiskundige modellen gebaseerd op het zogeheten
windketelmodel bootsen op een realistische manier het vaatbed na. De windketel is een luchtreservoir dat
vroeger in brandweerpompen werd gebruikt om pulsaties in de pompstraal te dempen en te zorgen voor een
constante waterstraal. Met behulp van het model kan in de toekomst eerder en beter op de behandeling van
de aandoening worden ingespeeld.
Galileo Galilei beschreef dat in de natuur een boek is geschreven
in de wiskunde en dat het nodig eerst dit eerst te begrijpen. De
natuur is een boek geschreven in de taal van de wiskunde en als
we die taal niet kunnen begrijpen, dan zullen we gedoemd zijn
rond te lopen als in een donker labyrinth.
Een voorbeeld van een wiskundig model is de gulden snede. De
gulden snede komen we op veel plekken in de natuur tegen. De
gulden snede is gebaseerd op de reeks van Fibonacci (1, 1, 2, 3,
5, 8, 13, 21, 34, 55 etc.) waarbij het volgende getal in de reeks de
optelsom van de twee volgende getallen.
Waarnemingen (sensate esperienze) kunnen leiden tot natuurwetten. Via inductie (het afleiden van een
algemene regel op basis van meerdere specifieke waarnemingen: generalisatie) van allerlei observaties
komt men bij een theoretische hypothese.
Via deductie en syllogisme komt men tot necessario dimonstrazione. Hierna kan via een experiment de
hypothese worden geverifieerd of gefalsificeerd. Bij een verificatie kan een nieuwe wet worden gevormd en
na een falsificatie kan een nieuwe hypothese worden opgesteld. Deductie op basis van een algemene regel
worden uitspraken gedaan over het bijzondere, waarbij de regels van de logica worden gevolgd. Dit kan
gedaan worden met behulp van een syllogisme wat stelt dat als alle vogels zijn dieren en als alle zwanen zijn
vogels alle zwanen dus dieren zijn. Of in letters: als A volgt uit B en B volgt uit C dan volgt A uit C.
De wetenschappelijke methode verloopt als volgt: er zijn waarnemingen waarna er via inductie een theorie
of hypothese wordt gevormd. Door deductief redeneren komt men hierna tot een voorspelling die in een
experiment getoetst wordt. Met behulp van verificatie en falsificatie worden de resultaten geëvalueerd.
Verificatie is het vooraf kunnen aangeven hoe een hypothese door middel van experimenten kan worden
bewezen. Deze hypothese kan alleen bewezen worden door middel van de empirie. Bij falsificatie kan men
