GENIE Natuurwetenschappen - Fysiologie en anatomie van de mens

FYSIOLOGIE EN ANATOMIE VAN DE MENS

ademhalingsstelsel (wordt verwacht september 2024)

HOOFDSTUK 1

Î De werking van enzymen in biologische processen

In elke cel vinden veel chemische reacties plaats. Om een reactie te laten plaatsvinden, is er energie nodig: de activeringsenergie. Moleculen moeten namelijk met voldoende energie tegen elkaar botsen om een binding tot stand te brengen. Ook het verbreken van bindingen in een molecule vereist energie. Als er onvoldoende energie aanwezig is, bijvoorbeeld in de vorm van warmte, verlopen de meeste reacties in cellen erg traag. Te traag om de functies van de cel te onderhouden.

LEERDOELEN

M De werking van enzymen toelichten

M Beïnvloedende factoren op de enzymwerking verklaren en linken aan hun effect op het menselijk lichaam

1 Katalytische werking van enzymen

1.1 Algemeen: de werking van enzymen

Enzymen zijn eiwitten die als katalysator werken in de cel en reacties versnellen door de activeringsenergie te verlagen. Merk op dat de activeringsenergie ook verlaagt voor de omgekeerde reactie: van reactieproduct naar substraat. Dat betekent dat een enzym een reactie in twee richtingen katalyseert.

energie

reactieproduct met enzym zonder enzym 1 2

totale vrijgekomen energie tijdens de reactie substraat reactieverloop

1 activeringsenergie zonder enzym

2 activeringsenergie met enzym

S Afb. 1

Enzymen verlagen de activeringsenergie. De rode lijn stelt het energieverloop van de reactie voor zonder enzym, de blauwe lijn het verloop met enzym.

Enzymen laten een chemische reactie sneller verlopen door ‘moleculen in een bepaalde positie vast te houden’. De 3D-structuur van een enzym is namelijk zo dat er een specifiek deel is, het actief centrum, waarin de moleculen die betrokken zijn in de reactie, kunnen binden. Op die manier zorgen enzymen ervoor dat de kans op een reactie veel groter is. Je kunt het actief centrum voorstellen als een holte in het enzym. De stof die in het actief centrum bindt, noem je het substraat. Wanneer het substraat gebonden is aan een enzym, spreek je van een enzymsubstraatcomplex

De binding van het substraat op het actief centrum verlaagt de activeringsenergie van de reactie, waardoor de reactie sneller verloopt. Het enzym blijft onveranderd in de reactie en kan dus na de reactie hergebruikt worden om andere reacties te katalyseren. De binding tussen het substraat en het eiwit is zeer specifiek. Enkel de substraatmoleculen met de juiste ruimtelijke structuur passen in het actief centrum. Je kunt het vergelijken met hoe een sleutel in een slot past. Daarom noem je dat ook wel het sleutel-slotprincipe

substraat enzym

actief centrum

S Afb. 2

reactieproducten enzym-substraatcomplex

onveranderd enzym

De afbraak van een substraatmolecule tot twee reactieproducten via de vorming van een enzym-substraatcomplex.

VOORBEELD VAN DE WERKING VAN HET ENZYM SUCRASE

Sucrose bestaat uit een glucose- en een fructosemolecule. Het enzym sucrase kan sucrose splitsen in beide suikers. De moleculen sucrose, glucose en fructose passen optimaal in het actief centrum van sucrase. Andere moleculen passen slecht of niet en worden niet omgezet.

Het enzym sucrase met een leeg actief centrum 1

glucose

Het substraat sucrose bindt met het actief centrum van het enzym sucrase. sucrose

De reactieproducten glucose en fructose komen vrij. 4 H2O

De substraatmoleculen worden afgebroken tot reactieproducten. 3

S Afb. 3

Het enzym sucrase katalyseert de afbraak van sucrose tot glucose en fructose.

1.2 Regulering van de activiteit van enzymen

Om de processen in de cel te controleren, wordt de activiteit van enzymen gereguleerd. Dat gebeurt enerzijds door de aanmaak van enzymen te verhogen of te verlagen. Als er meer of minder van een eiwit aanwezig is, zal er meer of minder activiteit zijn.

Daarnaast wordt de activiteit van veel enzymen beïnvloed door inhibitoren. Dat zijn moleculen die een remmende werking hebben op een enzym. Sommige inhibitoren lijken ruimtelijk en chemisch op het substraat en kunnen daardoor ook binden op het actief centrum. Dat verhindert de binding van het eigenlijke substraat. In andere enzymen binden inhibitoren op een andere plaats dan op het actief centrum. Zo beïnvloeden ze de 3D-structuur van het actief centrum en verhinderen ze de binding van het substraat.

A B

actief centrum enzym

S Afb. 4

substraat substraat inhibitor A B enzym inhibitor actief centrum na inhibitie substraat enzym inhibitor

actief centrum

A Remming van de enzymactiviteit door competitie van een inhibitor met het substraat

B Remming van de enzymactiviteit doordat een inhibitor de structuur van het actief centrum beïnvloedt

1.3 Co-enzymen of cofactoren

De werking van veel enzymen is enkel mogelijk wanneer er op het eiwit ook een andere organische molecule of een ion gebonden is.

• Als het om een organische molecule gaat, spreek je van een co-enzym Voorbeelden van co-enzymen zijn de moleculen ATP en NADH, die een belangrijke rol spelen in de stofwisseling van de cel. Bij dieren worden co-enzymen vaak gemaakt uit vitaminen in de voeding.

• In andere enzymen komt er in het actief centrum een ion voor dat de reactie mogelijk maakt. Dat ion noem je een cofactor. Een voorbeeld is Mg2+ in het enzym rubisco, dat koolstofdioxide fixeert in de fotosynthese.

• Enzymen zijn eiwitten die chemische reacties katalyseren

• De moleculen waar enzymen op inwerken, de substraatmoleculen, binden met het eiwit op het actief centrum en vormen het enzym-substraatcomplex.

• De activiteit van enzymen wordt gereguleerd.

1.4

Naamgeving

Enzymen zijn vaak genoemd naar het type reactie dat ze katalyseren, of hun naam is afgeleid van hun functie of het substraat waarop ze inwerken, door de toevoeging ‘-ase’.

Voorbeelden:

• Lipase: breekt lipiden af.

• Protease: breekt peptiden af.

• Lactase: breekt lactose af

• Polymerase: synthetiseert polymeren.

• Hydrolase: zorg t voor hydrolyse.

Sommige enzymen hebben oude namen die minder duidelijk verwijzen naar hun activiteit, zoals pepsine (breekt eiwitten af in de spijsvertering) en lysozyme (breekt peptidoglycaan in de celwand van bacteriën af).

WEETJE

Google voorspelt alle eiwitstructuren

Het valt niet mee om met chemische technieken de 3D-structuur van eiwitten te achterhalen. Je kunt eiwitten namelijk niet waarnemen op atomair niveau, zelfs niet met een elektronenmicroscoop. Omdat veel medicijnen inwerken op eiwitten, is kennis van de 3D-structuur heel belangrijk. Als je de structuur van een eiwit kent, kun je immers veel beter begrijpen hoe een molecule erop inwerkt. Zo kunnen wetenschappers nieuwe moleculen ontwerpen met mogelijk een gelijkaardig of zelfs een sterker effect. Hoewel het een moeizaam proces is, zijn wetenschappers erin geslaagd om van veel eiwitten te bepalen hoe ze precies zijn opgevouwen in een 3D-structuur. Het bedrijf Google heeft al die kennis verzameld en met behulp van artificiële intelligentie algoritmen ontwikkeld die de 3D-structuur van eiwitten heel goed kunnen voorspellen, enkel op basis van de sequentie van de aminozuren.

Naar: demorgen.be

3D-structuur van eiwitten

2.1 Concentratie van het substraat

De snelheid waarmee een enzym een reactie katalyseert, is afhankelijk van allerlei factoren. Als de concentratie van het substraat verhoogt, zal de reactiesnelheid toenemen. Een hogere concentratie zorgt er immers voor dat er meer substraatmoleculen in botsing kunnen komen met de enzymmoleculen. Daardoor verhoogt de kans op de vorming van enzym-substraatcomplexen en dus op een chemische reactie. Als de concentratie alsmaar meer verhoogt, zal er na een tijdje verzadiging optreden. Een verdere concentratieverhoging van het substraat heeft geen positieve invloed meer op de reactiesnelheid. Dat komt doordat op dat moment alle enzymmoleculen bezig zijn met het katalyseren van een reactie. Met andere woorden: alle actieve centra zijn bezet.

verzadiging van de actieve centra

reactiesnelheid ( v )

vmax c

actieve centra zijn niet allemaal bezet

a b substraatconcentratie substraat

enzym

S Afb. 5 Invloed van de substraatconcentratie op de reactiesnelheid. v max is de maximale reactiesnelheid. Je merkt dat de reactiesnelheid niet verder toeneemt vanaf het moment dat alle aanwezige enzymen substraatmoleculen gebonden hebben.

2.2 Concentratie van het enzym

De snelheid van de enzymatische reactie hangt ook af van de concentratie van het enzym. Hoe hoger de concentratie van het enzym is, hoe sneller de reactie zal doorgaan. Een hogere enzymconcentratie zorgt er immers voor dat er meer substraatmoleculen in botsing kunnen komen met de enzymmoleculen. Daardoor verhoogt de kans op enzym-substraatcomplexen. Als de enzymconcentratie stijgt, zal de reactiesnelheid dus toenemen, op voorwaarde evenwel dat er voldoende substraatmoleculen aanwezig zijn.

reactiesnelheid ( v )

enzymconcentratie

W Afb. 6

Invloed van de enzymconcentratie op de reactiesnelheid

LABO 01

2.3 Temperatuur

De reactiesnelheid neemt toe als de temperatuur verhoogt. Toch werken enzymen het best bij een welbepaalde temperatuur, de optimumtemperatuur genoemd.

Bij de mens en andere zoogdieren is de optimale werkingstemperatuur voor enzymen ongeveer 37 °C, de lichaamstemperatuur. Het is een van de belangrijkste redenen waarom ons lichaam er alles aan doet om onze lichaamstemperatuur constant te houden. Als de temperatuur hoger is dan de optimumtemperatuur, bijvoorbeeld bij koorts, treedt er denaturatie van het enzym op. De driedimensionale structuur van het enzym verandert, waardoor het enzym-substraatcomplex niet meer gevormd kan worden. Gedenatureerde enzymen verliezen hun werking, waardoor de reactie stopt. De structuurverandering als gevolg van de temperatuurverhoging is in de meeste gevallen onomkeerbaar

optimumtemperatuur

reactiesnelheid ( v )

verlies van enzymactiviteit door deactivatie

S Afb. 7 Invloed van de temperatuur op de enzymactiviteit

verlies van enzymactiviteit door denaturatie

Naarmate de temperatuur lager is dan de optimumtemperatuur, neemt de werking van het enzym af. Een te lage temperatuur zorgt voor deactivatie van het enzym. Dat betekent dat de enzymatische reactie stilvalt, doordat er onvoldoende energie is voor de vorming van een enzym-substraatcomplex. De kinetische energie van zowel het substraat als het enzym is zo laag dat het aantal effectieve botsingen vermindert en uiteindelijk nihil wordt bij een heel lage temperatuur. Dat heeft als gevolg dat bijna alle enzymatische activiteit in levende wezens stopt bij vriestemperaturen. In de voedingsindustrie gebruikt men dat principe om voedsel te bewaren. Over het algemeen blijft de opgevouwen structuur van het eiwit wel intact. Stijgt de temperatuur weer, dan gaat het enzym opnieuw werken.

Enzymen in extreme omstandigheden

Enzymen zijn eiwitten en bestaan dus meestal nagenoeg volledig uit geplooide aminozuurketens. Ze denatureren daarom bij te hoge temperaturen, nietoptimale pH-waarden of te hoge zoutconcentraties. En toch bestaan er levende cellen en actieve enzymen in zulke extreme omstandigheden. De briljante kleurencirkels in de heetwaterbronnen van Yellowstone krijgen hun kleur door verschillende soorten bacteriën en blauwwieren.

2.4 Zuurgraad

De enzymactiviteit hangt ook af van de zuurgraad (pH) in de omgeving van het enzym. De zuurgraad beïnvloedt immers de driedimensionale structuur van de polypeptideketen en dus ook de vorm van het actief centrum.

De meeste enzymen hebben een pH-optimum van ongeveer 7, de normale pH in cellen. Enzymen die buiten de cellen werkzaam zijn, zoals de spijsverteringsenzymen, hebben dikwijls een ander pH-optimum. Zo heeft pepsine, een enzym in het maagsap dat eiwitten afbreekt, een pH-optimum van 2. Dat komt overeen met de pH van de maaginhoud.

Zoals je weet, kent pH een logaritmische schaal. Dat betekent dat een verandering op die schaal met één eenheid een verandering in zuurgraad met factor tien teweegbrengt. Op die manier is het te begrijpen dat kleine veranderingen van de pH van weefselvloeistof of van cytoplasma tot ernstige storingen in de stofwisselingsprocessen kunnen leiden. Zo kunnen bijvoorbeeld spiercellen verzuren tijdens zware inspanningen, wanneer de zuurstofvoorziening naar de spieren tekortschiet. Glucose wordt dan zonder zuurstofgas omgezet tot melkzuur, dat in de spiercel ioniseert tot lactaat (de geïoniseerde vorm van melkzuur) en een H+-ion. Een ophoping van H+-ionen doet de spiercel verzuren. Door de lage pH denatureren de enzymen, waardoor de spiercel niet meer normaal functioneert. De samentrekking van spiervezels wordt bemoeilijkt en er treedt spiervermoeidheid op. De controle over de spieren vermindert. Spierverzuring kan leiden tot spierpijn en zelfs tot spierkramp.

S Afb. 8 Spierkramp – het onwillekeurige plotselinge samentrekken van spiervezels – als gevolg van verzuring

WEETJE

Het belang van enzymen in de spijsvertering komt aan bod in hoofdstuk 2.

Als de pH in de omgeving van het enzym opnieuw gunstig wordt, zal het enzym zich herstellen en zijn activiteit hernemen.

WEETJE

pH, maat voor zuurgraad

Een lage pH wil zeggen dat de oplossing heel zuur is, dus een hoge zuurgraad heeft. Er is dan een hoge concentratie aan H+. Een hoge waarde van de pH duidt op een weinig zure oplossing. De oplossing heeft dus een lage zuurgraad en er is weinig H+ aanwezig.

S Afb. 9 pH-schaal

©VANIN

De volgende factoren beïnvloeden de snelheid van de enzymreactie (= enzymactiviteit):

• de concentratie van het substraat

De reactiesnelheid stijgt naarmate de substraatconcentratie verhoogt. Bij verzadiging van de actieve centra van de enzymen neemt de reactiesnelheid niet verder toe.

• de concentratie van het enzym

De reactiesnelheid stijgt naarmate de enzymconcentratie verhoogt, op voorwaarde dat er voldoende substraat aanwezig is.

• de temperatuur

Enzymen werken het best bij een welbepaalde temperatuur of optimumtemperatuur (37 °C voor de mens en andere zoogdieren). Bij een temperatuurstijging treedt er denaturatie van het enzym op. Die is in de meeste gevallen onomkeerbaar. Een daling van de temperatuur zorgt voor deactivatie. Stijgt de temperatuur opnieuw, dan gaat het enzym weer werken.

• de zuurgraad

Enzymen werken het best bij een welbepaalde pH of een pH-optimum

3 Toepassingen van enzymen in het dagelijks leven

Het belang van enzymen voor heel wat chemische reacties heeft ertoe geleid dat enzymen ook worden ingezet in de industrie. Door enzymen te gebruiken, kan men de productie van bepaalde stoffen immers een stuk makkelijker, goedkoper en zelfs milieuvriendelijker laten verlopen.

3.1 Enzymen voor kaasproductie

W Afb. 10

De massa van samengeklonterde melkeiwitten (wrongel genoemd) is wit van kleur. De wrongel wordt in een vocht doorlatende doek verpakt en sterk samengeperst, zodat zo veel mogelijk vocht wordt uitgedreven.

Een belangrijke stap bij de bereiding van kaas is het stremmen of indikken van de melk, als gevolg van het samenklonteren van bepaalde melkeiwitten. Daarvoor is het enzym chymosine verantwoordelijk.

Vroeger werd chymosine alleen gewonnen uit kalvermagen. Jonge kalveren maken chymosine aan in de maag, waardoor de moedermelk gaat stremmen en dus niet meteen uit de maag kan wegstromen. Dat proces is nodig voor een goede vertering van de melk. Naarmate de kalveren ouder worden en minder melk drinken, zullen ze minder chymosine aanmaken.

S Afb. 11

©VANIN

Er zijn onvoldoende kalveren om de volledige kaasindustrie te bevoorraden. Daarom doet men een beroep op genetisch gewijzigde gistcellen (Ø 5-10 µm) die in staat zijn om chymosine in onbeperkte hoeveelheden aan te maken.

Omdat er onvoldoende kalveren zijn om chymosine te winnen voor de kaasproductie op grote schaal, heeft men naar een alternatieve manier gezocht om chymosine te verkrijgen. De oplossing komt van genetisch gewijzigde gistcellen. Via knip- en plakwerk heeft men het gen voor chymosine in het DNA van die micro-organismen gebracht, om vervolgens die gistcellen massaal te kweken en ze chymosine te laten produceren. Nadat men de chrymosine heeft gezuiverd uit de kweekvaten met genetisch gewijzigde cellen, worden de enzymen verkocht aan de kaasfabrikanten. De op die manier verkregen chymosine is identiek aan het natuurlijke, door kalveren aangemaakte enzym.

3.2 Enzymen voor broodbereiding

Om brood te maken, heb je gist nodig. De bekendste gist is bakkers-, wijn- of biergist (Saccharomyces cerevisiae), die gebruikt wordt bij de bereiding van brood, wijn en bier.

Gistcellen hebben suiker nodig om te groeien. Glucose zetten ze om tot alcohol en koolstofdioxide (CO2). Ze vormen ook geur- en smaakstoffen, die belangrijk zijn voor de appreciatie van het eindproduct.

De gasbelletjes van koolstofdioxide drukken het deeg omhoog. Dat is het rijzen van het deeg. De alcohol die bij het gisten wordt gevormd, vervliegt tijdens het bakproces.

In brooddeeg zit ook bloem. Die bevat vooral zetmeel (een polysacharide), dus weinig mono- of disachariden, die noodzakelijk zijn voor een optimale CO2-productie. Daarom voegt men aan de bloem het enzym amylase toe. Amylase zet zetmeel om in maltose en glucose. Met die suikers kunnen er gistcellen in het deeg groeien en komt er veel CO2 vrij. Een beter rijzend deeg geeft het brood meer volume en maakt het luchtiger. Amylase zorgt bovendien voor makkelijker kneedbaar deeg.

3.3 Enzymen voor de productie van fruitsap

Zelfs met veel moeite kun je nog niet al het sap uit een sinaasappel persen. Voor de industriële productie van fruitsap moet fruit uitgeperst worden tot de laatste druppel. Dat kan met pectinase Dat enzym breekt pectine af, dat van nature in de celwanden van planten zit.

Pectine is een suikerpolymeer dat plantencellen aan elkaar houdt. Door het afbraakwerk van pectinase verdwijnt de pectine en worden de celwanden van de sinaasappel zachter. Dat levert tijdens het persen meer sap op. In de natuur werkt pectinase bijvoorbeeld in de celwandafbraak bij vruchtrijping.

S Afb. 12 Rijzend brooddeeg

S Afb. 13 Gaatjes in het brood zijn het gevolg van CO2-productie door gistcellen.

3.4 Enzymen in (vaat)wasproducten

Vroeger gebruikte men alleen zeep om kleding te wassen. Zeep kapselt de losgeweekte vuildeeltjes in, zodat het ingepakte vuil met het water kan wegspoelen. Hoe hoger de temperatuur van het water, hoe efficiënter het reinigen verloopt. Toch zijn er vuildeeltjes, bijvoorbeeld van chocolade of gras, die zich hardnekkig aan textielvezels blijven vasthechten en dus niet zomaar wegspoelen.

Waspoeders met een combinatie van enzymen en zeep brengen dan de oplossing. Enzymen breken het vuil af in plaats van het in te kapselen. De zeep zorgt ervoor dat de afvalproducten gemakkelijk kunnen wegspoelen. De enzymen van dienst zijn proteasen voor de eiwitafbraak en lipasen voor de afbraak van lipiden. Sommige waspoeders bevatten ook amylasen en cellulasen om respectievelijk zetmeel en cellulose af te breken. Zo krijg je de hardnekkigste vlekken uit de was, zelfs gras- en chocoladevlekken.

De enzymen in wasmiddelen zijn afkomstig van genetisch gewijzigde bacteriën.

Enzymen verhogen de efficiëntie van waspoeders:

• De was is proper in een korte wastijd, want enzymen werken heel snel.

• Het waswater hoeft minder warm te zijn, waardoor er minder energie nodig is. (De enzymen zouden trouwens denatureren bij hoge wastemperaturen.)

• Er is minder zeep en water nodig, omdat de enzymen een deel van de functie van zeep overnemen.

Werken met enzymen heeft dus ook heel wat voordelen voor het milieu.

3.5 Enzymen voor papierproductie

Wit is de meest courante kleur voor papier. Toch heeft houtpulp, de grondstof van papier, een bruine kleur, veroorzaakt door de aanwezigheid van houtstof of lignine. Ongebleekt papier ziet er daarom bruiner uit. Lignine verwijderen uit houtpulp lukte vroeger alleen met behulp van milieuonvriendelijke, chemische middelen, zoals chloor en chloordioxide.

Relatief nieuw voor het bleken van papier is het gebruik van enzymen die men ontdekt heeft bij houtzwammen. Die enzymen doen het hout van boomstammen, waarop houtzwammen groeien, wegrotten en verbleken. Door ze toe te voegen aan houtpulp, verkrijgt men uiteindelijk wit papier.

S Afb. 14

Houtzwammen produceren enzymen die lignine kunnen afbreken.

Uiteraard zijn er voor de papierindustrie grote hoeveelheden van die enzymen nodig. Omdat houtzwammen die hoeveelheden niet kunnen aanleveren, doet men opnieuw een beroep op micro-organismen, waarvan men het DNA zodanig wijzigt dat ze de enzymen massaal produceren.

S Afb. 15

Reinigende vloeistof voor contactlenzen bevat afbraakenzymen.

3.6 Enzymen voor het reinigen van contactlenzen

Als je contactlenzen draagt, worden ze continu blootgesteld aan vuildeeltjes uit de lucht, die het zicht kunnen belemmeren of ooginfecties kunnen veroorzaken. Daarom geef je je contactlenzen

’s nachts een schoonmaakbeurt door ze in een reinigende vloeistof te leggen. Die vloeistof bevat verschillende soorten enzymen die de vuildeeltjes afbreken, waardoor de lenzen de volgende dag weer gebruiksklaar zijn.

3.7 Enzymen voor jeansbroeken

Onbehandelde jeans is ruw en erg onaangenaam om te dragen. Door een behandeling met enzymen voelt de jeansstof zachter aan. Ook de typische kleur van afgedragen jeans is te danken aan het gebruik van enzymen. Vroeger verkreeg men het afgesleten uitzicht door de broeken rond te zwieren in een lading stenen – een energieverslindend proces. (In lageloonlanden wordt jeans gezandstraald om een afgesleten look te krijgen. Die techniek om de stof te bleken, is heel schadelijk voor de gezondheid van de werknemers.)

S Afb. 16

Katoenpluis, een bron van cellulose

Jeans is 100 % katoen, en katoen bestaat uit cellulose. De cellulosevezels in katoen zijn op een complexe manier vertakt. Op die vertakkingen zit de blauwe kleurstof gebonden. Door jeans te behandelen met een combinatie van bepaalde cellulase-enzymen, breekt men de vertakkingen gedeeltelijk af. Daardoor komt de blauwe kleurstof vrij zonder beschadiging van de jeansstof. Door verschillende cellulasemengsels te gebruiken, verkrijgt men allerlei kleurschakeringen in jeans.

Het belang van enzymen voor heel wat chemische reacties heeft ertoe geleid dat enzymen ook worden ingezet in de industrie. Door enzymen te gebruiken, kan men de productie van bepaalde stoffen immers een stuk makkelijker, goedkoper en zelfs milieuvriendelijker laten verlopen. Zo worden enzymen ingezet bij onder andere kaasproductie, broodbereiding en fruitsapproductie, in (vaat)wasproducten, bij papierproductie, om contactlenzen te reinigen en om jeansbroeken te kleuren.

HOOFDSTUK 2

Î Stofwisselingsfysiologie en secretie bij de mens

Om in leven te blijven, hebben alle cellen van een organisme bouwstoffen en brandstoffen nodig. Autotrofe organismen kunnen die met behulp van foto- of chemosynthesereacties zelf aanmaken, maar heterotrofe organismen kunnen dat niet. Mensen zijn, net als andere dieren, fungi, sommige eencelligen en vele bacteriën, heterotrofe organismen. Ze zijn niet in staat om zelf energierijke koolstofverbindingen op te bouwen uit anorganische moleculen. Ze moeten de nodige koolstofverbindingen opnemen via voeding. Die organische moleculen zijn echter niet onmiddellijk bruikbaar voor de cellen. Ze zijn immers te groot om de cellen binnen te dringen. Daarom moeten grote verbindingen worden afgebroken tot hun elementaire bouwstenen.

LEERDOELEN

M De fysiologische processen van de stofwisseling uitleggen

M Uitleggen wat secretie is

M De structuur en functie van de verschillende delen van het spijsverteringsstelsel toelichten

M De structuur en functie van de betrokken organen in het spijsverteringsstelsel toelichten

M De structuur en functie van de verschillende delen van het excretiestelsel toelichten

M Uitleggen hoe de nieren werken

M Gezondheidsproblemen van het spijsverteringsstelsel toelichten

M Gezondheidsproblemen van het excretiestelsel toelichten

1 Anatomie en fysiologie van het spijsverteringsstelsel (en secretie)

1.1 Wat is vertering?

De biomoleculen die aanwezig zijn in voeding, moeten worden verteerd. Ze zijn immers veel te groot om het cytoplasmamembraan te passeren en opgenomen te worden in de cel. Vertering is een proces dat gebeurt in het spijsverteringskanaal en dat gecontroleerd wordt door enzymen. Na de vertering worden de elementaire bouwstenen geabsorbeerd: ze worden door de darmepitheelcellen opgenomen uit de darmholte en afgegeven aan het bloed. Via het bloed komen die bouwstenen terecht in de cellen. Onze cellen putten daaruit de nodige energie en gebruiken die bouwstenen om lichaamseigen moleculen op te bouwen.

Verteringsreacties zijn hydrolysereacties. Het zijn reacties waarbij biopolymeren door een reactie met water worden gesplitst in steeds kleinere moleculen. Verteringsreacties kunnen enkel optreden door de aanwezigheid van verteringsenzymen, die in de verschillende delen van het spijsverteringsstelsel worden afgescheiden.

Na de vertering zijn de verteerbare biomoleculen volledig gesplitst in de (samenstellende) monomeren, die dan geabsorbeerd kunnen worden in de darm.

De onderstaande tabel geeft een overzicht van de vertering van biopolymeren: polysachariden, eiwitten, lipiden en nucleïnezuren.

S Afb. 18

De verteringsenzymen werken als scharen die de biopolymeren in steeds kleinere stukken knippen.

BIOPOLYMEER

TUSSENSTAPPEN

MONOMEER

polysachariden (zetmeel) → disachariden (maltose) → monosachariden (α-glucose) eiwitten → peptideketens

lipiden (triglyceriden)

©VANIN

nucleïnezuren

→ tri- en dipeptiden en → aminozuren

diglyceriden en monoglyceriden

glycerol + drie vetzuren

nucleotiden

adenine

guanine thymine cytosine

S Tabel 1

Schematische voorstelling van het verloop van de vertering van biopolymeren

1.2 Bouw en werking van het spijsverteringsstelsel

Het spijsverteringskanaal loopt van de mond tot de anus en is opgebouwd uit meerdere organen. Elk orgaan is betrokken bij de vertering van voedselbestanddelen. De organen verkleinen het opgenomen voedsel, produceren sappen met enzymen en vermengen alles met elkaar. Daardoor ontstaat er een bewerkbare brij waarop de spijsverteringsenzymen gemakkelijk kunnen inwerken. Eenmaal de voedselbestanddelen verteerd zijn tot kleinere moleculen, moeten ze ook opgenomen of geabsorbeerd kunnen worden. De absorptie treedt op in de darm.

De bouw van de verschillende organen is aangepast aan hun functie in het spijsverteringsstelsel.

speekselklieren

mond

lever

galblaas

duodenum of twaalfvingerige darm

dikke darm

slokdarm maag

pancreas

dunne darm

endeldarm anus

S Afb. 19

De bouw van het spijsverteringsstelsel

A De mond en de speekselklieren

In de mond verkleinen de tanden het voedsel mechanisch. Tijdens het kauwen wordt het voedsel vermengd met speeksel. Speeksel is een heldere vloeistof die hoofzakelijk bestaat uit water. Daarnaast bevat speeksel ook slijm, enzymen, antistoffen en mineralen.

Speeksel wordt geproduceerd en gesecreteerd door de speekselklieren. De mens heeft drie paar grote speekselklieren. Daarnaast zijn er nog vele kleine speekselkliertjes, die verspreid zijn in de mond- en keelholte.

S Afb. 20

ondertongspeekselklier

oorspeekselklier

onderkaakspeekselklier

De drie paar grote speekselklieren

Secretie en excretie zijn allebei biologische processen. Secretie is de productie en afgifte van stoffen die in het organisme nodig zijn, uit een cel, orgaan of klier. Enzymen, speeksel en hormonen zijn secretieproducten.

Excretie daarentegen is het verwijderen van metabole afvalstoffen, zoals CO2 en ureum, uit het lichaam.

Speekselklieren zijn exocriene klieren. Het speeksel bereikt de mondholte via een afvoergang. Als je eten ruikt, ziet of eet, stijgt de speekselsecretie. De samenstelling van het speeksel verschilt voor de verschillende speekselklieren en is afhankelijk van de aard van de voeding.

WEETJE

In de natuur zijn er twee vormen of monomeren van glucose: α-glucose en β-glucose. Ze verschillen enkel in de plaatsing van de hydroxylgroep op het eerste C-atoom.

Suikers die opgebouwd zijn uit α-glucose, zoals zetmeel, kunnen we verteren. Bovendien is α-glucose een substraat voor de celademhaling.

Suikers die opgebouwd zijn uit β-glucose, zoals cellulose, kunnen we niet verteren.

Die suikers maken deel uit van de vezels in ons voedsel.

Speeksel bevat slijmstof (mucine), die het het mondslijmvlies en de slokdarm beschermt. Het bevat ook stoffen die de wondheling stimuleren.

Speeksel bevat mineralen (Ca en P) die de tanden beschermen tegen demineralisatie.

Speeksel bevat stoffen met een bufferende werking, waardoor zuren en basen worden geneutraliseerd. Zo wordt de pH in de mond bewaakt.

Speeksel speelt een rol bij het bestrijden van bacteriën, schimmels en virussen. Het bevat lysozym, een enzym dat bacteriën doodt. Ook andere chemische stoffen en antilichamen in speeksel vernietigen bacteriën, schimmels en virussen.

S Afb. 21

Een mens produceert ongeveer 800 tot 1 500 mL speeksel per dag. Naast zijn rol in de vertering heeft speeksel nog vele andere functies.

Speeksel bevat enzymen die de vertering van voedingsbestanddelen starten.

©VANIN

Speeksel dient als oplosmiddel voor smaakstoffen, zodat ze de smaakpapillen kunnen bereiken.

Speeksel bevochtigt de mondholte en vergemakkelijkt daardoor de beweging van de mond en de lippen.

Het belangrijkste verteringsenzym in speeksel is speekselamylase. Hoe langer je kauwt op bijvoorbeeld brood, hoe zoeter het smaakt. Dat komt doordat speekselamylase zorgt voor de afbraak van zetmeel bij een pH van ≈ 7. Zetmeel wordt daardoor afgebroken tot maltose (een disacharide) en α-glucose (een monosacharide).

S Afb. 22

De werking van speekselamylase in functie van de pH

Tijdens de vertering wordt zetmeel enzymatisch afgebroken:

• Eerst worden de polysachariden gehydrolyseerd tot maltose.

• Daarna wordt maltose gehydrolyseerd tot α-glucose.

S Afb. 23

zetmeel maltose glucose amylase maltase

De hydrolyse van zetmeel tot α-glucose

Andere verteerbare sachariden die in de voeding aanwezig zijn, worden door hydrolyse volledig omgezet in monosachariden.

B De slikbeweging en de slokdarm

Vanuit de mond komt de voedselbrij door een slikbeweging terecht in de slokdarm

1 Slikken

Slikken is een complex proces waarbij veel spieren betrokken zijn, onder andere die van de lippen, tong, kaak, wangen en keel.

Wanneer het voedsel met behulp van de tong naar de keelholte of farynx wordt gebracht, kan het door drie verschillende openingen weg: de slokdarm, de luchtpijp en de neusholte. Een ingewikkeld samenspel van bewegingen zorgt ervoor dat het voedsel de juiste weg naar de slokdarm volgt.

Het zachte gehemelte sluit de neusholte af.

voedselbrok

De bovenste sluitspier van de slokdarm is gesloten.

De tong sluit de mondholte af.

slokdarm

De bovenste sluitspier van de slokdarm opent.

Het strotklepje sluit het strottenhoofd (larynx) af.

De bovenste sluitspier van de slokdarm is opnieuw gesloten.

S Afb. 24

De slikbeweging

1 De voedselbrok wordt door de tong naar achteren geduwd. Het zachte gehemelte met de huig wordt omhooggetrokken en sluit de neusholte af.

2 De voedselbrok komt terecht in de keelholte. De keelwandspieren trekken zich samen. Ze knijpen de keelholte boven de voedselbrok dicht, waardoor de brok de slokdarm in glijdt.

Doordat het strotklepje achterover wordt gekanteld, wordt de doorgang naar de luchtpijp afgesloten. Tegelijkertijd beweegt het strottenhoofd zich naar boven.

3 De voedselbrok wordt in de slokdarm geduwd.

WEETJE

Slikken kan alleen met de mond dicht. Tijdens het slikken stopt de ademhaling. Bij baby’s is dat anders. Zij kunnen drinken en tegelijkertijd rustig doorademen, doordat hun strottenhoofd veel hoger zit. De bouw van hun strottenhoofd verandert later en pas daarna leren ze ook praten.

2 De slokdarm

De wand van de slokdarm bestaat uit verschillende lagen.

slijmlaag of mucosa

binnenste bindweefsellaag laag lengtespieren laag kringspieren

S Afb. 25

Dwarse doorsnede van de slokdarm

©VANIN

buitenste bindweefsellaag of steunweefsel

In de verschillende delen van het spijsverteringskanaal vind je hetzelfde algemene bouwplan terug, van de slokdarm tot de endeldarm (zie afbeelding 26). Van binnen naar buiten zie je telkens dezelfde vier lagen rond het lumen. slijmlaag of mucosa

lumen of holte

binnenste bindweefsellaag

gladde spierlaag

buitenste bindweefsellaag of steunweefsel

S Afb. 26

Algemeen bouwplan van het spijsverteringskanaal

In de slokdarm wordt de voedselbrij door peristaltische bewegingen naar beneden geduwd. Peristaltische bewegingen treden op in heel het spijsverteringskanaal, waardoor de voedselbrij wordt voortgeduwd.

Peristaltische bewegingen zijn gecoördineerde bewegingen van de lengte- en kringspieren in de wand van de slokdarm, die reflexmatig worden uitgelokt door het uitrekken van de slokdarm. Daarbij trekken de kringspieren boven en onder de voedselbrij zich samen. Tegelijkertijd ontspannen de kringspieren zich ter hoogte van de brok. Wanneer de kringspieren ontspannen zijn, zijn de lengtespieren gespannen en omgekeerd. Het voedsel wordt zo naar beneden geduwd.

C De maag

kringspieren gespannen, lengtespieren ontspannen

beweging van de voedselbrok

kringspieren ontspannen, lengtespieren gespannen

S Afb. 27

De peristaltische beweging

De voedselbrij komt terecht in de maag. De maag is een hol orgaan en ligt aan de linkerkant van de buikholte, onder het middenrif of diafragma.

S Afb. 28

De voedselbrij wordt door de peristaltische bewegingen van de slokdarm naar de maag geduwd. slokdarm

middenrif sluitspier tussen slokdarm en maag maag

S Afb. 29

De slokdarm en de maag

De maagmond is een sluitspier die zich opent onder invloed van de naderende peristaltische bewegingen. De spier sluit zich weer na elke voedselbrok die het doorlaat, en belet zo dat de zure maaginhoud terugstroomt naar de slokdarm.

Ook in de maag komen dezelfde vier weefsellagen terug. De buitenkant van de maag wordt omhuld door een dunne laag steunweefsel (serosa). De gladde spierlaag in de maagwand bestaat echter uit drie spierlagen: naast een laag lengte- en kringspieren is er ook een schuine spierlaag.

De binnenste bindweefsellaag is de ondersteunde laag van de slijmlaag of de mucosa.

buitenste bindweefsellaag

gladde spierlaag

binnenste bindweefsellaag slokdarm

slijmlaag

duodenum

maagportier

S Afb. 30

De bouw van de maag

buisvormige klierkanalen

laag lengtespieren

laag kringspieren

schuine spierlaag

©VANIN

slijmcellen

Bij reflux bij baby’s en mensen met anorexia vertoont de slokdarm vaak brandwonden door het zoutzuur dat voortdurend in de slokdarm terechtkomt.

slijmlaag of mucosa

cellen die instaan voor de secretie van HCl

cellen die pepsine afscheiden

maagklieren

S Afb. 31

Kliercellen in de slijmlaag van de maag

De binnenkant van de maag is sterk geplooid. Daardoor wordt het contactoppervlak tussen de slijmlaag en de maaginhoud vergroot. De plooien vormen buisvormige klierkanalen. Daarin komen verschillende kliercellen voor. Sommige kliercellen scheiden slijm af, andere secreteren pepsinogeen en nog andere produceren HCl of zoutzuur. Samen vormen ze het maagsap

Door dat zoutzuur is het milieu in de maag sterk zuur. Er heerst een pH van ≈ 2. De maagwand zelf is door de slijmlaag beschermd tegen die lage pH-waarde en de inwerking van het zoutzuur.

MAAGHOLTE

De lage pH in de maag veroorzaakt denaturatie van de proteïnen die aanwezig zijn in de voedselbrij. Daardoor worden de polypeptideketens beter toegankelijk voor enzymen.

Het zure milieu zorgt er ook voor dat het inactieve pepsinogeen wordt omgezet naar het actieve enzym pepsine.

pepsinogeen

HCl pepsine

Het actieve pepsine heeft een pH-optimum van 2 en breekt in de maag de gedenatureerde eiwitten af.

proteïne polypeptideketens

reactiesnelheid ( v )

denaturatie

S Afb. 32

De denaturatie van proteïnen: de 3D-structuur wijzigt na een verandering van de temperatuur en de pH.

S Afb. 33

De werking van pepsine in functie van de pH

Doordat de drie spierlagen van de maag afwisselend samentrekken, ontstaan er peristaltische bewegingen. Door die bewegingen wordt de voedselbrij in de maag gekneed en vermengd met het zure maagsap. Het maagsap bevat ook het enzym pepsine, een endopeptidase. Dat enzym splitst peptidebindingen in het midden van de polypeptideketen, waardoor er kortere polypeptideketens ontstaan.

De maagwand wordt beschermd door een dikke slijmlaag, zodat ze niet beschadigd kan worden door pepsine.

S Afb. 34

De hydrolyse van een polypeptideketen

De twaalfvingerige darm dankt zijn naam aan zijn lengte, die overeenkomt met ongeveer twaalf duimbreedtes (20 tot 25 cm).

D De dunne darm

De maag wordt onderaan afgesloten van de dunne darm door een sluitspier, de pyloris of maagportier. De dunne darm is ongeveer 5 m lang en wordt ingedeeld in drie delen:

• de twaalfvingerige darm of duodenum (± 25 cm);

• de nuchtere darm of jejenum (± 2 m);

• de kronkeldarm of ileum (± 3 m).

In de dunne darm kun je dezelfde lagen onderscheiden als in het hele spijverteringskanaal:

• een buitenste laag steunweefsel;

• een laag lengtespieren;

• een laag kringspieren;

• een binnenste bindweefsellaag;

• een slijmlaag of mucosa.

maagportier maag slokdarm

duodenum of twaalfvingerige darm

darmplooi

S Afb. 35 De bouw van de dunne darm

nuchtere darm of jejenum

kronkeldarm of ileum

darmvlokken of villi

De binnenkant van de dunne darm is sterk geplooid, waardoor er darmplooien worden gevormd. De darmplooien vertonen uitstulpingen, de darmvlokken of villi. De darmvlokken worden begrensd door het darmepitheel met microvilli. De darmplooien, darmvlokken en microvilli zorgen voor een beduidende oppervlaktevergroting, wat heel belangrijk is voor een goede darmfunctie. A B C

laag kringspieren darmholte

laag lengtespieren

steunweefsel

darmvlokken of darmvillidarmepitheelcel

S Afb. 36

A Dwarse doorsnede van de dunne darm

B Darmvlokken of villi

C Darmepitheelcellen met microvilli

microvilli

1 De twaalfvingerige darm

Wanneer de maagportier opent, komt de zure voedselbrij terecht in het eerste deel van de dunne darm, de twaalfvingerige darm of duodenum.

zure voedselbrij = chyme

twaalfvingerige darm

In het duodenum worden gal en pancreassap afgescheiden.

In de twaalfvingerige darm monden afvoergangen van de alvleesklier of pancreas uit. De pancreas bestaat uit een deel met endocriene klieren, die hormonen produceren, en uit een deel met exocriene klieren. Het exocriene deel van de pancreas secreteert pancreassap. Dat sap wordt via de afvoergangen afgegeven in het duodenum. Het bevat spijsverteringsenzymen en een basische stof, natriumbicarbonaat (NaHCO3). Wanneer de zure maaginhoud de twaalfvingerige darm bereikt, wordt het zuur geneutraliseerd door natriumwaterstofcarbonaat. Dat is nodig, want de slijmlaag aan de binnenkant van de dunne darm is niet dik genoeg om als bescherming te dienen tegen de lage pH van de voedselbrij.

NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2

afvoerbuis van het pancreassap

pancreas maag

rest van de dunne darm

galblaas lever

galbuis sfincter

S Afb. 37

De spijsverteringsenzymen in het pancreassap zijn betrokken bij de vertering van proteïnen, zetmeel en vetten.

• De enzymen die proteïnen afbreken, vormen trypsine, een mengsel van peptidasen. Dat bevat endopeptidasen en exopeptidasen. Endopeptidasen splitsen de peptidebinding in het midden van de polypeptideketen, waardoor er kortere ketens ontstaan. Exopeptidasen werken in op de peptidebinding aan de uiteinden van de polypeptideketen, zodat aan beide uiteinden het eindstandige aminozuur wordt afgesplitst.

endopeptidasen

H2N COOH

exopeptidasen

S Afb. 38

Endopeptidasen en exopeptidasen werken in op verschillende plaatsen in de polypeptideketen.

exopeptidasen

• Het overgebleven zetmeel wordt door pancreasamylase afgebroken tot maltose en α-glucose.

• Lipiden (triglyceriden) worden door lipase gesplitst in glycerol en vrije vetzuren.

S Afb. 39

De hydrolyse van triglyceriden wordt gekatalyseerd door lipase.

• De pancreas bevat ook nuclease. Dat enzym splitst polynucleotideketens in nucleotiden.

Door de toevoeging van waterstofbicarbonaat stijgt de pH in het duodenum van pH 3 in het eerste deel tot pH 8 bij de overgang naar de rest van de dunne darm.

Daardoor ontstaat er een optimaal milieu voor de spijsverteringsenzymen van het pancreassap. In het begin van de twaalfvingerige darm is het zure milieu gunstig voor peptidasen, terwijl het pH-optimum voor pancreasamylase 7 is en voor lipase 8. Zetmeel en vetten worden daarom afgebroken in het laatste deel van de twaalfvingerige darm.

reactiesnelheid ( v )

peptidase amylaselipase

1 2 3

4

5

6 7

0 zuurgraad (pH)

S Afb. 40

De afhankelijkheid van enzymen van het exocriene pancreassap

Lipiden zijn moeilijk af te breken. Ze zijn niet oplosbaar in water. Daardoor plakken de vetmoleculen aan elkaar tot vetdruppels en is het contactoppervlak met lipase klein. De toevoeging van gal helpt om de afbraak te vergemakkelijken.

Gal wordt geproduceerd door de lever en kan tijdelijk worden opgeslagen in de galblaas. Via de galgang wordt de gal, indien nodig, afgevoerd naar een buisje tussen de alvleesklier en het duodenum. Via de afvoergang van de pancreas komt er ook gal terecht in de twaalfvingerige darm.

Gal bevat geen enzymen en kan de vetten dus niet afbreken, maar het maakt de vetmoleculen wel toegankelijk voor het enzym lipase. De galzouten in de gal zijn moleculen met een hydrofiel en een hydrofoob deel. Het hydrofobe gedeelte van de molecule hecht zich aan de vetdruppels, waardoor die uit elkaar worden getrokken en worden verdeeld in microscopisch kleine druppeltjes. Zo vergroten de galzouten het contactoppervlak tussen de vetmoleculen en lipase, en wordt er een emulsie gevormd. De galzouten fungeren als een emulgator. Als het vet in kleine druppels is verdeeld, kan de lipase er beter op inwerken, wat de vertering van lipiden bevordert.

Bovendien is gal een basische vloeistof die bijdraagt tot het pH-optimum voor lipasen.

hydrofobe zijde hydrofiele zijde emulgering

grote vetdruppels kleine vetdruppels door galzouten

S Afb. 41

De emulgerende werking van galzouten

2 De nuchtere darm en de kronkeldarm

Vanuit de twaalfvingerige darm schuift het voedsel door naar de nuchtere darm en tot in de kronkeldarm. Met behulp van enzymen die door de kliercellen van het darmepitheel worden afgescheiden, wordt daar de vertering voltooid.

©VANIN

• Exopeptidasen splitsen het eindstandige aminozuur af van tripeptiden.

• Dipeptidasen splitsen dipeptiden in losse aminozuren.

• Maltase breekt maltose af tot twee α-glucosemoleculen.

• Lactase splitst lactose in galactose en α-glucose.

• Sucrase splitst sucrose in fructose en α-glucose.

De meeste voedingsstoffen, het water, de vitamines en de mineralen worden uiteindelijk geabsorbeerd door de darmepitheelcellen.

3 De absorptie van voedingsstoffen in de dunne darm

Het contactoppervlak van de dunne darm is door de aanwezigheid van darmplooien, darmvlokken en microvilli sterk vergroot (van 0,5 m2 naar 100 m2). Daardoor kunnen de aanwezige voedingsstoffen efficiënt en optimaal worden opgenomen in de darmepitheelcellen. Daarna worden ze doorgegeven naar het bloedvat en het lymfevat die aanwezig zijn in de darmvlok.

dwarse doorsnede dunne darm villi darmplooi darmvlok of villus

S Afb. 42

mirovilli

darmepitheelcellen

De darmplooien, darmvlokken en microvilli vergroten het contactoppervlak tussen de darmwand en de darminhoud.

Kleine moleculen, zoals monosachariden, aminozuren en kleinere vetzuren, kunnen via de darmepitheelcellen worden opgenomen in het bloedvat. Ook water, mineralen en wateroplosbare vitaminen worden opgenomen.

Vetzuren met meer dan twaalf C-atomen zijn grote moleculen. Samen met de galzouten vormen zij in de darmholte micellen. Bij contact met microvilli komen de vetzuren opnieuw vrij en worden ze opgenomen door de darmepitheelcellen. Ook triglyceriden en andere vetten kunnen in hun geheel worden opgenomen door pinocytose.

pinocytose

©VANIN

darmholte darmepitheelcellen

weefsels

lever

S Afb. 43

De afbraak en absorptie van vetten in de dunne darm

bloedvat

lymfevat

E De dikke darm

1 Bouw

Vanuit de kronkeldarm komen de niet-opgenomen voedselresten terecht in de dikke darm. Die ligt rechts onderaan in de buikholte en is ongeveer 1,50 m lang. Op de overgang tussen de dunne darm en de dikke darm bevinden zich de blindedarm en de appendix.

dikke darm

blindedarm appendix dunne darm endeldarm aars

S Afb. 44 De dikke darm

De bouw van de dikke darm is vergelijkbaar met die van de dunne darm. De binnenkant van de dikke darm is ook geplooid, maar darmvlokken of villi ontbreken.

S Afb. 45

mucosa of slijmlaag

binnenste bindweefsellaag

gladde spierlaag kringspieren lengtespieren

buitenste bindweefsellaag

Dwarse doorsnede van de dikke darm

Elektrolyten zijn mineralen zoals natrium, kalium, magnesium en calcium die in je bloed, zweet of urine voorkomen als positieve of negatieve ionen. Ze spelen een belangrijke rol bij veel processen in het lichaam. Ze regelen de waterhuishouding en zijn noodzakelijk voor een goede werking van de spieren en zenuwen. Ze zorgen ook voor sterke botten en zijn betrokken bij de regeling van je bloeddruk en de zuurtegraad in je lichaam.

2 De absorptie van voedingsstoffen in de dikke darm

Wanneer de darminhoud de dikke darm bereikt, is de inhoud vloeibaar door vermenging met de spijsverteringssappen. De meeste voedingsstoffen zijn geabsorbeerd. De voedselresten die nog aanwezig zijn, kun je niet verteren. Ze vormen de afval van het voedsel. De dikke darm dikt de vloeibare inhoud in door het resterende water en de aanwezige elektrolyten te absorberen.

Het slijmvlies van de dikke darm speelt een belangrijke rol bij de absorptie van bepaalde stoffen.

Het is een voedingsbodem voor bacteriën die in symbiose leven met de mens. Zij vormen het darmmicrobioom

W Afb. 46

De darmbacteriën vormen een belangrijke bescherming tegen pathogenen of ziektekiemen in je darmen. Ze regelen je immuunsysteem en helpen bij de vertering van voedsel.

Bepaalde bacteriën in de dikke darm produceren vitaminen, zoals vitamine K, dat noodzakelijk is voor een goede bloedstolling. Vitamine K wordt geabsorbeerd door het slijmvlies van de dikke darm. De dikke darm is ook belangrijk voor de absorptie van ionen, zoals K+-ionen, die een grote rol spelen in onder andere de zenuwgeleiding en spiercontrole. Ook het resterende water wordt in de dikke darm geabsorbeerd.

Een ontsteking van de dikke darm leidt tot hevige diarree. Vaak gaat dat ook gepaard met een gevoel van zwakte (door een tekort aan K+-ionen).

ziekte van Parkinson, alzheimer, multiple sclerose, depressie, angst, pijn, stress

cardiovasculaire ziekten, atherosclerose

obesitas, diabetes type 2

dysbiose van het darmmicrobioom S

hypothyroïdie

sarcopenie, reumatoïde artritis, cachexie, frailty

inflammatoire darmziekten, prikkelbaredarmsyndroom, colitis ulcerosa

Bacteriën die aanwezig zijn in het microbioom

S Afb. 48 De structuur van rectum en anus

Uiteindelijk bereikt de darminhoud de endeldarm of het rectum, dat wordt afgesloten door de anus.

Wanneer de darminhoud de endeldarm bereikt, lijkt ze op feces of stoelgang. De stoelgang bestaat uit onverteerbare resten, dode cellen van het darmslijmvlies, slijm en water. Wanneer het rectum zich vult, ontstaat de drang tot ontlasting.

Ook in het rectum kunnen stoffen geabsorbeerd worden. Daarop is de toediening van zetpillen gebaseerd. De medicijnen die in zetpillen aanwezig zijn, kunnen er heel snel geabsorbeerd worden.

1.3 De functie van voedsel

We eten omdat ons lichaam bouwstoffen, energie en andere ondersteunende stoffen nodig heeft om te kunnen functioneren. Voeding bevat aminozuren, vetzuren, nucleotiden en monosachariden. Die stoffen kunnen dienen als bouwstof voor cellen, celorganellen, structuureiwitten, enzymen, hormonen … Daarnaast heb je die bouwstenen ook nodig om weefselbeschadigingen te herstellen.

A Essentiële voedingsstoffen

Om het lichaam normaal en optimaal te laten functioneren, is het nodig dat alle noodzakelijke voedingsstoffen en elementen in voldoende hoeveelheden aanwezig zijn in de voeding. Essentiële voedingsstoffen zijn voedingsstoffen die het lichaam niet zelf kan aanmaken en die dus via de voeding moeten worden opgenomen. We bespreken de essentiële aminozuren, de essentiële vetzuren, de mineralen en de vitaminen.

zetpil = suppositorium

Je kent het begrip misschien beter onder de afkorting ‘suppo’.

Het microbioom is het geheel van micro-organismen die in of op het lichaam voorkomen. Het is samengesteld uit bacteriën, archaea, virussen en eukaryoten. De plaats waar de micro-organismen je lichaam koloniseren, is afhankelijk van de specifieke kenmerken in de omgeving en van hun levenswijze. Facultatief anaerobe bacteriën domineren in het darmkanaal, terwijl aerobe bacteriën de luchtwegen, de neusholte en het huidoppervlak bewonen.

De basis van het eigen microbioom van een baby wordt gevormd door zijn eerste contact met micro-organismen. Bij een vaginale bevalling gebeurt dat in het geboortekanaal van de moeder. Bij baby’s die geboren worden met een keizersnede, zijn de eerste micro-organismen waarmee ze in contact komen, bacteriën die aanwezig zijn in het ziekenhuis. Die baby’s hebben een andere samenstelling van het microbioom en hebben later meer kans op auto-immuunziekten.

soort geboorte

Vanaf de geboorte is er dus een wisselwerking tussen je lichaam en je microbioom. Het microbioom evolueert voortdurend en wordt beïnvloed door (is afhankelijk van) je leeftijd, je voeding, je levensstijl, hormonale veranderingen, erfelijkheid en onderliggende ziekten.

De meeste micro-organismen van je microbioom bevinden zich in je darmen. Zij spelen dan ook de belangrijkste rol bij het handhaven van je algemene gezondheid. S

Een uitgebalanceerd microbioom speelt een belangrijke rol bij het in stand houden van je algemene gezondheid. Een verandering in de samenstelling van het microbioom (dysbiose) kan leiden tot ernstige aandoeningen.

• Aminozuren die je niet zelf kunt opbouwen en die je bijgevolg via voeding moet opnemen, zijn essentiële aminozuren. Die aminozuren zijn nodig voor de synthese van lichaamseigen eiwitten.

ESSENTIEEL

NIET-ESSENTIEEL

eieren, soja, parmezaanse kaas, sesamzaad, pinda histidine alanine eieren, soja, tofu, witte vis, varkensvlees, parmezaanse kaas isoleucine arginine eieren, soja, witte vis, parmezaanse kaas, sesamzaad leucine asparaginezuur eieren, soja, witte vis, parmezaanse kaas, smelt (soort vis) lysine aspartaat eieren, soja, witte vis, sesamzaad, smelt (soort vis) methionine cysteïne eieren, soja, pinda, sesamzaad, witte vis fenylalanine glutaminezuur eieren, soja, witte vis, smelt (soort vis), sesamzaad threonine glycine eieren, soja, sesamzaad, vleugelbonen, chiazaad tryptofaan ornithine eieren, soja, parmezaanse kaas, sesamzaad, rundvlees valine proline serine tyrosine

S Afb. 51

Voedingswaren die essentiële aminozuren leveren. Niet-essentiële aminozuren kan het lichaam zelf produceren uit andere aminozuren.

• Vetzuren die je enkel via voeding opneemt, zijn essentiële vetzuren. Vetten en vetzuren heb je nodig voor de opbouw van fosfolipiden (celmembranen), cholesterol, steroïdehormonen (testosteron, oestrogeen, cortisol) en vitamine D.

Omdat onverzadigde omega 3-vetzuren te weinig in onze westerse voeding aanwezig zijn, wordt de opname ervan sterk aangeraden. Die soort van vetzuren functioneert als basis voor de opbouw van fosfolipiden (celmembranen) en voor heel wat regulerende stoffen in je lichaam. Hoewel je onverzadigde omega 3-vetzuren nodig hebt, staat het gezondheidsvoordeel van omega 3-supplementen ter discussie.

S Afb. 52

Voedselbronnen die rijk zijn aan essentiële vetzuren

WEETJE

• Anorganische zouten of mineralen zijn essentiële verbindingen die het lichaam niet zelf kan aanmaken. Ze komen in kleine hoeveelheden voor in voeding. Opgelost in water vormen ze ionen. Ze zijn noodzakelijk voor de zouthuishouding in het lichaam. Bovendien zijn ze belangrijk om een membraanpotentiaal (een verschil in lading binnen en buiten de cel) op te wekken in spiercellen en zenuwcellen.

• Vitaminen komen in kleine hoeveelheden voor in voeding en zijn noodzakelijk voor een normale groei en ontwikkeling, en om normaal te functioneren. Met uitzondering van vitamine D en vitamine K kun je ze niet zelf aanmaken. Het zijn daarom ook essentiële voedingsstoffen. Vitamine A, D, E en K zijn vetoplosbaar. Om die vitaminen te kunnen opnemen, is het nodig dat je voeding vetten bevat. De overige vitaminen zijn wateroplosbaar.

S Afb. 53

Mineralen

S Afb. 54

zijn onmisbaar voor de bouw en werking van het lichaam.

BEnergie leveren

Een andere belangrijke functie van voeding is energie leveren. Je lichaam put zijn energie uit energierijke organische stoffen, zoals glucose en vetten. Die energie is noodzakelijk voor het basale metabolisme en om arbeid te leveren.

1 Het basale metabolisme of de basal metabolic rate (BMR)

Het basale metabolisme of de basal metabolic rate (BMR) is de stofwisseling die nodig is om de minimale energie te leveren die je nodig hebt om in leven te blijven, dus om je basale levensprocessen te onderhouden. Basale levensprocessen zijn onder andere je ademhaling, je hartslag, de vertering, en het herstel en de groei van weefsel.

2 Arbeid

Naast energie voor de basale levensprocessen verbruik je ook energie voor andere activiteiten, zoals wandelen, sporten, studeren, eten en gamen. Het pakket van alle activiteiten die je dagelijks uitvoert, noem je de arbeid Ook om arbeid te leveren, heb je energie nodig. Die moet je halen uit je voeding.

3 Dagelijkse energiebehoefte

De energie uit je voeding gebruik je dus voor het basale metabolisme en om arbeid te leveren. Bij elkaar opgeteld is dat je dagelijkse energiebehoefte. Je dagelijkse energiebehoefte is afhankelijk van je geslacht, je leeftijd en je verrichte arbeid.

De energie die aanwezig is in energierijke organische stoffen in voeding, is niet bruikbaar voor de cellen van je lichaam. Tijdens de aerobe dissimilatie of celademhaling wordt die energie omgezet in een vorm die wel bruikbaar is voor de cellen, namelijk in ATP. ATP is een energierijke verbinding en is de belangrijkste leverancier van energie voor biochemische reacties.

©VANIN

S Afb. 55

Er

S Afb. 56

Energierijke organische stoffen in voeding zijn leveranciers van energie voor de vorming van ATP.

Je leert alles over de celademhaling en ATP in module 03 van GENIE Natuurwetenschappen.

moet een evenwicht zijn tussen je dagelijkse inname van calorieën en je dagelijkse verbruik van energie.

Twee soorten lipoproteïnen vervoeren cholesterol van en naar de cellen. Een daarvan is een lipoproteïne met een lage dichtheid of LDL, de andere een lipoproteïne met een hoge dichtheid of HDL. Lipoproteïnen zijn opgebouwd uit eiwitten en vetten. Vetten hebben een lagere dichtheid dan eiwitten. Low-density lipoprotein (LDL) bevat dus meer vet en minder eiwitten, terwijl high-density lipoprotein (HDL) meer eiwitten en minder vet bevat.

Tijdens intensieve sportprestaties kan de zuurstoftoevoer ontoereikend worden voor de aerobe dissimilatie. De spieren schakelen dan over naar anaerobe dissimilatie en er ontstaat melkzuur, dat nog altijd een groot deel van de energie bevat. Bij anaerobe dissimilatie komt dus niet alle energie in de energierijke substraten vrij. Het melkzuur wordt daarna in de lever omgezet naar H2O en CO2.

C Voedingsvezels leveren

Voedingsvezels zijn stoffen van plantaardige oorsprong die je niet kunt verteren. Ze zijn dus ook geen bron van energie of van elementaire bouwstenen voor lichaamseigen moleculen. Toch hebben voedingsvezels heel wat gezondheidsvoordelen.

Omdat voedingsvezels niet verteerbaar zijn, worden ze niet opgenomen en komen ze terecht in de endeldarm.

• Daar vergroten ze de massa van de stoelgang. Ze houden bovendien ook water vast, wat de stoelgang malser maakt en waardoor de ontlasting vlotter verloopt. Daardoor voorkomen ze constipatie.

• Bij diarree maken vezels de stoelgang dan weer vaster, omdat ze water absorberen.

• Voedingsvezels helpen om een gezond lichaamsgewicht te behouden, omdat ze sneller een verzadigingsgevoel geven, zonder dat ze calorieën toevoegen aan de voeding. Bij diabetespatiënten vertragen vezels de absorptie van suikers, waardoor de bloedsuiker beter onder controle blijft. Een gezond dieet rijk aan vezels zou ook het risico op diabetes type 2 verlagen.

• Vezels hebben een positief effect op LDL-cholesterol en verlagen het risico op hart- en vaatziekten en op bepaalde kankers.

S Afb. 57

De 10 Miles is een aerobe sportprestatie.

S Afb. 58 200 meter sprinten is een anaerobe inspanning.

1.4 Problemen van het spijsverteringsstelsel

Spijsverteringsstoornissen komen zeer veel voor en variëren van mild tot heel ernstig. De meest voorkomende stoornissen zijn constipatie, diarree en brandend maagzuur. Ook reflux, lactoseintolerantie, prikkelbaredarmsyndroom en kanker zijn frequent voorkomende stoornissen.

A Prikkelbaredarmsyndroom

Ongeveer de helft van de bevolking zou weleens last hebben van functionele darmstoornissen. Het prikkelbaredarmsyndroom (PDS) of spastisch colon is een functionele darmstoornis waarbij de peristaltiek van de dikke darm verstoord is. Anatomisch is er niets mis met de dikke darm, maar hij werkt niet zoals het moet. Van alle geregistreerde gevallen (14 op de 1 000 Belgen) zijn twee derde vrouwen en een derde mannen.

KLACHTEN PDS

abnormale samentrekking

De darmwand wordt gevoeliger en prikkelbaarder.

S Afb. 59

Symptomen van het prikkelbaredarmsyndroom

opgezwollen darm

abnormale samentrekking

buikpijn krampenslijm in de stoelgang

constipatiediarreewinderigheid en opgeblazen gevoel

• Factoren die bijdragen tot klachten: overgevoeligheid van de darmen, verstoorde communicatie tussen de hersenen en de darmen (hersen-darmas), ontstekingen (bv. griep), overgevoeligheid van de darmen voor bepaalde suikers, stress, spanningen en drukte.

• Behandeling: een aangepast dieet en gezonde voedingsgewoonten, meer vezels eten, gluten vermijden en een laag FODMAP-dieet (Oligosaccharides, Disaccharides, Monosaccharides And Polyols) volgen. Ook bewegen en stress vermijden hebben een positief effect op PDS. Medicatie bestrijdt de symptomen, maar geneest PDS niet.

B De ziekte van Crohn

De ziekte van Crohn of inflammatory bowel disease is een chronische aandoening van het spijsverteringsstelsel. Ongeveer 1 op de 1 000 Belgen heeft de ziekte. Ontstekingen kunnen voorkomen van de mond tot de aars, maar ze beperken zich meestal tot de darm (ileum en colon).

De ziekte van Crohn verschijnt meestal op jongadolescente leeftijd en is een auto-immuunziekte.

Dat betekent dat het immuunsysteem de darmbacteriën aanvalt die eigenlijk bij het lichaam horen en ervoor zorgen dat het goed functioneert. Daardoor ontstaan er ontstekingen van de darmwand.

De ontstekingen kunnen heel ernstig zijn. Er kunnen zelfs zweren, littekenweefsel en vernauwingen van de darm ontstaan. Ook de buitenkant van de darm kan ontstoken zijn. Dat veroorzaakt verklevingen met andere delen van de darm of met andere weefsels of organen. Er kunnen dan ook daar ontstekingen optreden. Door die ontstekingen ontstaan er vaak onnatuurlijke verbindingen met andere organen, of fistels.

• Klachten: diarree, gewichtsverlies, gebrek aan eetlust, buikpijn, bloederige en slijmerige stoelgang, koorts en vermoeidheid. Bij een derde van de patiënten komen ook gewrichtsklachten voor.

normaal ontsteking

ontsteking

vernauwingen van de darm vernauwing vorming van fistels fistel

opgezwollen kronkeldarm

S-vormig gedeelte van de karteldarm dat overgaat in de endeldarm

S Afb. 60

Ontstekingen bij de ziekte van Crohn

• Factoren die bijdragen tot klachten: erfelijkheid, omgevingsfactoren en levensstijl (bv. roken).

• Behandeling: de aandoening is ongeneeslijk, maar met een aangepast dieet en medicijnen kunnen de symptomen behandeld worden. Soms is ook een heelkundige ingreep nodig om sterk beschadigde delen van de darm te verwijderen.

C Dikkedarmkanker

Ongeveer een op de drie mannen en een op de vier vrouwen krijgen voor hun vijfenzeventigste verjaardag kanker. Dikkedarmkanker is zowel bij mannen als bij vrouwen een van de meest voorkomende kankers. Net zoals andere kankers ontstaat dikkedarmkanker doordat cellen in de dikke darm zich ongecontroleerd gaan delen. Daardoor ontwikkelt zich een kwaadaardig gezwel.

De precieze oorzaak van dikkedarmkanker is niet gekend. Een voorgeschiedenis van darmontstekingen, poliepen en een familiale belasting verhogen het risico. Ook voeding en levensstijl zijn belangrijke factoren: te weinig groenten, fruit en vezels eten, te veel verzadigd vet, alcohol en rood vlees innemen en overgewicht verhogen het risico op dikkedarmkanker. Ook roken en weinig lichaamsbeweging kunnen dikkedarmkanker veroorzaken.

S Afb. 61 De fasen van darmkanker

S Afb. 62 Darmkanker

2.1 Algemeen

Je lichaam neemt dagelijks stoffen op uit de omgeving. Dat kunnen zuurstof, water en voedingsstoffen zijn, maar ook toxische stoffen, zoals medicijnen, alcohol en nicotine.

De opgenomen stoffen kunnen worden gebruikt als bouwstof of als energieleverancier, of ze kunnen bepaalde processen in je lichaam beïnvloeden. Daarbij ontstaan afvalstoffen: afbraakproducten van medicijnen, toxische stoffen en overtollig water die de goede werking van je lichaam belemmeren. Ook sommige reacties zijn nadelig voor je lichaam en kunnen het interne evenwicht of de homeostase in je lichaam verstoren.

Schadelijke stoffen worden via meerdere mechanismen uit je lichaam verwijderd. Water en CO2 worden via de longen uitgeademd. Via de zweetklieren in de huid worden water en zouten verwijderd. Ook de nieren maken deel uit van het excretiestelsel van je lichaam. Metabole afbraakproducten en gifstoffen worden via de nieren uitgescheiden. De nieren zijn ook belangrijk om de pH en de zout-waterbalans in je lichaam te regelen. Het (renale) excretiesysteem helpt zo om de homeostase in je lichaam te behouden.

2.2 Bouw van het excretiestelsel

Het excretiestelsel bij de mens bestaat uit de nieren, de urineleiders, de urineblaas en de urinebuis. De nieren liggen aan de rugzijde van je lichaam, ongeveer ter hoogte van je taille.

In de nieren wordt je bloed gezuiverd van afvalstoffen. Het gezuiverde bloed wordt via de nierader afgevoerd naar de onderste holle ader. De afvalstoffen worden uitgescheiden met de urine en via een urineleider afgevoerd naar de urineblaas.

In de urineblaas wordt de urine opgeslagen tot de blaas vol is. Je hersenen krijgen dan een signaal, zodat je weet dat je naar het toilet moet. Om de blaas te ledigen, trekken de spieren in de blaas samen en verlaat de urine je lichaam via de urinebuis.

A Macroscopische bouw van de nier

De rechternier ligt iets lager, omdat langs de rechterkant de lever de nier naar beneden duwt.

nier urinebuis urineblaas urineleiders

Met elke nier zijn er twee bloedvaten verbonden, de nierslagader en de nierader. De nierslagader vervoert bloed vanuit het hele lichaam naar de nier. De nieren zijn twee roodbruine, boonvormige organen. De holle zijde van elke nier is gericht naar de wervelkolom. In het midden van de concave rand is er een inkeping waar de nierslagader toekomt en de urineleider en de nierader de nier verlaten.

De nier van een volwassene is 10 tot 12 cm lang, 5 tot 7 cm breed en 3 cm dik. Ze weegt ongeveer 135 tot 150 g.

De buitenste laag van de nier is een glad, dun en stevig bindweefselkapsel, het nierkapsel

Op de overlangse doorsnede van een nier kun je drie zones onderscheiden:

• aan de buitenkant een korrelige, helderbruine laag, de nierschors of de cortex;

• meer naar binnen toe het roodbruine niermerg of de medulla;

• aan de concave zijde een witte, harde laag, het nierbekken

In het niermerg kun je kegelvormige structuren onderscheiden, de nierpiramiden, die een gestreept uitzicht hebben. De basis van elke nierpiramide gaat over in de nierschors. Het puntige einde, de nierpapil, wijst in de richting van de concave zijde van de nier. De nierpapil steekt uit in de nierkelk, die overgaat in een wit nierbekken. Meer naar het midden van de nier wordt dat nierbekken trechtervormig en gaat het over in de urineleider

nierader nierslagader urineleider nierkapsel

nierschors

niermerg nierpiramide nierpapil nierkelk

nierbekken

nierader nierslagader urineleider nierkapsel

B Microscopische bouw van de nier

In elke nier zitten ongeveer één miljoen functionele niereenheden, de nefronen De nefronen in de nier werken als kleine filtertjes.

Een nefron is opgebouwd uit een nierlichaampje of lichaampje van Malpighi en een nierbuisje dat aansluit op een verzamelbuis (zie afbeelding 68). Het lichaampje van Malpighi ligt in de nierschors en geeft een korrelig uitzicht aan die laag. Het nierbuisje ligt in de nierpiramiden van het niermerg. Je kunt drie delen onderscheiden: de eerste kronkelbuis, de lus van Henle en de tweede kronkelbuis. De tweede kronkelbuis sluit aan op de verzamelbuis, die uitmondt in de nierpapil en die de urine naar het nierbekken voert. De lus van Henle en de verzamelbuis zorgen voor het gestreepte uitzicht van de nierpiramiden.

S Afb. 65 Lengtedoorsnede van een varkensnier

S Afb. 66

De uitwendige bouw van een varkensnier

S Afb. 67 Schematische tekening van de leng tedoorsnede van een nier

nierschors

nefron

nierkapsel

lichaampje van Malpighi

eerste kronkelbuis tweede kronkelbuis

tak van de nierslagader

tak van de nierader

nieradertje

nierslagadertje niermerg

lus van Henle

verzamelbuis

S Afb. 68

De microscopische structuur van een nier

Een nierlichaampje is opgebouwd uit een kluwen van haarvatlussen of de glomerulus, omgeven door een dubbelwandige beker, het nierkapsel of kapsel van Bowman.

kapsel van Bowman

Het bloed met afvalstoffen komt via een aanvoerend of afferent bloedvat, een aftakking van de nierslagader, toe bij het nierlichaampje. In het kapsel van Bowman vertakt dat bloedvat zich tot een haarvatennetwerk, de glomerulus. De capillairen van de glomerulus komen weer samen en vormen het afvoerend of efferente bloedvat, dat het bloed uit de glomerulus naar de nierader voert. Zowel het afferente bloedvat, de capillairen als het efferente bloedvat bevatten zuurstofrijk bloed.

2.3 Werking van de nieren

nierbuisje

eerste kronkelbuis

glomerulus

S Afb. 69

De structuur van het lichaampje van Malpighi

In elk nefron wordt het bloed gezuiverd van metabole afvalstoffen. Het proces van die zuivering en de vorming van urine omvat filtratie, reabsorptie en excretie

Filtratie gebeurt in het nierlichaampje. Het is een fysisch proces waarbij deeltjes gescheiden worden op basis van hun deeltjesgrootte, en niet op basis van bruikbaarheid. De membranen van de haarvaten in de glomerulus maken deel uit van de filter. Kleinere deeltjes kunnen door de poriën van de filter en komen samen met water in het kapsel van Bowman terecht.

Bloedcellen en grotere moleculen, zoals eiwitten, kunnen het membraan niet passeren. Het gevormde filtraat is de voorurine. De componenten die nog nuttig kunnen zijn voor het lichaam, water en nutriënten (bv. glucose), worden verderop in de nierbuisjes (de eerste kronkelbuis, de lus van Henle en de tweede kronkelbuis) weer opgenomen in het bloed. Dat is reabsorptie

efferent of afvoerend slagadertje afferent of aanvoerend slagadertje

Tegelijkertijd worden ongewenste stoffen en metabolieten rechtstreeks uit de bloedcapillairen verwijderd naar de nierbuisjes. Ook overtollige ionen worden verwijderd uit het bloed. Dat proces heet excretie

excretie afvoer van urine reabsorptie filtratie afferent bloedvat efferent bloedvat

S Afb. 70 Filtratie, reabsorptie en secretie in een nefron

De nieren produceren gemiddeld 1,8 liter urine per dag. Urine is een waterige oplossing van afbraakproducten van eiwitten en nucleïnezuren (onder andere ureum, urinezuur, NH4+, SO42– en PO43–), en van overtollige ionen (onder andere Na+, K+ en Cl–). In normale omstandigheden bevat urine geen glucose, eiwitten of vetten.

2.4 Rol van de nieren in de homeostase

De nieren scheiden stoffen uit, maar vervullen daarnaast ook een belangrijke rol bij het bewaren van een dynamisch evenwicht in het lichaam, de homeostase. Het verwijderen van overtollige ionen en water heeft gevolgen voor de concentratie aan stoffen in het bloed. Daardoor heeft dat proces een invloed op de osmotische processen in het bloed, of de osmoregulatie, en op de bloeddruk. De excretie van water en ionen is afhankelijk van de omstandigheden: zijn er in het bloed te veel ionen en/of water aanwezig, dan zullen er veel ionen en/of water via de nieren verwijderd worden. Zijn er in het bloed te weinig ionen en/of water, dan zal er een hoge reabsorptie van water en ionen gebeuren en is de urineproductie minimaal. Op die manier zorgen de nieren voor een min of meer constante samenstelling van het bloed, de lymfe en het weefselvocht.

Voor een goede regeling is het belangrijk om de hoeveelheid water in je lichaam te controleren. Zo kan bijvoorbeeld na een zoutrijke maaltijd het zoutgehalte in je bloed te hoog worden.

De osmotische waarde zal dan stijgen. Osmoreceptoren in de hypothalamus registreren die verhoogde osmotische waarde van het bloed. Als gevolg treden er twee reacties in werking:

• Er vertrekken signalen naar de hersenen, waardoor je bewust meer zult drinken. Die regeling gebeurt dus door het zenuwstelsel. De werking is neuraal.

• In de hypothalamus maken bepaalde neuronen het antidiuretisch hormoon (ADH) aan, dat via de hypofyse wordt vrijgegeven in het bloed. Die regeling gebeurt dus hormonaal. ADH zorgt voor een verhoogde permeabiliteit van de verzamelbuis voor water. Daardoor verhoogt de

reabsorptie van water in de verzamelbuis en wordt er dus meer water opnieuw opgenomen in het bloed. De osmotische waarde van het bloed verlaagt weer. Als de osmoreceptoren een normale concentratie aan opgeloste stoffen registreren, zal door negatieve terugkoppeling de secretie van ADH door de hypofyse afnemen. ADH regelt op die manier de permeabiliteit van de verzamelbuis voor water.

meer ADH

hogere permeabiliteit voor water in de verzamelbuis

meer reabsorptie van water

minder waterverlies in de urine, dus: geconcentreerde urine

S Afb. 71

minder ADH

lagere permeabiliteit voor water in de verzamelbuis

minder reabsorptie van water

meer water in de urine, dus: verdunde urine

De reabsorptie van water in de verzamelbuis is afhankelijk van de hoeveelheid ADH.

verzamelbuis H2O

De controle van de waterhuishouding gebeurt dus via twee systemen, neuraal en hormonaal.

De hypothalamus geeft een dorstprikkel.

De hypothalamus neemt een hogere concentratie aan opgeloste stoffen in het bloed waar.

Tekort aan water

©VANIN

Secretie van ADH door de hypofyse

Normale vochtbalans = homeostase

De reabsorptie van water in de nieren daalt.

Daling van de secretie van ADH door de hypofyse

Je drinkt water. ADH stimuleert de nieren om meer water te reabsorberen.

Te hoge concentratie aan water

De hypothalamus neemt een lage concentratie aan opgeloste stoffen waar.

W Afb. 72 De rol van de nieren bij osmoregulatie

2.5

Nierproblemen

A Hemodialyse

De nieren houden de samenstelling van het bloed constant door ongewenste stoffen, zoals afvalstoffen van de stofwisseling en giftige stoffen uit de voeding, te verwijderen. Wanneer de nieren niet goed werken, is hemodialyse (hemo = bloed) noodzakelijk. Tijdens een dialyse worden afvalstoffen en overtollig vocht uit het lichaam verwijderd. De patiënt ondergaat de behandeling meestal drie keer per week. Ze duurt drie tot vier uur.

S Afb. 74

Het hemodialysetoestel bestaat uit een aantal pompen die ervoor zorgen dat het bloed vanuit het lichaam door de kunstnier (uiterst links) en weer terug naar het lichaam wordt gebracht.

gedialyseerd bloed

spoelvloeistof

ongedialyseerd bloed

Bij hemodialyse stroomt het bloed door een kunstnier, die aangesloten is op een hemodialysetoestel. Een kunstnier bestaat uit een plastic cilinder waarbinnen zich talloze buisjes bevinden die opgebouwd zijn uit een semipermeabel membraan. Het bloed uit de nierpatiënt is afkomstig van een shunt. Dat is een gedeeltelijke verbinding tussen een ader en een slagader die men bekomt na een operatie. Daardoor is er plaatselijk meer bloeddoorstroming en is de wand beter geschikt voor veelvuldig aanprikken. Het bloed wordt vervolgens door de buisjes geleid, terwijl aan de buitenzijde een spoelvloeistof in tegenovergestelde richting langs de membranen passeert. De spoelvloeistof (= dialysaat) heeft een samenstelling die lijkt op die van bloedplasma, maar zonder de afvalstoffen. Daardoor migreren die afvalstoffen van de plek met een hoge concentratie naar die met een lage concentratie.

Dialyse is dus een voorbeeld van diffusie van moleculen vanuit het bloed door een semipermeabel membraan naar een spoelvloeistof. Grotere moleculen, zoals eiwitten en cellen, kunnen niet door het membraan. Door de druk in de capillairen te verhogen, kan men ook overtollig vocht verwijderen.

B Nierstenen

Een te hoge concentratie aan bepaalde stoffen, zoals calcium, oxalaat en urinezuur, in de urine kan leiden tot nierstenen. Wanneer de concentratie aan die stoffen te hoog is, ontstaan er kleine kristalletjes die geleidelijk groter worden en uiteindelijk stenen vormen die tot 1 cm groot kunnen zijn. Nierstenen kunnen afzakken naar de urinewegen en ernstige pijn veroorzaken tijdens een niercrisis.

Meer weten over hemodialyse?

de video.

Nierstenen komen vaak voor: 10 % van de zeventigjarigen heeft al eens nierstenen gehad. Twee keer zoveel mannen als vrouwen ontwikkelen nierstenen.

De meest voorkomende oorzaak van nierstenen is een te kleine vochtinname. Daardoor stijgt de concentratie aan opgeloste stoffen in de urine, waardoor de kans op kristallisatie groter wordt. Ook diëten, diabetes, overgewicht en bepaalde medicatie kunnen een oorzaak zijn van nierstenen.

Een niercrisis wordt behandeld met pijnstillers en ontstekingsremmers. Meestal plast de patiënt de stenen uit na medicatie en voldoende waterinname. Als dat niet het geval is, moeten de stenen verwijderd worden. Dat kan met een (uitwendige of percutane) niersteenverbrijzelaar, ureterorenoscopie (URS) of een robotgeassisteerde kijkoperatie.

niersteen kleine fragmenten niersteen schokgolven

S Afb. 76

Een uitwendige niersteenverbrijzelaar verbrijzelt nierstenen door schokgolven te creëren.

S Afb. 75

Nierstenen uit de nieren kunnen afdalen tot in de urineleider.

URS

niersteen

urineleider

niersteen

ureteroscoop

urinebuis tang

urineleider ureteroscoop blaas

nier

S Afb. 77

Een niersteen wordt verwijderd met URS.

©VANIN

Je kunt het risico op nierstenen natuurlijk het best zo klein mogelijk houden. Voldoende drinken is heel belangrijk bij de preventie van nierstenen. Je moet niet wachten tot je dorst hebt, want dat is een teken dat je lichaam al een tekort aan water heeft.

HOOFDSTUK 3

Î Stofwisselingsfysiologie van transport bij de mens

Eencellige organismen die zich in de juiste omstandigheden bevinden, kunnen overleven omdat ze via eenvoudige transportprocessen, zoals diffusie en endocytose, stoffen uit hun omgeving kunnen opnemen of afvalstoffen kunnen afgeven. Ook de cellen van meercellige organismen moeten stoffen kunnen uitwisselen met hun omgeving. Daar zijn speciale transportsystemen voor nodig. In het lichaam gebeurt het transport van stoffen langs het bloed en langs de lymfe. Tijdens de uitwisseling tussen de cellen, de transportvloeistof en de buitenwereld wordt de samenstelling van die vloeistof constant gehouden, wat zorgt voor homeostase.

LEERDOELEN

M De fysiologische processen van de stofwisseling uitleggen

M Uitleggen wat transport is

M De structuur en de functie van de verschillende delen van de bloedsomloop toelichten

M De structuur en de werking van het hart, de aders en de slagaders toelichten

M De samenstelling en de functie van het bloed toelichten

M De functie van de verschillende types bloedcellen toelichten

M De structuur en de functie van de verschillende delen van het lymfestelsel toelichten

M Gezondheidsproblemen van hart- en vaatziekten toelichten

1 Anatomie en fysiologie van het bloedvatenstelsel

Een belangrijk transportsysteem voor het aan- en afvoeren van stoffen naar de cellen is het bloedvatenstelsel. Het transporteert bloed met voedingsstoffen, afvalstoffen, antilichamen en hormonen door het lichaam. Het hart is de pomp die ervoor zorgt dat het bloed continu in beweging blijft. In de onderstaande tabel zie je welke stoffen het bloed naar welke plaats transporteert.

1.1 Het hart

Het hart is het belangrijkste orgaan van het hart- en bloedvatenstelsel.

A Bouw en werking

Het hart is ongeveer een vuist groot en ligt in het midden van de borstkas, tussen de longen. Het is piramidevormig en is georiënteerd alsof de piramide is omgevallen, zodat de basis naar de rug is gericht en naar rechts. De top ligt naar de borstwand en naar links, waardoor de linkerlong minder plaats heeft en kleiner is dan de rechterlong.

Het hart wordt omgeven door een dubbel vlies, het hartzakje, dat vastzit aan de wervelkolom en het diafragma. In de ruimte tussen de twee vliezen zit een kleine hoeveelheid vocht. Het hartzakje houdt het hart op zijn plaats en beschermt het tegen infecties.

rechterlong

basis van het hart

hartzakje

diafragma

S Afb. 78

Het hart is een vuist groot en ligt in het midden van de borstkas.

Het is omgeven door een hartzakje.

©VANIN

linkerlong pols (correspondeert met de basis van het hart) eerste rib luchtpijp

binnenwand ruimte met vocht buitenwand

hartzakje

Het hart is een holle spier waarin je vier holten kunt onderscheiden: bovenaan twee boezems (voorkamers of atria) en onderaan twee kamers (ventrikels). Bovenaan verlaten de grote bloedvaten (slagaders of arteriën), de aorta en de longslagader, het hart. Van daaruit vertakken ze naar de linker- en rechterlong en naar alle delen van het lichaam. De aders, de bovenste en onderste holle ader en de longader, komen toe in de boezems van het hart. De hartspier zelf moet ook worden voorzien van energie en voedingstoffen om te kunnen werken. De hartspier produceert dus ook afvalstoffen. Omdat het orgaan een metabole activiteit uitoefent, lopen er ook bloedvaten van en naar het hart. Die bloedvaten zijn de coronaire bloedvaten, de kransslagaders en de kransaders. Zij verzorgen de doorbloeding van de hartspier.

zuurstofarm bloed

bovenste holle ader

halvemaanvormige klep

rechterboezem

rechterkamer

onderste holle ader

S Afb. 79

aorta

zuurstofarm bloed

longslagader

zuurstofrijk bloed

linkerboezem

zeilvormige klep

gespierde wand

linkerkamer

kransader longader

hartspier

kransslagader

Tussen de boezems en de kamers liggen de zeilkleppen (atrioventriculaire kleppen, meer bepaald de tricuspidalisklep en mitralisklep), die de doorgang tussen de boezems en de kamers kunnen afsluiten. De linker- en rechterharthelft zijn volledig van elkaar gescheiden door een gespierde wand. In de rechterboezem komen de onderste en bovenste holle aders toe. Zij voeren zuurstofarm bloed aan, dat van alle weefsels en organen van het lichaam afkomstig is. In de linkerboezem komen vanuit de longen de longaders toe. Zij voeren zuurstofrijk bloed naar het hart.

Bij het pompen spant en ontspant het hart zich. Eerst trekken beide boezems zich samen, daarna trekken beide kamers zich samen en dan ontspant de volledige hartspier zich.

naar lichaam

bovenste holle ader

©VANIN

halvemaanvormige klep

rechterboezem

rechterkamer

onderste holle ader

S Afb. 80

De bloedsomloop in het hart

aorta longslagader (naar longen)

longader (van longen)

linkerboezem

zeilvormige klep

halvemaanvormige klep

linkerkamer

zuurstofarm bloed zuurstofrijk bloed

Als de kamers zich ontspannen, neemt hun volume toe en zuigen ze bloed aan vanuit de boezems. Het bloed stroomt dan van de boezems naar de kamers. Als daarna de kamers zich samentrekken, worden de hartkleppen tussen de boezems en de kamers door het bloed dichtgeduwd, waardoor de doorgang naar de boezems wordt afgesloten. Het bloed kan daardoor niet terugvloeien naar de boezems en wordt naar de slagaders gestuwd. Dan stroomt het zuurstofarme bloed vanuit de rechterkamer via de longslagader naar de longen, waar het voorzien wordt van zuurstof. Het zuurstofrijke bloed uit de linkerkamer verlaat het hart via de aorta en wordt van daaruit verdeeld over het hele lichaam. Waar de slagaders het hart verlaten, bevinden zich halvemaanvormige kleppen (slagaderkleppen).

Als het hart zich ontspant, sluiten die halvemaanvormige kleppen de slagaders af, zodat er geen weggestuwd bloed opnieuw wordt aangezogen.

De doorsnede en het buitenaanzicht van het hart

video: samentrekken hartspier VIDEO

B

Impulsgeleiding in het hart

Het hart is een spier. De werking ervan wordt aangedreven door elektrische impulsen die in het hart zelf ontstaan. Daardoor kan het hart autonoom samentrekken en ontspannen. Elektrische signalen in de hartspier regelen de snelheid en het ritme van de hartslag. Daarvoor beschikt het hart over een speciaal elektrisch systeem, het hartgeleidingssysteem.

Bij elke hartslag gaat er een elektrisch signaal door het hart van boven naar beneden (van de boezems naar de kamers). Terwijl het signaal zich voortbeweegt, zorgt het ervoor dat de verschillende hartdelen achtereenvolgens samentrekken, waardoor het bloed wordt rondgepompt.

sinoatriale knoop

boezemkamerknoop bundel van His purkinjevezels

S Afb. 81

De impulsgeleiding in het hart

Dat elektrisch signaal begint in de rechterboezem ter hoogte van de sinoatriale knoop. Die sinusknoop is de natuurlijke ‘pacemaker’ van het hart. Wanneer de boezems gevuld zijn met bloed, wordt de sinusknoop geprikkeld. Er ontstaat een elektrisch signaal, dat zich uitbreidt over de boezems, waardoor die zich samentrekken. Dat samentrekken van de boezems wordt ook de boezemsystole genoemd. Het bloed wordt dan door de hartkleppen naar de kamers gepompt.

Ter hoogte van de overgang tussen de boezems en de kamers bevindt zich de boezemkamerknoop (atrioventriculaire knoop). Na prikkeling van die boezemkamerknoop worden de elektrische signalen verder verspreid over de kamers. Dat gebeurt via de bundel van His, die zich in de tussenwand bevindt, en via de purkinjevezels in de wanden van beide kamers. Het signaal over de kamers vertraagt, zodat de kamers de tijd krijgen om zich volledig te vullen met bloed.

Als de kamers samentrekken, de kamersystole, pompen ze het bloed langs de halvemaanvormige kleppen in de longslagader en de aorta.

In de rustfase die volgt, zijn de boezems en kamers tegelijk ontspannen. Door onderdruk in de boezems wordt er bloed aangezogen uit de holle aders, waardoor de boezems zich vullen met bloed. De sinusknoop ontwikkelt een nieuw elektrisch signaal, waarna de cyclus opnieuw begint.

C Fasen van de hartslag en elektrocardiogram

Tijdens de werking van het hart kun je verschillende fasen onderscheiden: de boezemsystole, de kamersystole en de rustfase. De elektrische signalen die die fasen aansturen, zijn specifiek voor elk van die fasen. Met een elektrocardiogram (ECG) kunnen die elektrische signalen zichtbaar worden gemaakt en worden geregistreerd.

S Afb. 82

boezemsystole kamersystole rustfase

De fasen van de hartslag en een ECG

1.2 Bloedvaten

Het hart levert de drijfkracht voor de stroming van het bloed. Daardoor stroomt het bloed in de bloedvaten altijd in één richting

A Bouw van de bloedvaten

Bij elke samentrekking van het hart wordt er een druk uitgeoefend op de wand van de bloedvaten die vanuit het hart vertrekken. Dat zijn de slagaders. De wand van de slagaders is voorzien van een dikke, veerkrachtige spierlaag, waardoor die bestand is tegen die druk. Dat zorgt ervoor dat het bloed niet stootsgewijs door de slagaders stroomt. De elastische wanden van de slagaders vangen de stoten op en zetten die stootsgewijze voortbeweging van het bloed om in een gelijkmatige, continue stroming. In de aders is de pompwerking van het hart niet meer merkbaar. De wand van de aders ondervindt geen drukverhoging bij elke hartslag. De gladde spierlaag daar is dunner en minder veerkrachtig. Om te verhinderen dat het bloed in de benen terugstroomt door de zwaartekracht, zijn er in de aders kleppen aanwezig.

bindweefsel

gespierde, veerkrachtige middenlaag om de drukgolf van de bloedstroom vanuit het hart op te vangen

minder gespierde, veerkrachtige middenlaag dan bij de slagaders uitwisseling stoffen

endotheel aderklep A B C

S Afb. 83

De structuur van een slagader (A), een ader (B) en een haarvat (C)

Grote slagaders vertakken altijd in kleinere slagaders (arteriolen) en uiteindelijk vormen ze in de weefsels een netwerk van haarvaten (capillairen), het capillair netwerk. De haarvaten komen samen in kleinere aders (venulen) en daarna in aders (venen), die dan uitmonden in de holle aders.

In de haarvaten gebeurt de uitwisseling van stoffen tussen de haarvaten en de cellen van de weefsels. De vaatwand van de haarvaten is dan ook zeer dun. Ze bestaat uit een weefsel van één cellaag dik, het endotheel

B De bloedsomloop

Mensen hebben een dubbele gesloten bloedsomloop. De bloedsomloop is gesloten omdat het een kanalensysteem is waarbij alle kanalen of bloedvaten op elkaar aansluiten en voorzien zijn van wanden. Het is een dubbele bloedsomloop omdat het bloed tijdens een volledige omloop twee keer het hart passeert.

• In de kleine bloedsomloop gaat het zuurstofarme bloed van de rechterkamer naar de longen, waar het zich verspreidt over de longcapillairen en zuurstofgas opneemt. Zuurstofrijk bloed keert terug naar de linkerboezem.

• In de grote bloedsomloop stroomt het zuurstofrijke bloed uit de linkerkamer via de aorta naar alle organen en lichaamsdelen. Daar vertakken de slagaders in capillairen en wordt er zuurstofgas aan de weefsels afgegeven. De capillairen monden uit in aders, die het zuurstofarme bloed weer naar de rechterboezem van het hart voeren

longslagader

holle ader

leverader

S Afb. 84

nierader

hart

bovenlichaam

leverpoortader

onderlichaam

Een overzicht van de dubbele gesloten bloedsomloop

longen

longader

aorta

nierslagader leverslagader

Door de dunne capillairwand filtreert er bloedvloeistof (plasma) naar buiten, waar het als weefselvocht de cellen omspoelt. Een deel van het weefselvocht wordt opnieuw geabsorbeerd door de capillairen. Het overblijvende weefselvocht dat niet door de capillairen wordt geabsorbeerd, wordt opgenomen door vaten van een ander buizenstelsel, de lymfecapillairen (zie verder).

C Bloeddruk

Bij elke hartslag pompt het hart bloed in de slagaders. De druk die daardoor ontstaat, plant zich voort in alle richtingen, waardoor er ook druk op de wanden van de slagaders ontstaat. Die druk op de wanden van de slagaders noem je de bloeddruk. De waarde van de bloeddruk wordt gewoonlijk weergegeven in mmHg.

Als men de bloeddruk meet, onderscheidt men twee waarden:

• De bovendruk (systolische druk) is de druk op de wand van de slagaders op het ogenblik dat de hartkamers bloed in de slagaders persen (tijdens kamersystole).

• De onderdruk (diastolische druk) is de druk op de wand van de slagaders als het hart zich ontspant en geen bloed in de slagaders perst (tijdens kamerdiastole).

De bloeddruk wordt beïnvloed door verschillende factoren. Zo stijgt de bloeddruk met de leeftijd door een verminderde elasticiteit van de bloedvaten. Verder heeft ook voeding een belangrijke invloed. Zoutrijk voedsel geeft aanleiding tot een verhoogde bloeddruk. De bloeddruk vertoont bovendien een dag- en nachtritme, met een piek in de vroege ochtend en een dieptepunt tijdens de slaap.

laag normaal verhoogd hoog ernstig verhoogd

0 tot 1 jaar 1 tot 25 jaar25 tot 60 jaar

S Afb. 86

60 jaar en ouder

Een overzicht van de verschillende bloeddrukwaarden van een lage tot ernstig verhoogde bloeddruk, met de gemiddelde leeftijden

S Afb. 85

De bloeddruk heeft twee waarden: de boven- en onderdruk.

Het hart is het belangrijkste orgaan van het hart- en bloedvatenstelsel.

Het bestaat uit vier holten: bovenaan twee boezems en onderaan twee kamers

Er zijn verschillende bloedvaten aanwezig:

• Bovenaan zijn er twee slagaders, de aorta en de longslagader. De wand van de slagaders heeft een dikke spierlaag om de druk op de wanden van de bloedvaten op te vangen. De slagaders voeren het bloed van de hart weg naar de organen.

• De aders, de bovenste en onderste holle ader en de longader, voeren het bloed van de organen terug naar het hart. De wand heeft een dunnere spierlaag. Om te verhinderen dat het bloed terugstroomt, zijn er in de aders kleppen aanwezig.

• De coronaire bloedvaten, de kransslagaders en de kransaders, lopen van en naar het hart en zorgen voor de doorbloeding van de hartspier

• Vertakte haarvaten vormen een capillair netwerk. Ze hebben een dunne wand om de uitwisseling van stoffen tussen de weefselcellen en het bloed mogelijk te maken.

©VANIN

De kleine bloedsomloop brengt zuurstofarm bloed van het hart naar de longen en keert dan terug naar het hart met zuurstofrijk bloed

De grote bloedsomloop brengt zuurstofrijk bloed van het hart naar alle organen, behalve de longen. Vanuit die organen keert er zuurstofarm bloed terug naar het hart

De bloeddruk is de druk op de wanden van de slagaders. De bloeddruk wordt uitgedrukt in twee waarden, een boven- en onderdruk.

Bij elke hartslag gaat er een elektrisch signaal door het hart van de boezems naar de kamers. Dat signaal begint in de rechterboezem ter hoogte van de sinusknoop. Die wordt gepikkeld wanneer de boezems gevuld zijn met bloed, en ontwikkelt een elektrisch signaal. Dat zorgt ervoor dat de boezems samentrekken, de boezemsystole. Na prikkeling van de boezemkamerknoop worden de elektrische signalen verder verspreid over de kamers. Als de kamers samentrekken, de kamersystole, pompen ze het bloed langs de halvemaanvormige kleppen in de longslagader en de aorta. In de rustfase die volgt, zijn de boezems en kamers tegelijk ontspannen. Met een elektrocardiogram (ECG) kun je de elektrische signalen zichtbaar maken.

1.3 Samenstelling van het bloed

De hoeveelheid bloed in een mens bedraagt ongeveer 7,5 % van het lichaamsgewicht. Dat komt neer op ongeveer vijf liter bij iemand die zeventig kilogram weegt. Bloed is een vloeibaar, enigszins stroperig weefsel. Het is een gespecialiseerde lichaamsvloeistof die uit vier hoofdcomponenten bestaat: bloedplasma, rode bloedcellen, witte bloedcellen en bloedplaatjes

S Afb. 87

plasma bloedplaatjes

witte bloedcellen

rode bloedcellen

Na centrifugatie kan men verschillende fracties onderscheiden in het bloed. Bovenaan zit bloedplasma (55 %). Onderaan bevinden zich de rode bloedcellen (41 %). In de kleine tussenfractie zitten de witte bloedcellen en de bloedplaatjes (4 %).

A Bloedplasma

Bloedplasma is een heldere, gelige vloeistof. Het belangrijkste bestanddeel van bloedplasma is water (90 %). Daarnaast bestaat het plasma voornamelijk uit eiwitten en meerdere opgeloste stoffen, zoals zouten, voedingsstoffen, afvalstoffen, gassen en hormonen. Het bloedplasma speelt op meerdere manieren een rol in het behoud van de osmotische druk en de zuurtegraad (pH). Die factoren zorgen ervoor dat de omgevingsfactoren van de cellen binnen bepaalde grenswaarden blijven. Ze helpen dus bij het behoud van de homeostase.

PLASMA

EIWITTEN

albuminen

% fibrinogeen

% protrombine 1 %

OPGELOSTE STOFFEN

ionen voedingsstoffen afvalstoffen

gassen hormonen

W Afb. 88

De samenstelling van plasma

Osmotische druk is het drukverschil dat tussen twee oplossingen (binnen en buiten het bloedvat) ontstaat als gevolg van osmose.

De belangrijkste types eiwitten in het plasma zijn albuminen, globulinen en fibrinogeen

• Albumine wordt aangemaakt in de lever. Het speelt vooral een rol bij het in stand houden van de osmotische druk. Albumine bindt zich ook aan bepaalde stoffen, zoals hormonen en medicijnen, en helpt zo bij het transport van die stoffen door het lichaam.

• Globulinen zijn antilichamen en transpor teiwitten.

‒De antilichamen of immunoglobulinen vallen lichaamsvreemde eiwitten en ziekteverwekkers aan en worden aangemaakt door het immuunsysteem. Ze helpen zo om de infectie te bestrijden.

‒De transporteiwitten binden zich aan ionen, hormonen of stoffen die slecht oplosbaar zijn, zoals zuurstofgas of vetten (lipoproteïnen). Zo kunnen die stoffen gemakkelijker worden getransporteerd.

• Stollingseiwitten of stollingsfactoren, waarvan fibrinogeen er een is, worden aangemaakt in de lever. 6,5 % van de eiwitten in het bloed is fibrinogeen. Ze hebben een functie bij de bloedstolling.

Voorbeelden van opgeloste stoffen in het plasma zijn zuurstofgas, koolstofdioxide en zouten.

• Het meeste zuurstofgas wordt gebonden aan hemoglobine en zo via het bloed vervoerd, maar er is ook een kleine hoeveelheid opgelost in het bloedplasma.

• Koolstofdioxide is een afvalproduct van de celademhaling en wordt ter hoogte van de weefsels opgenomen in het bloed. Een deel ervan wordt gebonden aan het eiwit hemoglobine en zo naar de longen getransporteerd. Het grootste deel is echter in opgeloste vorm als koolzuur (H2CO3) aanwezig in het bloedplasma. Koolzuur ioniseert gedeeltelijk tot H+ en HCO3- (waterstofcarbonaation). Die evenwichtsreactie speelt een belangrijke rol bij de pHregulatie in het bloed en dus ook bij de homeostase.

• De opgeloste zouten in het plasma zorgen ervoor dat de pH in het bloed constant (= 7,4) blijft en dat een osmotische waarde equivalent aan 0,9 % NaCl behouden blijft. Zowel de constante pH als de constante osmotische waarde is van groot belang voor de overlevingsmogelijkheid van cellen.

B Bloedcellen

In het bloed komen er naast plasma ook drie celtypes voor: rode bloedcellen, witte bloedcellen en bloedplaatjes

WITTE BLOEDCELLEN

neutrofielen 60-70 %

©VANIN

bloedplaatjes

140 000-340 000

witte bloedcellen

5 000-9 000

rode bloedcellen

4,2-6,2 miljoen

aantal per mm³

lymfocyten 20-25 %

monocyten 3-8 %

eosinofielen 2-4 %

basofielen 0,5-1 %

W Afb. 89

De verschillende celtypes in het bloed

Bloedcellen en bloedplaatjes hebben een relatief korte levensduur. Sommige witte bloedcellen leven nog geen 24 uur, andere wel 300 dagen of nog langer. De rode bloedcellen leven maximaal ongeveer 120 dagen. Na een week zijn bloedplaatjes ‘op’.

Er moeten dus voortdurend nieuwe bloedcellen en bloedplaatjes worden aangemaakt. Dat gebeurt in het rode beenmerg. Daarin zijn bloedvormende stamcellen aanwezig, die zich voortdurend delen. Via differentiatie ontwikkelen zich uit die stamcellen de verschillende types bloedcellen.

1 Rode bloedcellen

Rode bloedcellen (erytrocyten) ontstaan in het rode beenmerg. Ze geven het bloed zijn kenmerkende rode kleur.

Bouw van rode bloedcellen

Tijdens het differentiatieproces verliezen rode bloedcellen hun kern en organellen. Ze krijgen een typische biconcave vorm: een schijfvorm met aan beide zijden een indeuking. Zo kunnen ze gemakkelijker door de kleinere bloedvaten stromen. dwarse doorsnede

hemoglobine

S Afb. 90

Door hun biconcave

©VANIN

Bepaalde moleculen die aanwezig zijn op de rode bloedcellen, de antigenen, bepalen je bloedgroep. De ABO-bloedgroepantigenen, A-antigeen en B-antigeen, zijn gebonden aan de fosfolipiden in het cytoplasmamembraan van de rode bloedcel. Als op het membraan van rode bloedcellen:

• enkel het A-antigeen aanwezig is, dan is de bloedgroep A;

• enkel het B-antigeen aanwezig is, dan is de bloedgroep B;

• zowel het A- als B-antigeen aanwezig is, dan is de bloedgroep AB;

• het A- en B-antigeen beide afwezig zijn, dan is de bloedgroep O (‘nul’).

De bloedgroep bepaalt ook welke antilichamen aanwezig zijn in het bloedplasma. De antilichamen die aanwezig zijn in het bloedplasma, binden met lichaamsvreemde bloedantigenen, dus met antigenen die niet voorkomen op de eigen rode bloedcellen

• Een persoon met bloedgroep A heeft in het bloedplasma anti-B.

• Een persoon met bloedgroep B heeft in het bloedplasma anti-A.

• Een persoon met bloedgroep AB heeft geen antilichamen in het bloedplasma.

• Een persoon met bloedgroep O heeft in het bloedplasma anti-A en anti-B.

Het beenmerg is een weefsel dat centraal de botten vult. Bij de geboorte is al het beenmerg rood. Als je ouder wordt, wordt het geleidelijk vervangen door het gele beenmerg. Op volwassen leeftijd (vanaf twintig jaar) is ongeveer 50 % van het beenmerg rood en 50 % geel. Het rode beenmerg komt vooral voor in het dijbeen, de ribben, de wervels en de heupbeenderen. Het is het actieve beenmerg en bevat stamcellen die instaan voor de aanmaak van de drie types bloedcellen. Het gele beenmerg vult het rode beenmerg aan en bestaat vooral uit vetcellen, waardoor het geel kleurt.

vorm kunnen rode bloedcellen gemakkelijk door de kleine bloedvaten.

De onderstaande tabel geeft een volledig overzicht.

bloedgroep Abloedgroep Bbloedgroep ABbloedgroep O

A-antigeen antigenen op de eigen rode bloedcel

B-antigeen A-antigeen B-antigeen geen A-antigeen geen B-antigeen

anti-B anti-A geen anti-A geen anti-B anti-A anti-B antilichamen in het bloedplasma

S Tabel 2

Het antigeen en zijn overeenkomstige antilichaam worden nooit samen aangetroffen, omdat ze, wanneer ze vermengd worden, een antigeen-antilichaamcomplex vormen. Daardoor treedt er klontering of agglutinatie op. Dat zorgt voor hemolyse, een proces waarbij de rode bloedcellen worden afgebroken.

Naast de ABO-bloedantigenen bevindt zich in het membraan van de rode bloedcel nog een ander type bloedantigeen, namelijk de resusfactor of het D-antigeen. De resusfactor is een membraaneiwit dat de resusbloedgroep bepaalt. Als de resusfactor aanwezig is op de rode bloedcel, is het bloed resuspositief (Rh+). Is de resusfactor afwezig, dan is het bloed resusnegatief (Rh–). Voor resusnegatieve individuen is de resusfactor een lichaamsvreemd eiwit.

Bij contact met de resusfactor zal het lichaam daarop reageren en antilichamen vormen tegen de resusfactor (anti-D). Anti-D is dus niet algemeen aanwezig in het plasma van resusnegatieve personen.

Op basis van de ABO-bloedgroepen en de resusfactor kun je acht bloedgroepen onderscheiden.

De ABO-bloedgroepen en de aanwezigheid van antigenen en antilichamen in het bloedplasma

Functies van rode bloedcellen

Het bloed transporteert zuurstofgas (O2) van de longen naar de organen, de hersenen en spieren die arbeid verrichten. Zuurstofgas is nodig in de mitochondriën voor de celademhaling, een proces dat biologisch bruikbare energie levert. Het afvalproduct van dat proces is koolstofdioxide (CO2). Zowel in de longen als in de weefsels gebeurt de gasuitwisseling (uitwisseling O2/CO2) door diffusie. Diffusie is een spontaan proces waarbij de moleculen van de opgeloste stof zich verplaatsen van de plaats waar de concentratie van die moleculen hoog is, naar de plaats waar hun concentratie laag is.

longblaasjes weefselcellen

W Afb. 93

De gasuitwisseling in de longen en de weefsels

De gasuitwisseling in de longen gebeurt in de longblaasjes (alveoli). Door het enorme aantal longblaasjes, ongeveer 300 miljoen in elke long, is het oppervlak van de long erg vergroot (ongeveer 100 m2). Die oppervlaktevergroting zorgt voor een maximale gasuitwisseling in de longen.

aftakking van de longslagader met zuurstofarm bloed

longblaasje

longtakje longtak

bloedvat voert zuurstofrijk bloed naar longader luchtstroom in en uit

haarvatennetwerk

S Afb. 94

longblaasje longblaasje

De longblaasjes in de longen zorgen voor een aanzienlijke oppervlaktevergroting.

rode bloedcellen bloedstroom in capillairen

S Afb. 95

De gasuitwisseling in de longblaasjes

Hemoglobine is een eiwit dat aanwezig is in de rode bloedcellen. Dankzij hun vorm kunnen de rode bloedcellen meerdere hemoglobinemoleculen bevatten. Elke rode bloedcel bevat naar schatting 280 miljoen moleculen hemoglobine. Daardoor wordt het zuurstoftransport geoptimaliseerd. Ook CO2, een afvalstof van de celademhaling, wordt door de rode bloedcellen met behulp van hemoglobine naar de longen getransporteerd om te worden uitgeademd.

Hemoglobine kan zowel O2 als CO2 binden en zorgt zo voor het transport van beide moleculen. In de longblaasjes bevat de ingeademde lucht meer zuurstofgas dan het zuurstofarme bloed dat er toekomt vanuit het hart. Door dat concentratieverschil wordt in de longen O2 uit de lucht opgenomen in het bloed. Omdat het bloed dat van het hart komt, meer CO2 bevat dan de lucht in de longblaasjes, zal CO2 uit het bloed worden afgegeven aan de lucht. In de weefsels gebeurt het omgekeerde: daar wordt CO2 vanuit de weefsels opgenomen in het bloed en O2 afgegeven aan de weefsels/ cellen.

Bij de binding van O2 aan het donkerrode hemoglobine (H+Hb) ontstaat er oxyhemoglobine (HbO2), dat een lichtrode kleur heeft.

p (O2 ) = 150 hPa

S Afb. 97

©VANIN

S Afb. 96

Een hemoglobinemolecule

p (O2 ) = 50 hPa

Een schematische tekening van de gasuitwisseling ter hoogte van de longblaasjes en ter hoogte van de weefselcellen

In de longen is de concentratie aan zuurstofgas groot, waardoor het evenwicht van de reactie naar rechts verschuift. H+Hb verbindt zich met O2 tot HbO2, dat het bloed lichtrood kleurt.

In een zuurstofarme omgeving elders in het lichaam geeft het bloed de O2 weer af en wordt er opnieuw H+Hb gevormd. Het bloed kleurt donkerrood en gaat terug naar de longen. In de longen is de concentratie aan O2 opnieuw hoger dan in de bloedvaten en wordt er opnieuw HbO2 gevormd.

2 Witte bloedcellen

Witte bloedcellen (leukocyten) hebben in tegenstelling tot rode bloedcellen wel een kern. Ze worden aangemaakt in het beenmerg en in lymfeweefsel.

Witte bloedcellen komen voor in het bloed, in het lymfestelsel (zie verder), maar ook elders in het lichaam. Door hun flexibele vorm kunnen ze via de openingen van de haarvaten het bloedvat verlaten en zich tussen de cellen van weefsels door wringen. Er zijn verschillende types witte bloedcellen. Ze spelen een sleutelrol in de verdediging van het lichaam tegen lichaamsvreemde stoffen, zoals virussen, bacteriën en schimmels, en tegen bedreigingen van binnen in het lichaam Dat doen ze door vreemde stoffen en celresten op te ruimen, door infecterende deeltjes en kankercellen te vernietigen of door antilichamen aan te maken.

De verschillende types witte bloedcellen hebben elk hun eigen functie in het immuunsysteem.

basofieleosinofiel granulocyten neutrofiel monocyt lymfocyten

betrokken bij allergische reacties betrokken bij infecties met parasieten helpt met fagocytose

S Afb. 98

De verschillende types witte bloedcellen

De witte bloedcellen werken op meerdere manieren om indringers uit te schakelen. Dat kan bijvoorbeeld door bepaalde stoffen aan te maken die helpen om de immuunrespons onder controle te houden.

betrokken bij infecties met bacteriën, virussen en schimmels produceren specifieke immuunreacties

Sommige witte bloedcellen schakelen indringers uit door fagocytose, terwijl andere witte bloedcellen, de B-lymfocyten, antilichamen aanmaken die specifiek de antigenen die aanwezig zijn op de indringer, herkennen en binden. pathogeen bacterie

S Afb. 99

antigeen antigeenbindplaats

antilichaam

Een antilichaam bindt op een antigeen dat aanwezig is op een bacterie.

‘natural killer’-cel B-lymfocytT-lymfocyt

3 Bloedplaatjes

Bloedplaatjes (trombocyten) ontstaan, net zoals de andere bloedcellen, in het beenmerg. Bloedplaatjes zijn eigenlijk geen volledige cellen meer, maar slechts fragmentjes. De levensduur van een bloedplaatje in de bloedsomloop is ongeveer acht à tien dagen.

De bloedplaatjes zijn kleine (≈ 2 tot 4 µm), puntige en spoelvormige celfragmenten. Net zoals de rode bloedcellen hebben ze geen kern. Kleine korreltjes in de bloedplaatjes bevatten stoffen die belangrijk zijn bij de vorming van bloedstolsels.

De bloedplaatjes spelen een belangrijke rol in de hemostase, het voorkomen en beheersen van bloedingen. Als een bloedvat beschadigd raakt, hechten de bloedplaatjes zich in grote aantallen aan het beschadigde oppervlak en aan elkaar. Ze vormen een bloedstolsel of trombus, waardoor de bloeding vertraagt en stopt.

Bij de beschadiging van een bloedvat geven de bloedplaatjes stoffen vrij die de bloedstolling in gang zetten.

©VANIN

Door contact met de lucht droogt het bloedstolsel uit en ontstaat er een korstje. Aan de binnenkant herstelt de wand van het bloedvat zich.

Fibrinedraden houden rode bloedcellen tegen, zodat er een bloedstolsel ontstaat.

Als het bloedstolstel volledig is uitgedroogd, laat het korstje los.

S Afb. 101 Een schematische voorstelling van de vorming van bloedstolsel bij de beschadiging van een bloedvat

1.4 Functies van het bloed

In de vorige paragraaf ontdekte je al een aantal functies die verbonden zijn aan de bloedcellen:

• O2 en CO2 transporteren tussen de longen en de weefsels: de rode bloedcellen zorgen grotendeels voor het transport van die moleculen;

• infecties bestrijden, een functie die de witte bloedcellen volledig op zich nemen;

• bloedstolling, waarbij de bloedplaatjes een belangrijke rol spelen.

S Afb. 100 Bloedplaatjes (blauw) zijn de kleinste bloedcellen.

Daarnaast heeft het bloed nog heel wat andere functies:

• Het bloed transpor teert voedingsstoffen. Voedingsstoffen die in de darm worden opgenomen, worden via de leverpoortader getransporteerd naar de lever. Aders of venen lopen vanuit de capillaire netwerken in de weefsels naar het hart via de bovenste en onderste holle aders. Bij een poortader is dat niet zo. Een poortader vervoert bloed vanuit een orgaan naar een ander orgaan, en niet naar het hart.

In de lever worden de voedingsstoffen afkomstig van de darm omgezet naar bouwstoffen voor het lichaam. Daarnaast heeft de lever ook andere functies, zoals de aanmaak van stollingsfactoren en andere bloedeiwitten. De lever produceert ook gal, een vloeistof die ervoor zorgt dat vetoplosbare stoffen in het lichaam kunnen worden opgenomen. De lever speelt ook een rol in de glucosehomeostase en zorgt voor het ‘ontgiften’ van de opgenomen stoffen, zodat ze verderop geen schade kunnen veroorzaken.

hart aorta bovenste holle ader

lever leverader leverslagader

leverpoortader darmslagader

S Afb. 102

De leverpoortader

• Ook het transport van afvalstoffen van het celmetabolisme is een taak van het bloed. Het bloed met de afvalstoffen stroomt naar de nieren, waar het gefilterd en gereinigd wordt. De afvalstoffen worden uit het lichaam verwijderd via de urine. Ook via de huid worden er afvalstoffen uit het bloed verwijderd. Zweet bevat meerdere soorten stoffen, zoals mineralen en ammoniak, en via de longen wordt CO2 verwijderd.

• Het bloed speelt ook een rol bij de regulatie van de lichaamstemperatuur. Het verspreidt warmte door heel het lichaam, van de kern tot het oppervlak en omgekeerd. Via de bloedstroom naar de huid kan het lichaam de warmte-uitwisseling met de omgeving regelen. Door vaatverwijding verhoogt de hoeveelheid bloed die naar de huid stroomt, en kan er meer warmte worden afgegeven aan de omgeving, waardoor de lichaamstemperatuur daalt. Door de vernauwing van de bloedvaten gaat er minder warmte verloren, waardoor de kerntemperatuur van het lichaam behouden blijft.

veel warmte uitgestraald

zeer weinig warmte uitgestraald

wijdere bloedvaten

S Afb. 103

nauwere bloedvaten

Bloed bestaat uit bloedplasma en drie types bloedcellen: rode bloedcellen, witte bloedcellen en bloedplaatjes

• Bloedplasma is een heldere, gelige vloeistof. Het bestaat uit water, eiwitten en opgeloste stoffen. Het bloedplasma speelt een rol bij het regelen van de osmotische druk en de zuurtegraad (pH), factoren die de homeostase in het lichaam behouden.

• Rode bloedcellen hebben een biconcave vorm, waardoor ze gemakkelijk door de bloedvaten kunnen stromen. Op het celmembraan zitten antigenen, die de bloedgroep bepalen. Tegelijkertijd komen er in het bloedplasma antistoffen tegen lichaamsvreemde bloedantigenen voor.

BLOEDGROEP A

antigenen op rode bloedcel

BLOEDGROEP B

BLOEDGROEP AB

BLOEDGROEP O

A-antigeenB-antigeenA-antigeen en B-antigeen geen A-antigeen geen B-antigeen

antistoffen in bloedplasma anti-Banti-Ageen anti-A geen anti-B anti-A en anti-B

Hemoglobine in de rode bloedcellen bindt O2 ter hoogte van de longblaasjes en laat dat los ter hoogte van de weefselcellen. CO2 wordt vanuit de weefselcellen naar de longen getransporteerd.

• Witte bloedcellen hebben een kern en worden aangemaakt in het beenmerg en het lymfeweefsel. Ze spelen een rol bij de verdediging van het lichaam tegen lichaamsvreemde stoffen of bedreigingen van binnen in het lichaam. Elk type witte bloedcellen heeft zijn eigen functie in het immuunsysteem.

• Bloedplaatjes zijn kleine, spoelvormige celfragmenten. Ze spelen een belangrijke rol in de hemostase. Ze sluiten een beschadigd bloedvat door een bloedstolsel te vormen.

Daarnaast heeft het bloed nog andere functies, zoals het transport van voedingsstoffen en afvalstoffen en de regulatie van de lichaamstemperatuur.

Het lymfevatenstelsel is, net zoals het bloedvatenstelsel, ook een transportsysteem. Het is een onderdeel van het immuunsysteem en vult de transportfunctie van het bloed aan.

2.1 Lymfe

Elke dag wordt er ongeveer twintig liter plasma door de kracht van de bloeddruk uit kleine poriën in de dunne wanden van de haarvaten geperst. Die vloeistof, het weefselvocht, verspreidt zich in de weefsels tussen de cellen. Het weefselvocht levert zuurstof en voedingsstoffen aan de cellen. De cellen nemen de bruikbare stoffen op en geven afvalstoffen weer af aan het weefselvocht. Door osmose komt het grootste gedeelte van het weefselvocht met afvalstoffen via dezelfde kleine poriën terug in de haarvaten.

Osmose is mogelijk omdat in de bloedcapillairen onder andere de bloedeiwitten achterblijven. Daardoor is het bloedplasma hypertonisch ten opzichte van het weefselvocht en zuigt het dus water aan. Daardoor stroomt er weefselvocht weer terug naar het bloedvat.

De hoeveelheid weefselvocht hangt af van het evenwicht tussen de hydrostatische en osmotische druk in het capillaire netwerk in de weefsels. Die osmotische druk of aanzuigkracht is uiteraard overal aanwezig in het haarvatennet. Het gevolg is dat het grootste deel van het weefselvocht opnieuw in de haarvaten wordt opgenomen. Een gedeelte van dat vocht (ongeveer drie liter) blijft echter achter in de weefsels. Dat deel van het weefselvocht wordt opgenomen door de lymfevaten. Het vormt dan het lymfevocht

S Afb. 104

Lymfe is een heldere, waterige vloeistof die sterk lijkt op bloedplasma. Omdat de cellen stoffen uitwisselen met hun omgeving, dus met het weefselvocht, verschilt de samenstelling van lymfe een beetje van die van het bloedplasma en van het weefselvocht zoals dat kort daarvoor uit de haarvaten kwam. Het bevat ook eiwitten, celresten, vreemde deeltjes en bacteriën. Bovendien bevat lymfe ook witte bloedcellen, voornamelijk lymfocyten. De samenstelling van lymfe is afhankelijk van de plaats waar het in het lichaam wordt gevormd. Zo bevat lymfe afkomstig uit de darmen ook veel vetbolletjes, omdat een groot gedeelte van de vetten uit het verteerde voedsel wordt opgenomen via het lymfestelsel.

S Afb. 105

lymfeknoop

holle ader

lymfevat

haarvat

slagader

lymfevat

weefselvocht

Lymfe is afkomstig van het weefselvocht tussen de cellen.

Een oplossing is hypertonisch als de osmotische waarde van oplossing 1 groter is dan die van oplossing 2 (het weefselvocht).

Het bloedvatenstelsel en lymfevatenstelsel

2.2 Bouw van het lymfevatenstelsel

Het lymfevatenstelsel of lymfatisch systeem bestaat uit een netwerk van lymfevaten, lymfeknopen (of lymfeklieren) en lymfoïde organen en weefsels.

keelamandelen thymus

beenmerg

lymfeknoop

milt

lymfoïd weefsel in de darm appendix

S Afb. 106

Belangrijke lymfoïde organen en weefsels bij de mens

A Lymfevaten

In tegenstelling tot het bloedvatenstelsel sluiten niet alle lymfevaten op elkaar aan. Sommige eindigen blind tussen de weefselcellen. Omdat de lymfevaten geen gesloten circuit vormen, noem je het lymfevatenstelsel een open systeem

Het lymfevatenstelsel begint in de weefsels en voert lymfe weg van de weefsels.

weefselcellen

slagader weefselvocht ader

lymfevat

S Afb. 107

In tegenstelling tot het bloedvatenstelsel, dat een gesloten systeem is, is het lymfevatenstelsel een open systeem.

linkerondersleutelbeenader rechterondersleutelbeenader

lymfevat

lymfeknopen in de oksel

lymfebuis

skeletspier

lymfevat klep

in rustcontractie

lymfeknopen in de lies

W Afb. 109 Het lymfevatenstelsel

W Afb. 108

De lymfe wordt voortgeduwd door spierbewegingen. De lymfevaten zijn zo dun dat de aanwezigheid van de kleppen de lymfevaten een bobbelig uitzicht geeft.

Lymfevaten vormen een complex netwerk in het lichaam. De kleinste vaten zijn lymfehaarvaten, die aansluiten op grotere lymfevaten, om uiteindelijk uit te monden in twee hoofdlymfevaten bovenaan in de borstkas, de borstbuis en de rechter lymfebuis. De grote lymfebuizen monden uit in de ondersleutelbeenaders, waardoor de lymfe wordt afgevoerd in de bloedsomloop.

Omdat het lymfestelsel niet over een pomp beschikt, is de druk in de lymfevaten laag. De voortbeweging van lymfe is afhankelijk van externe factoren, zoals het pulseren van nabijgelegen slagaders en de contractie van skeletspieren. Het lymfevocht in de lymfecapillairen beweegt zich naar grotere lymfevaten. De grote lymfevaten bevatten kleppen die verhinderen dat er lymfe terugstroomt.

©VANIN

B

Lymfeknopen

De lymfevaten voeren lymfe af naar de lymfeknopen of lymfeklieren. Lymfeknopen zijn kleine, boonvormige organen ter grootte van een erwt.

afvoerend lymfevat

bindweefselkapsel merg

lymfefollikel bloedvaten

aanvoerend lymfevat aanvoerend lymfevat

S Afb. 110

De doorsnede van een lymfeknoop. De zwarte pijlen tonen de weg die de lymfe aflegt.

Lymfeknopen komen voor in het hele lichaam. Ze bevinden zich meestal in groepen of ketens bij elkaar. Ze zijn ingebed in vetweefsel en liggen in de buurt van aders en slagaders.

Lymfeknopen bestaan uit lymfeweefsel en lymfocyten. Wanneer de lymfevloeistof door de lymfeknopen stroomt, wordt de vloeistof gefilterd. De lymfeknopen verwijderen afvalstoffen en celresten. De lymfocyten vernietigen en verwijderen indringers en kankercellen. Als je ergens een infectie hebt, worden de lymfeknopen in de buurt extra actief: ze gaan grote aantallen witte bloedcellen vormen. Daarbij zwellen ze op, zodat ze voelbaar worden als harde knobbels. Op die manier verhinderen de lymfeklieren dat er ziektekiemen of kankercellen uit de lymfe in het bloed terechtkomen. Het lymfestelsel speelt dus een belangrijke rol bij het filteren van weefselvocht en in het immuunsysteem.

C Lymfoïde organen

©VANIN

De lymfoïde organen vormen een belangrijk deel van het lymfatisch systeem (zie afbeelding 106). Voorbeelden van lymfoïde organen zijn het beenmerg, de milt, de thymus, de lymfeknopen en de amandelen

Je kunt de lymfoïde organen opsplitsen in:

• lymfoïde organen die lymfocyten aanmaken, zoals de thymus en het beenmerg;

• lymfoïde organen die lymfocyten opslaan en activeren, zoals de milt, de amandelen en de lymfeknopen.

Lymfeknopen en lymfoïd weefsel liggen vooral in de buurt van kwetsbare delen van het lichaam, zoals de lies, de oksels, de nek en de darmen (zie afbeelding XXX). Ze zijn ook sterk aanwezig op plaatsen in het lichaam die in contact staan met de buitenwereld, zoals rond de longen, de darmen en de urinewegen. Dat zijn immers de plaatsen waar lichaamsvreemde stoffen en organismen gemakkelijk het lichaam kunnen binnendringen.

2.3 De rol van lymfe

Het lymfevatenstelsel of lymfatisch systeem is nodig om weefselvocht te filteren vooraleer het terug in de bloedbaan terechtkomt, en het is een belangrijk onderdeel van het immuunsysteem. Het is dus essentieel in de verdediging van het lichaam tegen indringers en lichaamsvreemde stoffen. Daarnaast heeft het lymfevatenstelsel nog meerdere andere belangrijke functies.

A Vloeistofevenwicht

Zoals eerder vermeld, speelt het lymfevatenstelsel een belangrijke rol bij de drainage van de weefsels.

De vorming van weefselvocht en het terughalen naar de haarvaten van een gedeelte daarvan is een gevoelig evenwicht. Er mag niet te weinig weefselvocht worden gevormd, maar ook niet te veel. Dat gebeurt bijvoorbeeld als mensen een hoge bloeddruk hebben. Dan wordt er meer weefselvocht uit de haarvaten naar de omliggende weefsels geperst dan wanneer de bloeddruk normaal is. Omdat de capaciteit van het bloed om weefselvocht terug te zuigen, in dat geval niet anders is dan normaal, blijft er netto meer weefselvocht achter in de weefsels. De zwelling die daardoor ontstaat, noem je oedeem.

lymfe

lymfevat haarvat

witte bloedcelrode bloedcel cel bloedstroom

S Afb. 111

De nettostroom

©VANIN

Een andere vorm van oedeem is hongeroedeem (kwashiorkor). Mensen (meestal kinderen in ontwikkelingslanden) krijgen hongeroedeem als gevolg van een eenzijdige voeding met daarin te weinig eiwitten. Het tekort aan eiwitten heeft ernstige gevolgen voor de groei, maar ook voor de hoeveelheid bloedeiwitten in het bloed. Daardoor daalt de osmotische waarde van het bloed en kan het minder weefselvocht terugzuigen. Ook in die situatie blijft er weefselvocht achter tussen de cellen. Dat gebeurt vooral rondom de darmen. Daardoor hebben die kinderen een opgezwollen buik.

netto-uitstroom van bloedplasma als de bloeddruk hoger is dan de osmotische waarde van het bloed

nettoterugstroom van weefselvloeistof als de bloeddruk lager is dan de osmotische waarde van het bloed

Je leert meer over de werking van het immuunsysteem in module 04 van GENIE Natuurwetenschappen 5.

S Afb. 112

Hongeroedeem, een gevolg van te weinig eiwitten in de voeding

van plasma uit de haarvaten en weefselvocht in de haarvaten is afhankelijk van het evenwicht tussen de bloeddruk en de osmotische druk.

B Absorptie van vetten

Het lymfevatenstelsel speelt ook een belangrijke rol bij de absorptie van vetten in de darm (zie hoofdstuk 2 over het spijverteringsstelsel) en het transport van die apolaire deeltjes in het lichaam. De chylvaten in de darmvlokken in de dunne darm nemen vetten op uit de voedselbrij.

C Andere taken

Daarnaast transporteert het lymfestelsel antigenen (vreemde stoffen die een immuunrespons induceren) en immuuncellen, zoals lymfocyten, van en naar de lymfeklieren, waardoor immuunreacties mogelijk zijn.

In de lymfeklieren gebeurt ook de controle en de reactie op de aanwezigheid van kankercellen Het lymfestelsel kan helpen om kankercellen te identificeren en de verspreiding van kanker te bestrijden door kankercellen te vernietigen of door een immuunrespons op te wekken tegen die cellen.

Het lymfevatenstelsel is een transportstelsel dat bestaat uit verschillende onderdelen:

• De lymfevaten vormen een complex netwerk, dat uitmondt in twee hoofdlymfevaten bovenaan in de borstkas. De grote lymfebuizen monden uit in de ondersleutelbeenaders, waardoor de lymfe wordt afgevoerd in de bloedsomloop.

• De lymfevaten voeren lymfe af naar de lymfeknopen. Lymfeknopen bestaan uit lymfeweefsel en lymfocyten. De lymfeknopen verwijderen afvalstoffen en celresten. De lymfocyten vernietigen en verwijderen indringers en kankercellen.

• De lymfoïde organen vormen een belangrijk deel van het lymfatisch systeem.

Voorbeelden zijn het beenmerg, de milt, de thymus, de lymfeknopen en de amandelen.

Het lymfevatenstelsel speelt een rol bij de drainage van de weefsels en de absorptie van vetten. Het is ook een belangrijk onderdeel van het immuunsysteem.

W Afb. 113 Chylvaten in de darmvlokken van de dunne darm

Er zijn heel wat gezondheidsproblemen die betrekking hebben op het bloedvatenstelsel en het lymfestelsel. We bespreken bloedtransfusies en het effect van een hoogtestage op de bloedsamenstelling.

3.1 Bloedtransfusie

Bij een ongeval of tijdens een operatie kan iemand zoveel bloed verliezen dat een bloedtransfusie noodzakelijk is. Bij een bloedtransfusie krijgt de ontvanger bloed van een donor. Als in het donorbloed andere bloedgroepantigenen aanwezig zijn dan in het bloed van de ontvanger, zeg je dat de bloedgroepen incompatibel zijn. Er ontstaat dan een immuunreactie tegen het donorbloed. De antilichamen van de ontvanger binden op bloedgroepantigenen van het donorbloed. Dat veroorzaakt agglutinatie of het samenklonteren van rode bloedcellen, waarna ze openbarsten (hemolyse).

S Afb. 114

Een incompatibele transfusie kan milde reacties opwekken, zoals koorts en rillingen, maar kan ook levensbedreigend zijn. Het toedienen van enkele milliliters bloed kan daarvoor al volstaan. Incompatibele bloedtransfusies moeten dus absoluut vermeden worden.

In het plasma van het donorbloed kunnen antilichamen aanwezig zijn die op de rode bloedcellen van de ontvanger kunnen binden. Omdat de hoeveelheid antilichamen in het donorbloed beperkt is, veroorzaken ze nauwelijks bloedklontering en zijn ze bij een transfusie verwaarloosbaar.

Als de bloedgroep van de donor geen risico op problemen oplevert, zeg je dat de bloedgroep van de donor compatibel is met de bloedgroep van de ontvanger. Een schema van compatibele bloedtransfusies voor de ABO-bloedgroepen zie je in de onderstaande tabel.

bloedgroep van de donor bloedgroep van de acceptor (en antilichamen in het bloedplasma)

A B AB O

©VANIN

A (anti-B) + – –

B (anti-A) – +

AB (geen anti-A) (geen anti-B)

O (anti-A) (anti-B) –

S Tabel 3

Bij een transfusie moet de bloedgroep van de donor compatibel zijn met die van de ontvanger.

+ = bloedtransfusie compatibel

– = bloedtransfusie incompatibel

Het weefsel dat het vaakst getransplanteerd wordt, is bloedweefsel. Je spreekt van een bloedtransfusie.

Daaruit kun je de volgende conclusies trekken:

• Een transfusie is altijd mogelijk als de donor en de ontvanger tot dezelfde ABO-bloedgroep behoren. In de praktijk streeft men er dus naar dat donor en ontvanger dezelfde bloedgroep hebben, zeker als er grote hoeveelheden bloed moeten worden toegediend.

• Doordat er bloedgroepantigenen ontbreken op de rode bloedcellen van een persoon met bloedgroep O, kan die bloedgroep donor zijn voor alle andere bloedgroepen. Bloedgroep O is daarom de universele donor

• Doordat in het plasma van bloedgroep AB de antilichamen anti-A en anti-B ontbreken, kan bloedgroep AB bloed ontvangen van alle andere bloedgroepen zonder gevaar voor agglutinatie. Daarom noem je bloedgroep AB de universele ontvanger.

Voor elke ABO-bloedgroep bestaat een resuspositieve (Rh+) en resusnegatieve (Rh-) groep. Omdat personen met resusnegatief bloed anti-D kunnen aanmaken, mogen zij geen resuspositief bloed ontvangen. Dat betekent dat:

• een resuspositieve bloedgroep altijd bloed kan ontvangen van zowel de resuspositieve als de resusnegatieve compatibele ABO-bloedgroep;

• een resusnegatieve bloedgroep enkel bloed kan ontvangen van de resusnegatieve compatibele ABO-bloedgroep.

In de zeventiende eeuw voerde de Franse arts Jean-Baptiste Denis de eerste bloedtransfusies uit met donorbloed afkomstig van dieren. Vanwege de vele overlijdens stapte men in het begin van de negentiende eeuw over op bloedtransfusies van mens op mens.

Twee grote problemen stonden succesvolle transfusies echter in de weg. Ten eerste had men nog geen kennis van de verschillende bloedgroepen. Ten tweede stolde het bloed meteen na de afname.

S Afb. 115

Een bloedtransf usie van mens op mens (illustratie uit 1882)

De Belgische arts Albert Hustin ontdekte in 1914 hoe hij bloed kon bewaren door een antistollingsmiddel (Na-citraat) toe te voegen. Het was echter pas na de ontdekking van bloedgroepantigenen (Landsteiner, 1900) en van de resusfactor (Landsteiner en Wiener, 1940) dat bloedtransfusies met weinig risico konden worden uitgevoerd. Door verdere onderzoeken is het donorbloed steeds veiliger geworden. Vandaag worden naast bloedgroepbepaling heel wat analyses gedaan op donorbloed. Bovendien test het Rode Kruis al het donorbloed op hepatitis B en C, op hiv en op syfilis. Momenteel kan men bloed tot 42 dagen bewaren.

3.2 Factoren die het aantal rode bloedcellen in het bloed beïnvloeden

Ons lichaam is er voortdurend op gericht om het inwendige milieu in evenwicht te houden, de homeostase. Dat geldt ook voor de samenstelling van het bloed: het aantal rode bloedcellen, witte bloedcellen en bloedplaatjes ligt altijd tussen twee grenswaarden, een minimum en een maximum. Bloedcellen worden telkens vernieuwd. Ze hebben een hoge ‘turnover’.

De vorming van nieuwe rode bloedcellen wordt gestimuleerd door epo. Dat staat voor erytropoëtine. Erytropoëtine is een glycoproteïne en een hormoon dat door de nieren wordt geproduceerd. Hoe meer rode bloedcellen er zijn, hoe meer zuurstofgas er kan worden gebonden.

A Epo toedienen

Vroeger haalde men epo uit menselijke urine. Later werd het mogelijk om kunstmatige epo te produceren met behulp van bepaalde biotechnologische technieken.

Kunstmatige epo wordt voornamelijk in de geneeskunde gebruikt. Bij nierpatiënten bijvoorbeeld daalt de aanmaak van epo als een gevolg van nierfalen. Die patiënten ontwikkelen daardoor bloedarmoede (anemie). Nadat er epo is toegediend, zal hun lichaam meer rode bloedcellen aanmaken (erytropoëse), waardoor de bloedarmoede kan worden tegengegaan. Ook bij kankerpatiënten die behandeld worden met chemotherapie, zet men epo in. Door de chemotherapie worden alle delende cellen gedood. Niet alleen de tumorcellen zijn het mikpunt van de behandeling, maar ook andere zich nog delende cellen, waaronder de bloedstamcellen (hematopoëtische stamcellen) in het rode beenmerg. Als die stamcellen zich niet meer delen, ontwikkelen de patiënten bloedarmoede. Een bloedtransfusie of de toediening van epo kan dat verhelpen.

bloedarmoede

erytropoëtine ijzer, koper, vitamine B12

toename van productie rode bloedcellen na behandeling

S Afb. 116

De behandeling van bloedarmoede met epo

De aanwezigheid van meer rode bloedcellen in het bloed betekent dat er ook meer hemoglobine in het bloed zit en bijgevolg ook meer zuurstof. De spieren krijgen dan tijdens een inspanning meer zuurstof vanuit het bloed. Dat heeft tot gevolg dat de mitochondriën meer en sneller energie kunnen vrijmaken uit suikers en vetten. De prestatie en uithouding verbeteren.

De toediening van epo verbetert dus het prestatievermogen. Daarom werd het in de wielersport veelvuldig gebruikt als doping.

B Bloeddoping

Omdat kunstmatige epo kan worden opgespoord, dient men meestal lichaamseigen epo toe. Dat noem je bloeddoping. Bij bloeddoping wordt buiten het wielerseizoen eigen bloed afgenomen en opgeslagen. Doordat er bloed wordt afgenomen, gaat het lichaam dat ontstane tekort aanvullen door nieuwe bloedcellen aan te maken. Als het tekort is aangevuld, wordt het opgeslagen bloed opnieuw toegediend. Daardoor krijgt het lichaam extra rode bloedcellen, waardoor het zuurstoftransport en het uithoudingsvermogen stijgen. Epo en bloeddoping zijn allebei verboden buiten en tijdens het wielerseizoen. Tegenwoordig controleert men sporters door het aantal rode bloedcellen te controleren per volume bloed, de hematocrietwaarde. Als die waarde buiten de normale waarden valt, kan dat als doping worden beschouwd.

C Hypoxie

S Afb. 117

Een bloedafname

De productie van epo door de nieren wordt ook gestimuleerd door langdurige blootstelling aan lage zuurstofconcentraties. Daardoor is er te weinig zuurstofgas beschikbaar voor de cellen om normaal te functioneren. Er ontstaat hypoxie. Dat gebeurt bijvoorbeeld op grote hoogte, waar de lucht ijler is. Op een hoogte boven de 2 500 m is het gehalte aan zuurstofgas (O2) in de lucht erg laag. Acclimatisatie aan de lage zuurstofconcentratie heeft een toename van de epoproductie als gevolg, en dus ook een toename van de aanmaak van rode bloedcellen in het beenmerg. Daardoor kan er meer O2 worden gebonden. De erythropoëse blijft plaatsvinden, ondanks het feit dat de epoconcentratie in het bloed een maximum bereikt na 48 uur blootstelling aan hypoxie en daarna weer daalt tot de normale concentraties op zeeniveau.

Sporters maken gebruik van dat systeem door op hoogtestage te gaan. Als ze daarna in normale omstandigheden aan een wedstrijd deelnemen, hebben ze extra rode bloedcellen en kunnen ze ook extra zuurstofgas opnemen. Dat leidt tot meer energie en dus tot betere prestaties. Dat effect verdwijnt na ongeveer een maand. Het aantal rode bloedcellen keert dan terug naar zijn normale waarde.

S Afb. 118

Een hoogtestage

Om die reden wordt hoogtetraining bij topsporters steeds belangrijker in het trainingsschema. Hoogtetraining heeft, naast het effect op het uithoudingsvermogen en de prestatie, nog andere voordelen, zoals een vermindering van de lactaatopbouw en een toename van myoglobine (een eiwit dat zorgt voor het zuurstoftransport in de spieren). Uiteraard zijn er bijkomende factoren die een rol spelen om de hoogtestage efficiënt uit te voeren. De atleet moet een precies trainingsschema en een aangepast dieet volgen. Zijn gezondheidstoestand wordt ook nauwgezet gevolgd door sportartsen.

Tegenwoordig bootst men vaak een hoogtestage na door de atmosferische zuurstofdruk verminderen. Dat kan in zogenoemde hoogtekamers of in hoogtesimulators.

D Nadelige gevolgen

Bij patiënten met bloedarmoede als gevolg van een aandoening heeft epo zijn nut bewezen. Maar het gebruik van epo en hoogtetrainingen is niet zonder risico. Misbruik van epo als prestatieverhogend middel kan ernstige gevolgen hebben voor de gezondheid.

• Door een aanzienlijke stijging van het aantal rode bloedcellen wordt het bloed dikker en stroperiger, wat zorgt voor een extra belasting van het hart. Dikker bloed zorgt ook voor een verhoogd risico op bloedklonters (trombose), een herseninfarct en een hersen- of longembolie. Sporters die recombinante epo gebruiken, lopen ook het risico op autoimmuunziekten, omdat er ‘vreemde’ moleculen in hun lichaam terechtkomen.

• Bij hoogtetraining bestaat er, naast de risico’s die het gevolg zijn van een hogere concentratie aan rode bloedcellen, ook het risico op hoogteziekte. Daarbij kunnen er klachten ontstaan als hoofdpijn, misselijkheid, braken, duizeligheid, kortademigheid, een verstoord slaappatroon, vermoeidheid en oedeem in de armen en benen. Bij hoogtetrainingen komen, voor zover men weet, ernstige vormen van hoogteziekte met fatale gevolgen niet voor.

Een bloedtransfusie is mogelijk als de acceptor geen antistoffen heeft die gericht zijn tegen de bloedantigenen van de donor. Bij een foute bloedtransfusie gaan de vreemde bloedcellen samenklonteren of agglutineren, waarna ze worden afgebroken (hemolyse).

In het bloedtransfusieschema voor de ABO-bloedgroepen wil een plusteken zeggen dat bloedtransfusie mogelijk is en dat er geen agglutinatie zal optreden. Bij een minteken is bloedtransfusie niet mogelijk, omdat er wel agglutinatie zal plaatsvinden. AB is een universele acceptor. O is een universele donor

Het aantal rode bloedcellen in het bloed kan worden verhoogd door:

• de toediening van epo: de aanwezigheid van meer rode bloedcellen betekent ook meer hemoglobine in het bloed, waardoor er meer zuurstof kan worden gebonden. Dat leidt tot een verbeterd prestatievermogen;

• bloeddoping: het eigen bloed wordt afgenomen en opgeslagen. Het ontstane tekort wordt aangevuld door de aanmaak van nieuwe rode bloedcellen. Daarna wordt het opgeslagen bloed opnieuw toegediend;

• hypoxie: een langdurige blootstelling aan lage zuurstofconcentraties, bijvoorbeeld op grote hoogte, heeft een toename van de epoproductie tot gevolg.